TERMOPARESTERMOPARES

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN Ampliamente usados como sensores de temperatura. Ampliamente usados como sensores de temperatura.

Son económicos. Son económicos. Intercambiables. Intercambiables. Tienen conectores estándarTienen conectores estándar Capaces de medir un amplio rango de temperaturas.Capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Limitación en la exactitud (errores del sistema Limitación en la exactitud (errores del sistema

inferiores a un grado centígrado son difíciles de inferiores a un grado centígrado son difíciles de obtener).obtener).

El grupo de termopares conectados en serie recibe el El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de nombre de termopilatermopila. Tanto los termopares como las . Tanto los termopares como las termopilas son muy usadas en aplicaciones de termopilas son muy usadas en aplicaciones de calefacción a gas.calefacción a gas.

FUNCIONAMIENTOFUNCIONAMIENTO

Efecto Seebeck:Efecto Seebeck: Un termopar es un circuito formado por dos metales distintos Un termopar es un circuito formado por dos metales distintos que produce un voltaje que es función de la diferencia de que produce un voltaje que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" y el otro denominado "punto frío". caliente" y el otro denominado "punto frío".

Termopar del tipo K

FUNCIONAMIENTOFUNCIONAMIENTO

Uniones de termopares con soldadura de estaño gracias a Uniones de termopares con soldadura de estaño gracias a la ley de los metales intermedios.la ley de los metales intermedios.

No es posible conectar un voltímetro al termopar paraNo es posible conectar un voltímetro al termopar para

medir este voltaje:medir este voltaje: La conexión a las guías del voltímetro hará una La conexión a las guías del voltímetro hará una

segunda unión no deseada.segunda unión no deseada. Compensación de unión fría (CUF). Compensación de unión fría (CUF).

FUNCIONAMIENTOFUNCIONAMIENTO

La temperatura de la unión fría:La temperatura de la unión fría: Generalmente detectada por un termistor de Generalmente detectada por un termistor de

precisión; comparación; temperatura verdadera en el precisión; comparación; temperatura verdadera en el extremo del termopar. extremo del termopar.

Ocasionalmente en la CUF se usa un sensor de Ocasionalmente en la CUF se usa un sensor de temperatura semiconductor.temperatura semiconductor.

Cualquier error en la medición de la temperatura de la Cualquier error en la medición de la temperatura de la unión fría terminará en el error de la temperatura medida unión fría terminará en el error de la temperatura medida en el extremo del termopar.en el extremo del termopar.

LINEALIZACIÓNLINEALIZACIÓN

Energía generada por un termopar es una función no Energía generada por un termopar es una función no lineal de la temperatura.lineal de la temperatura.

Aproximar por un polinomio complejo (de 5º a 9º orden Aproximar por un polinomio complejo (de 5º a 9º orden dependiendo del tipo de termopar). dependiendo del tipo de termopar).

Los métodos analógicos son usados en medidores de Los métodos analógicos son usados en medidores de bajo costo.bajo costo.

TIPOS DE TERMOPARESTIPOS DE TERMOPARES

TIPOS DE TERMOPARESTIPOS DE TERMOPARES

TIPO KTIPO K

Bajo costo y en una variedad de sondasBajo costo y en una variedad de sondas. . Calibración sin recubrimiento hasta 1100ºC.Calibración sin recubrimiento hasta 1100ºC. Con recubrimiento hasta 1260ºC.Con recubrimiento hasta 1260ºC. Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2%Termoelemento negativo: Ni95%, Mn2%, Si1%, Al 2% F.E.M. producida: -6,458 mV/ºC a 48,838 mV/ºCF.E.M. producida: -6,458 mV/ºC a 48,838 mV/ºC Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mecánico.Pueden tener falta de homogeneidad de tipo mecánico. Existen cambios químicos asociados que se presentan Existen cambios químicos asociados que se presentan

durante su empleo (descalibración).durante su empleo (descalibración).

TIPO KTIPO K Descomposición Verde: oxidación preferentemente del Descomposición Verde: oxidación preferentemente del

cromo sobre el Níquel en el exterior del elemento cromo sobre el Níquel en el exterior del elemento positivo, el cual se convierte entonces en negativo. Esto positivo, el cual se convierte entonces en negativo. Esto reduce la sensibilidad.reduce la sensibilidad.

El ataque del azufre sobre el elemento negativo lo El ataque del azufre sobre el elemento negativo lo convierte en quebradizo. convierte en quebradizo.

Tanto el efecto de fragilidad del azufre, como la Tanto el efecto de fragilidad del azufre, como la descomposición verde se pueden reducir con el empleo descomposición verde se pueden reducir con el empleo de tubos limpios protectores libre de grasa. de tubos limpios protectores libre de grasa.

En los termopares compactados, debido al cemento de En los termopares compactados, debido al cemento de oxido mineral, los alambres funcionan en una atmósfera oxido mineral, los alambres funcionan en una atmósfera neutra incluso aunque la vaina del par compactado se neutra incluso aunque la vaina del par compactado se exponga al hidrógeno o a otro tipo de atmósfera exponga al hidrógeno o a otro tipo de atmósfera reductora. reductora.

TIPO KTIPO K

Se recomienda en atmósferas oxidantes y a Se recomienda en atmósferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre 500 y 150ºC. temperaturas de trabajo entre 500 y 150ºC.

No debe ser utilizado en atmósferas reductoras ni No debe ser utilizado en atmósferas reductoras ni sulfurosas a menos que este protegido con un tubo de sulfurosas a menos que este protegido con un tubo de protección (evitarse hidrógeno, monóxido de carbono u protección (evitarse hidrógeno, monóxido de carbono u otros gases fuertemente reductores).otros gases fuertemente reductores).

TIPO ETIPO E

Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito Ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico gracias a su sensibilidad. criogénico gracias a su sensibilidad.

Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10%Termoelemento positivo: Ni90%, Cr10% Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%Termolemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -9,835 mV/ºC a 76,373 mV/ºC (la F.E.M. producida: -9,835 mV/ºC a 76,373 mV/ºC (la

mayor). mayor). Puede usarse en vacío o en atmósfera inerte o Puede usarse en vacío o en atmósfera inerte o

medianamente oxidante o reductora.medianamente oxidante o reductora.

TIPO JTIPO J

Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las Es el mas popular y ampliamente empleado de todas las combinaciones de metal base debido a su bajo coste. combinaciones de metal base debido a su bajo coste.

Termoelemento positivo: Fe99,5%Termoelemento positivo: Fe99,5% Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%Termolemento negativo: Cu55%, Ni45% Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos

que no aceptan el uso de termopares más modernos. que no aceptan el uso de termopares más modernos. F.E.M. producida: -8,096 mV/ºC a 42,919 mV/ºC. F.E.M. producida: -8,096 mV/ºC a 42,919 mV/ºC. Adecuado en atmósferas con escaso oxigeno libre. la Adecuado en atmósferas con escaso oxigeno libre. la

oxidación de el hilo de hierro aumenta rápidamente por oxidación de el hilo de hierro aumenta rápidamente por encima de 550ºC, siendo necesario un mayor diámetro encima de 550ºC, siendo necesario un mayor diámetro del hilo hasta una temperatura limite de 750ºC.del hilo hasta una temperatura limite de 750ºC.

TIPO TTIPO T Termoelemento positivo: Cu 100% Termoelemento positivo: Cu 100% Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45% Termoelemento negativo: Cu55%, Ni45% F.E.M. producida: -6,258 mV/ºC a 20,872 mV/ºC.F.E.M. producida: -6,258 mV/ºC a 20,872 mV/ºC. Temperatura máxima limitada por la oxidación del cobre Temperatura máxima limitada por la oxidación del cobre

por encima de 371ºC.por encima de 371ºC. Se debe evitar atmósferas en donde estén presentes Se debe evitar atmósferas en donde estén presentes

amoníaco, peróxido de hidrógeno, azufre fundido, amoníaco, peróxido de hidrógeno, azufre fundido, sulfuro de hidrógeno y anhídrido sulfuroso con un RH de sulfuro de hidrógeno y anhídrido sulfuroso con un RH de 65% o mayor.65% o mayor.

El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la El termopar tipo T, tiene una elevada resistencia a la corrosión por humedad atmosférica o condenación y corrosión por humedad atmosférica o condenación y puede utilizarse en atmósferas oxidantes o reductora.puede utilizarse en atmósferas oxidantes o reductora.

TIPO NTIPO N

Termoelemento positivo: Ni84,4%, Cr14,2%, Si1,4%Termoelemento positivo: Ni84,4%, Cr14,2%, Si1,4% Termoelemento negativo: Ni95,45% Si4,40%, Mg0,15%Termoelemento negativo: Ni95,45% Si4,40%, Mg0,15% F.E.M. producida: -4,345 mV/ºC a 47,513 mV/ºC.F.E.M. producida: -4,345 mV/ºC a 47,513 mV/ºC. Adecuado para mediciones de alta temperatura gracias Adecuado para mediciones de alta temperatura gracias

a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.los tipos B, R y S que son más caros.

TIPO STIPO S Los pares de calibración S se utilizan para medidas de Los pares de calibración S se utilizan para medidas de

temperatura industrial y como patrones primarios.temperatura industrial y como patrones primarios. Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10%Termoelemento positivo: Pt90%, Rh10% Termoelemento negativo: Pt100%Termoelemento negativo: Pt100% F.E.M. producida: -0,236 mV/ºC a 18,693 mV/ºC.F.E.M. producida: -0,236 mV/ºC a 18,693 mV/ºC. Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los Ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los

1.300 ºC, pero su baja sensibilidad y su elevado precio 1.300 ºC, pero su baja sensibilidad y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. general.

Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C).(1064,43 °C).

Excelente resistencia a la oxidación.Excelente resistencia a la oxidación.

TIPO STIPO S

Nunca deben insertarse directamente en tubos de Nunca deben insertarse directamente en tubos de protección metálicos, pero sí en tubos con protección de protección metálicos, pero sí en tubos con protección de cerámica. Fabricado con alúmina (Al2O3) de alto cerámica. Fabricado con alúmina (Al2O3) de alto contenido de pureza. contenido de pureza.

Para temperaturas superiores a 1500ºC se utilizan tubos Para temperaturas superiores a 1500ºC se utilizan tubos de protección de platino. de protección de platino.

Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas Inestabilidad en la respuesta del sensor temperaturas inferiores a 0ºC.inferiores a 0ºC.

Por encima de 1400ºC ocurre crecimiento de Por encima de 1400ºC ocurre crecimiento de granulaciones que los dejan quebradizos. granulaciones que los dejan quebradizos.

Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno atacarán al termopar.atacarán al termopar.

TIPO RTIPO R

Gran aceptación en las aplicaciones industriales de alta Gran aceptación en las aplicaciones industriales de alta temperatura debido a su elevado poder termoeléctrico temperatura debido a su elevado poder termoeléctrico en estas condiciones.en estas condiciones.

Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%.Termoelemento positivo: Pt87%, Rh13%. Termoelemento negativo: Pt100%.Termoelemento negativo: Pt100%. F.E.M. producida: -0,226 mV/ºC a 21,101 mV/ºC. F.E.M. producida: -0,226 mV/ºC a 21,101 mV/ºC. Adecuados para la medición de temperaturas de hasta Adecuados para la medición de temperaturas de hasta

1.300 ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado 1.300 ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo.precio quitan su atractivo.

Excelente resistencia a la oxidación.Excelente resistencia a la oxidación. Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno

atacarán al termopar.atacarán al termopar.

TIPO BTIPO B Utilizado en la industria para temperaturas mas elevadas Utilizado en la industria para temperaturas mas elevadas

que ambos ya que con la aleación de Pt-Rh se logra que que ambos ya que con la aleación de Pt-Rh se logra que su temperatura de fusión se eleve y por lo tanto puede su temperatura de fusión se eleve y por lo tanto puede emplearse hasta temperaturas mayores.emplearse hasta temperaturas mayores.

Termoelemento positivo: Pt70,4%, Rh29,6%.Termoelemento positivo: Pt70,4%, Rh29,6%.Termoelemento negativo: Pt93,9%, Rh6,1%. Termoelemento negativo: Pt93,9%, Rh6,1%.

Adecuados para la medición de altas temperaturas Adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800 ºC.superiores a 1.800 ºC.

F.E.M. producida: 0,000 mV/ºC a 13,820 mV/ºC. F.E.M. producida: 0,000 mV/ºC a 13,820 mV/ºC. Presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC.Presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC. Excelente resistencia a la oxidación.Excelente resistencia a la oxidación. Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno Las atmósferas con gases reductores como el hidrógeno

atacarán al termopar.atacarán al termopar.

TIPO S,R y BTIPO S,R y B Otro contaminador que afecta a la calibración atacando Otro contaminador que afecta a la calibración atacando

al par es el sílice. al par es el sílice. El sílice se encuentra en todos los tubos de carburo de El sílice se encuentra en todos los tubos de carburo de

silicio, tubos y aisladores de silimanita, que son los mas silicio, tubos y aisladores de silimanita, que son los mas comúnmente usados con esta clase de pares por su comúnmente usados con esta clase de pares por su economía.economía.

Para evitar el ataque de atmósferas reductoras y Para evitar el ataque de atmósferas reductoras y contaminación del Sílice en el extremo mas alto de la contaminación del Sílice en el extremo mas alto de la gama de temperaturas, deben utilizarse tubos gama de temperaturas, deben utilizarse tubos protectores de Alúminia recristalizada y vitrificada entre protectores de Alúminia recristalizada y vitrificada entre el 97 y 99% de Alumina Pura.el 97 y 99% de Alumina Pura.

Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza con Se recomienda utilizar aisladores de una sola pieza con suficiente "espacio para respiración.suficiente "espacio para respiración.

TIPOS DE TERMOPARESTIPOS DE TERMOPARES

Los termopares tipo R, S y E se emplean en atmosferas Los termopares tipo R, S y E se emplean en atmosferas oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 1500ºc. Si oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 1500ºc. Si la atmósfera es reductora, el termopar debe protegerse la atmósfera es reductora, el termopar debe protegerse con un tubo cerámico estanco. con un tubo cerámico estanco.

El material del tubo de protección debe ser el adecuado El material del tubo de protección debe ser el adecuado para el proceso donde se aplique y suele ser de hierro o para el proceso donde se aplique y suele ser de hierro o acero sin soldaduras, acero inoxidable, iconel, carburo acero sin soldaduras, acero inoxidable, iconel, carburo de silicio, etc...de silicio, etc...

CALIBRACIÓNCALIBRACIÓN

PROBLEMAS DE CONEXIÓNPROBLEMAS DE CONEXIÓN Son la causa de la mayoría de los errores de medición. Son la causa de la mayoría de los errores de medición. Se debe usar el tipo correcto del cable de extensión. Se debe usar el tipo correcto del cable de extensión. Cualquiera que sea el conector empleado debe estar Cualquiera que sea el conector empleado debe estar

hecho del material termopar correcto y su polaridad hecho del material termopar correcto y su polaridad debe ser la adecuada.debe ser la adecuada.

Se utilizan normas como la I.S.A. y ANSI-MC 96.1-.1982 Se utilizan normas como la I.S.A. y ANSI-MC 96.1-.1982 para clasificar el alambre del termopar.para clasificar el alambre del termopar.

RESISTENCIARESISTENCIA

Cables delgados:Cables delgados: Para minimizar la desviación térmica y mejorar los Para minimizar la desviación térmica y mejorar los

tiempos de respuesta.tiempos de respuesta. Alta resistencia.Alta resistencia.

Sensible al ruido.Sensible al ruido. Errores debido a la resistencia del instrumento de Errores debido a la resistencia del instrumento de

medición.medición. Se recomienda medir la resisténcia del termopar Se recomienda medir la resisténcia del termopar

antes de utilizarlo.antes de utilizarlo.

DESCALIBRACIÓNDESCALIBRACIÓN

Difusión de partículas atmosféricas en el metal a los Difusión de partículas atmosféricas en el metal a los extremos de la temperatura de operación. extremos de la temperatura de operación.

Impurezas y los químicos del aislante difundiéndose en Impurezas y los químicos del aislante difundiéndose en el cable del termopar. el cable del termopar.

RUIDORUIDO

La salida de un termopar es una pequeña señal.La salida de un termopar es una pequeña señal. Se puede minimizar el ruido al retorcer los cables para Se puede minimizar el ruido al retorcer los cables para

asegurarse que ambos recogen la misma señal de ruido.asegurarse que ambos recogen la misma señal de ruido. En ambiente extremadamente ruidoso es necesario En ambiente extremadamente ruidoso es necesario

considerar usar un cable de extensión protegido. considerar usar un cable de extensión protegido.

OBSERVACIÓNES OBSERVACIÓNES Las conexiones entre el cable de compensación, el termopar y el Las conexiones entre el cable de compensación, el termopar y el

instrumento deben ser perfectas, sin empalmes en el cable de instrumento deben ser perfectas, sin empalmes en el cable de compensación, utilizando el hilo correcto y el conjunto de la compensación, utilizando el hilo correcto y el conjunto de la instalación debe evitar el paso próximo por fuentes de calor instalación debe evitar el paso próximo por fuentes de calor (aparece el efecto Thompson). (aparece el efecto Thompson).

Si estas recomendaciones no se cumplen aparecen tensiones Si estas recomendaciones no se cumplen aparecen tensiones térmicas de corriente continua que dan lugar a un térmicas de corriente continua que dan lugar a un desplazamiento en la calibración de el instrumento .desplazamiento en la calibración de el instrumento .

El termopar es susceptible al ruido eléctrico industrial debido a que El termopar es susceptible al ruido eléctrico industrial debido a que durante su funcionamiento puede generar tensiones de 2 a 50 mV y durante su funcionamiento puede generar tensiones de 2 a 50 mV y se encuentra en un entorno donde las grandes maquinas eléctricas se encuentra en un entorno donde las grandes maquinas eléctricas pueden crear cientos de milivoltios en el cable de conexión.pueden crear cientos de milivoltios en el cable de conexión.

El termopar trabajando como una antena puede recoger radiación El termopar trabajando como una antena puede recoger radiación electromagnética de radio televisión y microondas . de aquí que se electromagnética de radio televisión y microondas . de aquí que se requiera que los cables de conexión estén torcidos y dentro de una requiera que los cables de conexión estén torcidos y dentro de una funda metálica que se pone a tierra , que la unión de medida este funda metálica que se pone a tierra , que la unión de medida este puesta a tierra y que el amplificador tenga una buena relación puesta a tierra y que el amplificador tenga una buena relación señal/ruido.señal/ruido.

USO DE VAINASUSO DE VAINAS En lo referente a la vainas de protección depende de el En lo referente a la vainas de protección depende de el

proceso industrial es el tipo de vaina que se va a usar proceso industrial es el tipo de vaina que se va a usar por ejemplo en el proceso de fabricación de el cemento por ejemplo en el proceso de fabricación de el cemento en la salida de los altos hornos se usa una vaina de en la salida de los altos hornos se usa una vaina de iconel o hierro o también pirometros de radiación.iconel o hierro o también pirometros de radiación.

Proceso de fabricación de la cerámica en los hornos se Proceso de fabricación de la cerámica en los hornos se utilizan protecciones cerámicos o pirometros de utilizan protecciones cerámicos o pirometros de radiación. radiación.

Proceso de exaltación y vítreo se usan vainas de iconel Proceso de exaltación y vítreo se usan vainas de iconel o hierro.o hierro.

Fabricación de alimentos y procesos petroquímicos el Fabricación de alimentos y procesos petroquímicos el acero inoxidable como vaina.acero inoxidable como vaina.

En procesos de fabricación que excedan los 1000ºc a En procesos de fabricación que excedan los 1000ºc a veces se usa carburo de silicio. veces se usa carburo de silicio.

AISLAMIENTOAISLAMIENTO

MostacillasMostacillas Configuración más simple.Configuración más simple. Termoelementos acomodados en aisladores de Termoelementos acomodados en aisladores de

cerámica que usualmente son denominados cerámica que usualmente son denominados mostacillas. mostacillas.

Producidas con oxido de magnesio (Mg2O) 66,7% Producidas con oxido de magnesio (Mg2O) 66,7% con alta conductividad térmica y alta resistencia de con alta conductividad térmica y alta resistencia de aislamiento. aislamiento.

AISLAMIENTOAISLAMIENTO Termopar con aislamiento mineralTermopar con aislamiento mineral

Desarrollado para aplicaciones en el sector nuclear.Desarrollado para aplicaciones en el sector nuclear. Extendido a los demás sectores del proceso Extendido a los demás sectores del proceso

productivo.productivo. Necesidad de un termopar con un tiempo de Necesidad de un termopar con un tiempo de

respuesta menor que el que se obtenía con el respuesta menor que el que se obtenía con el termopar convencional.termopar convencional.

Termopar convencional montado con un tubo de Termopar convencional montado con un tubo de protección donde todo el conjunto es trefilado. En protección donde todo el conjunto es trefilado. En este proceso los termoelementos quedan aislados este proceso los termoelementos quedan aislados entre sí mediante un polvillo compacto de Mg2O y entre sí mediante un polvillo compacto de Mg2O y protegidos por una vaina metálica (originalmente el protegidos por una vaina metálica (originalmente el tubo de protección). tubo de protección).

CÓDIGO DE COLORESCÓDIGO DE COLORES

CÓDIGO DE COLORESCÓDIGO DE COLORES

PROS Y CONTRASPROS Y CONTRAS PROSPROS

Bajo costo.Bajo costo. No hay piezas móviles, menos probabilidad de No hay piezas móviles, menos probabilidad de

romperse.romperse. Amplia gama de temperaturas.Amplia gama de temperaturas. Tiempo de reacción razonablemente corto.Tiempo de reacción razonablemente corto. Capacidad de repetición y exactitud razonables.Capacidad de repetición y exactitud razonables.

CONTRACONTRA La sensibilidad es baja, generalmente 50 µV/°C o La sensibilidad es baja, generalmente 50 µV/°C o

menos. menos. Generalmente la exactitud no es mejor que 0,5 °C.Generalmente la exactitud no es mejor que 0,5 °C. Requiere una temperatura de referencia, generalmente Requiere una temperatura de referencia, generalmente

la del hielo (0°C). la del hielo (0°C).