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Termocuplas: Medición y control industrial de temperatura

Por Silge Electrónica

Uno de los instrumentos más utilizados en la medición de temperatura es la termocupla.

Se la suele usar como un sensor de temperatura porque es un dispositivo económico, puede intercambiarse, puede medir un amplio margen de temperaturas y además utiliza conectores estándar.

Es por eso que es uno de los dispositivos más elegidos en diversas industrias tales como la alimentaria, fundición de metales, del plástico, siderúrgica, entre otras.

Para que usted pueda elegir la adecuada para su proceso industrial le daremos a conocer su funcionamiento, características y modelos en este artículo. 

Cuál es la función de una termocupla 

Conocida también como “termopar”, una termocupla es en realidad, un transductor de temperatura que se produce uniendo dos alambres de distintos materiales que, a su vez se sueldan en uno de los extremos. 

Cuando se aplica frío o calor en el punto de cruce de ambos alambres se produce un pequeño voltaje en milivoltios, lo que genera el aumento de temperatura.

Este proceso tiene su fundamento en tres principios físicos:

1.Efecto Seebeck. A través de este principio se establece que, al formar un circuito por medio de dos alambres de distintos materiales unidos, aparece una corriente eléctrica cuando las uniones de los alambres se encuentran a distinta temperatura.

2.Efecto Peltier. Mediante este principio se dispone que, cuando en la juntura o unión de dos metales diferentes fluye una corriente eléctrica, se absorbe o se libera calor. Así cuando la electricidad fluye en la misma dirección que la corriente Seebeck, el calor se libera en la juntura fría y se absorbe en la caliente.

3.Efecto Thomson. En este caso, se fijan las pautas de la relación entre temperatura y voltaje. Así se establece que un conductor metálico tiene un gradiente de temperatura junto a un gradiente de voltaje, y la magnitud y el signo (positivo o negativo) está relacionado directamente con el tipo de metal que se utiliza.

Propósito y funcionamiento de una termocupla

Una termocupla se usa como sensor en el sector de instrumentación de un proceso industrial. Y a su vez, sirve para consolidar todo proceso, puesto que es fundamental en la etapa de control. Esto se debe a que facilita medir las temperaturas a través de un indicador que traduce el voltaje a grados centígrados o Fahrenheit y los muestra en un display. 

Pero debido a que el voltaje que entrega la termocupla y la temperatura no dependen linealmente, el dispositivo que muestra la lectura debe efectuar dicha linealización. Esto significa que debe tomar el voltaje y corroborar en tablas internas de las que dispone, la correspondencia entre la temperatura y el tipo de voltaje. 

Con respecto a su formato muchas de las termocuplas se encuentran dentro de una cápsula tubular de acero inoxidable u otro material. En uno de los extremos está la unión y en el otro, está el cabezal. Este se compone de una caja redonda de aluminio dentro de la cual se encuentra el terminal eléctrico del cableado.

Si desea conocer más sobre control de temperatura en su proceso industrial, le recomendamos que lea este artículo: “Soluciones para el control de temperatura industrial”.

En el caso de que desee saber específicamente sobre el controlador de temperatura PID, puede dirigirse a este artículo de nuestro blog: “Conocé los controladores industriales PID”.

Medición a distancia

Uno de los desafíos de este dispositivo es la medición a un lugar a distancia de donde está instalado y a donde no se puede llegar con el cable de la termocupla.

Esto suele ocurrir en el uso de termocuplas del tipo R, S o B que están hechas con aleación de platino.

La solución a este tema son los denominados “cables compensados”. Se trata de realizar una extensión del cable, con el mismo coeficiente de Seebeck pero de otro material. 

Estos cables tienen una polaridad (+) y (-) que, cuando se conectan con la termocupla se deben respetar. Porque en el caso de que se conecten al revés se crea un error en la lectura de la temperatura de ambiente en el empalme.

Cuando se utilizan lanzas de acero, la termocupla se debe conectar con un cable forrado que va por dentro de la lanza hasta llegar al lado del mango. Ahí se realiza otro empalme con otro cable revestido de goma flexible que se extiende hasta la entrada del dispositivo.

Se recomienda especial atención a que estos dos cables compensados sean para el tipo de termocupla que se está usando y que estén conectados correctamente, esto es: (+) con (+) y (-) con (-). Es la única manera de garantizar una medición sin error.

Características

Existen diferentes tipos de termocuplas de acuerdo a la combinación de metales lo que permite un rango específico de medición de temperatura en cada caso.

Estos tipos son:

-Tipo E (aleación de cromel [níquel y cromo] - constatán [cobre y níquel]).

Sensibilidad: 7,9 mV/100ºC.

Rango de temperatura -40 a +900. 

Se suele utilizar para bajas temperaturas, en el ámbito criogénico.

-Tipo J (aleación de hierro - constatán [cobre y níquel]).

Sensibilidad de 5,6 mV/ 100ºC.

Rango de temperatura de -40 a +750. 

Se recomienda este tipo en ambientes inertes, o en vacío. Su principal problema es la rápida oxidación del hierro por arriba de los 550ºC y por debajo de los 0ºC. Por esa razón se aconseja tomar precauciones causadas por la condensación de vapor de agua sobre el hierro.

-Tipo K (aleación cromel [níquel y cromo] - alumel [aluminio, níquel, manganeso y silicio]

Sensibilidad es del orden de 3,6 mV/ 100ºC.

Rango de temperatura de -40 a + 1200. 

Tiene una buena resistencia a la oxidación.

-Tipo T (aleación cobre - constatán [cobre y níquel]). 

Sensibilidad es de 4,5 mV/ 100ºC.

Rango de temperatura va desde -50 a + 400. 

Tiene una alta resistencia a ambientes húmedos, oxidantes y reductores y es recomendado para criogenia.

-Tipo N (aleación nicrosil [níquel, cromo, solicio, magnesio] - nisil [níquel y silicio]). 

Este tipo de termocupla se usa para medir altas temperaturas debido a su resistencia y estabilidad con respecto a la oxidación y porque no necesita platino que sí deben utilizar los tipos S, R y B.

 

Existen también tipos de termocuplas fabricadas con metales preciosos, lo que las vuelve muy poco recomendables por su precio. Se utilizan para medir altas temperaturas.

-Tipo R (aleación platino-rodio/platino). 

Mide temperatura de hasta 1480ºC.

-Tipo S (aleación platino-rodio/platino). 

Mide temperatura hasta 1400ºC. Debido a su baja sensibilidad este tipo de termocupla es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43ºC)

-Tipo B (aleación platino-rodio/platino-rodio) 

Mide temperatura hasta 1800ºC.

 

Observaciones en el uso de termocuplas

Muchos de los problemas que aparecen en una medición incorrecta se debe a fallas en su instalación o desconocimiento de su funcionamiento. Para solucionar dichas problemáticas vamos a  considerar algunas de las problemáticas más comunes:

-Conexiones incorrectas

La mayoría de los errores en la medición se debe al contacto no intencional. Esto es una unión que se ha producido solamente al contactar un metal con otro diferente.

Si lo que se quiere es incrementar el largo de las guías, se debe utilizar el cable de extensión correcto. Esto significa que un cable tipo J corresponde a la termocupla J. Por eso se aconseja que se use conectores del mismo tipo que la termocupla.

-Ruidos

Suele ocurrir que la salida de una termocupla tenga error si existe ruido eléctrico.

De este modo si se está trabajando en un ambiente muy ruidoso, se debe usar un cable de extensión protegido.

En el caso de que se suponga recepción de ruido es conveniente diseñar un filtro de resistencia y condensador en serie denominado pasabajos debido a que la frecuencia del ruido sea mayor a la frecuencia con que fluctúa la temperatura.

Otra solución posible es poner un repetidor luego de la termocupla para que el cable tenga una señal mayor y para que el equipo receptor se encuentre compensado para enlazar el repetidor.

-Ruidos en serie

En el caso de que el sensor se encuentre expuesto a cables de alta tensión puede ocurrir un voltaje que aparece solamente en una de las líneas. Este ruido se puede reducir si se transmite la señal en corriente.

-Desajustes

Se producen por alteración accidental de la estructura del cable de la termocupla, habitualmente por la difusión de partículas de la atmósfera en el metal que se encuentra en los extremos de la temperatura de operación. También estos desajustes pueden ser causados por químicos del aislante o impurezas que se extienden en el cable de la termocupla.

La recomendación es que se revisen las especificaciones del aislante de la sonda en el caso de que se trabaje con altas temperaturas.

 

Termocuplas recomendadas por Silge

Esta es una lista de algunas de las termocuplas con que contamos en Silge.

Pero hay muchos más, si no encuentra aquí lo que está buscando, puede ir a nuestra página web

 

-CV316-9.5X80-1/2- 3/4

Marca Silge Electrónica S.A. Contravaina soldada fabricada en AISI 316 Pt 100 Conexión a proceso mediante rosca macho diam. ¾” BSP. Conexión para Pt 100 mediante rosca hembra diam. ½” BSP. Diámetro externo de diam. 9.50x80 mm de longitud.

-PT100  VAINA MECANIZADA

Marca Silge Electrónica S.A. Pt100 de tres hilos, diámetro 11 mm por 50 mm de largo, vaina mecanizada, rosca a proceso de ½”, salida a cable con chicote de tres metros de largo (silicona/silicona) y protección a resorte.

-PT100-6X8”-CABLE-Fitt

Marca Silge Electrónica S.A. Termoresistencia Pt100, hilos, Vaina AISI 316, diámetro 6 x  203 mm (8”) de largo con fitting deslizable de ½ BSP, (Sin Cabezal) con chicote de cable mallado de 4 (cuatro) metros de largo.

-TC- VAINA CERÁMICA-24x740

Marca Silge Electrónica S.A. Vaina cerámica para TC de diám. 24 mm x L 740 mm, DIMULIT  610.

-TCE-1-J-5-Q-V-A-2

Marca Gefran. Sensor de temperatura, configuración especial 020XX000X00000XX

-TCK-6.35x100-R1/2”G-CABLE

Marca Silge Electrónica S.A. Tipo K. Vaina diam 6,35 mm x 100 mm en AISI 304. Conexión a proceso mediante rosca macho diam ½” BSP. Salida cable a chicote de 1 mt de longitud con protección a resorte.

-TCK-1000-AISI304

Marca Silge Electrónica S.A. Tipo K. Vaina acero inox. D=12,7mm; L=1000mm, cabezal DIN, temperatura de trabajo 100º a 300º.

-TCMCC2J5AO5CO10X000X00005XR

Marca Gefran.

-TCR-8-R-CABEZAL

Marca Silge Electrónica S.A. Tipo R, largo 200 mm, diam. 8mm, con vaina y aisladores de alta alumina, rosca de ½” BSP, cabezal DIN B.

-TCS-10x150-R1/2BSP – DIN B

Marca Silge Electrónica S.A. Tipo S (Pt, Pt Rh 10%) con vaina de silimanita de diam 10mm x 150mm de longitud (largo útil de la termocupla = cuello y vaina 250mm aprox.), rosca a proceso de ½” BSP y cabezal DIN B importado con cable colocado x 5 mts. Temp. Máxima de trabajo: 1480ºC.

-TR6-B-2-B-C-A-J-B-1-0-000X000X00300X

Marca Gefran. Sensor PT100 con vaina de 300 mm de longitud.

-TTER718

Marca Gefran. Tipo J.

-TW-V(J)

Marca Autonics Corp. Tipo J, sin vaina, 1,5 metros de cable.

-Termopar “K” – SIN VAINA

Marca Silge Electrónica S.A. Termopar para TC tipo “K” de 3 mm de diámetro x 1 mts de largo, sin vaina de protección -origen china-.

-Transductor de temperatura KT-502H-1

Marca Autonics Corp..En ejecución protegida, carcasa de aluminio, indicación en campo, protocolo HART, rango 200/800ºC, sensor RTD PT 100, incluye grampa de sujeción.

 

Contamos con stock de todos estos productos. De este modo su empresa puede disponer de manera inmediata de lo que necesite.

Si desea asesoramiento o desea realizar un pedido no dude en contactarnos telefónicamente al (011) 4760-9575 ó 4730-1001. O si lo prefiere a través de nuestro formulario de contacto o por nuestro chat, donde uno de nuestros asesores lo atenderá.

Etiquetas: Medición, Control

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