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Termocuplas:
Fundamentos y recomendaciones

Una termocupla se fabrica con dos alambres de distintos materiales unidos en un extremo (generalmente soldados). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) -del orden de los milivolts-, el cual aumenta con la temperatura. Por ejemplo, una termocupla tipo J está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán (aleación de cobre y nickel). Al colocar la unión de estos metales a 750°C, debe aparecer en los extremos 42.2 milivolts.

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Normalmente, las termocuplas industriales se ofrecen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina). En uno de sus extremos, se encuentra la unión, y en el otro, el terminal eléctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal).


Tipos de termocuplas

Existen una infinidad de tipos de termocuplas, pero casi el 90% de las utilizadas son del tipo J o del tipo K. En la tabla 1 aparecen algunas de las termocuplas más comunes.

Las termocuplas tipo J se usan principalmente en la industria del plástico, goma (extrusión e inyección) y fundición de metales a bajas temperaturas (Zamac, Aluminio). Por su parte, la K se usa típicamente en fundiciones y hornos a temperaturas menores de 1.300°C, como, por ejemplo, fundiciones de cobre y hornos de tratamientos térmicos. En cambio, las termocuplas R, S y B se usan casi exclusivamente en la industria siderúrgica (fundición de acero). Hace algún tiempo, las tipo T eran usadas en la industria de alimentos, pero han sido desplazadas en esta aplicación por los Pt100.

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Tabla 1


Linealización

La dependencia entre el voltaje entregado por la termocupla y la temperatura no es lineal. Por esto, el instrumento electrónico destinado a mostrar la lectura, deberá efectuar la linealización, es decir, tomar el voltaje y, según el tipo, ver en tablas internas a qué temperatura corresponde.

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"Compensación de cero"

El principal inconveniente de las termocuplas es su necesidad de "compensación de cero". Esto se debe a que en algún punto habrá que empalmar los cables de la termocupla con un conductor normal de cobre. En ese punto, se producirán dos nuevas termocuplas con el cobre como metal para ambas, generando cada una un voltaje proporcional a la temperatura de ambiente (Ta) en el punto del empalme.

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Antiguamente, se solucionaba este problema colocando los empalmes en un baño de hielo a cero grado para que generaran cero voltaje (Ta = 0 y luego, V(Ta) = 0). En la actualidad, todos los instrumentos modernos miden la temperatura en ese punto (mediante un sensor de temperatura adicional) y la suman para crear la compensación y obtener así la temperatura real.

El punto de empalme (llamado "unión o juntura de referencia") está siempre en el conector a la entrada del instrumento, pues ahí está el sensor de temperatura. De este modo, es necesario llegar con el cable del sensor hasta el mismo instrumento.

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Cables compensados

Cuando el instrumento está muy retirado del lugar de medición, no siempre es posible llegar con el mismo cable de la termocupla al instrumento. Esto ocurre especialmente cuando se están usando termocuplas tipos R, S o B, hechas con aleación de platino de muy alto precio.

La solución de este problema es usar los llamados "cables compensados" para hacer la extensión del cable. Estos exhiben el mismo coeficiente de Seebeck del sensor (pero hechos de otro material de menor precio) y, por lo tanto, no generan termocuplas parásitas en el empalme.

Los cables compensados tienen una polaridad de conexión (+) y (-) que al conectarse con la termocupla se debe respetar. Un error típico es conectar al revés el cable en la termocupla y en el instrumento; de esta forma, se genera un error en la lectura del orden de la temperatura de ambiente en el empalme.

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Es importantísimo que los dos cables compensados sean para el tipo de termocupla que se está usando y que estén conectados con la polaridad correcta (+) con (+) y (-) con (-). De otra forma, será imposible obtener una medición sin error. Es recomendable consultar al proveedor o fabricante del cable compensado por los colores que identifican los cables (+) y (-), pues las normas de estos colores varían con el tipo de termocupla y país de procedencia del cable.

Nota: Si desea contar con las tablas de equivalencia entre voltaje y temperatura, ingrese a http://www.arian.cl/espanol/support.htm

Artículo gentileza de Arian S.A.   www.arian.cl
Noviembre 2010
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