Pirometro

¿Que es y como funciona la termocupla?
La termocupla es el sensor de temperatura más comúnmente utilizado en la

industria para medir la temperatura de un proceso.
Una termocupla se hace con dós alambres de metales diferentes, unidos

en un extremo (soldado / fundido).
Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy
pequeño (Efecto Seebeck) del orden de los millivolts, el cual aumenta con
la temperatura. El proceso contrario es el Efecto Peltier
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
Tipos de termocuplas
Normálmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas
dentro de un tubo de acero inoxidable ú otro material (vaina), en un extremo
está la unión y en el otro, los terminales de los alambres.
Algunos estan cubiertos con un cabezal de aluminio o plastico segun el
caso se presente.
Usos típicos en la industria
Existen una infinidad de tipos de termocuplas, en la tabla aparecen algunas
de las más comunes, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas són
del tipo J ó del tipo K
Las termocuplas tipo J se usan principálmente en la industria del plástico,
goma (extrusión e inyección) y fundición de metales a temperatura
promedio de 600°C (Aluminio, Plomo).
La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas
menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de
tratamientos térmicos.
Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusívamente en la industria
siderúrgica (fundición de acero)
Finálmente las tipo T eran usadas hace algún tiempo en la industria de
alimentos, pero hán sido desplazadas en esta aplicación por las Pt100,
Pt1000, Pt500, NTC, PTC, etc
Ejemplos sencillos de aplicación:
Linealizacion
La dependencia entre el voltaje entregado por la termocupla y la
temperatura no es lineal (no es una recta), el instrumento electrónico
destinado a mostrar la lectura, efectua una linealización, es decir toma el
voltaje y conociendo el tipo de termocupla, calcula con tablas internas a
que temperatura corresponde este voltaje.
Compensacion o ajuste de valor medición
El principal inconveniente de las termocuplas es su necesidad de
"compensación de cero". Esto se debe a que en algún punto, se tiene que
empalmar los cables de la termocupla con un conductor normal de cobre.
En ese punto se producirán dós 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.
Antíguamente se solucionaba este problema colocando los empalmes en

un baño de hielo a cero grados para que generen cero voltaje (Ta = 0 y
luego V(Ta) = 0 ).
Actuálmente, 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 ó juntura de referencia") es siempre
en el conector a la entrada del instrumento pues ahí está el sensor de
temperatura. De modo que es necesario llegar con el cable de la
termocupla hasta el mismo instrumento.
Cables extensión compensado
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 especiálmente cuando se están usando termocuplas R, S ó 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 de la termocupla (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 y valor decreciente.
En el caso particular de las lanzas usadas en la fundición de aceros, la
termocupla se conecta en la punta con un cable compensado forrado en
asbesto, que va por dentro de la lanza hasta el lado del mango. Ahí se
empalma con otro cable compensado con revestimiento de goma más
flexible que llega hasta la entrada del instrumento.
Para verificar el funcionamiento de un instrumento.
Es importantísimo que estos dós cables compensados sean para el tipo de
termoculpla que se está usando y además estén conectados con la
polariadad correcta ( + ) con ( + ) y ( - ) con ( - ). De otra forma será imposible
obtener una medición sin error. Siempre se debe consultar al proveedor ó
fabricante del cable compensado por los colores que identifican los cables
(+) y (-), pues las normas de estos colores varian con el tipo de termocupla
y país de procedencia del cable.
Para verificar que un instrumento de termocupla funciona correctamente,
es conveniente hacer un corto ó puente en la entrada de modo que V = 0,
entonces el instrumento deberá marcar la temperatura de ambiente Ta que
hay en el conector trasero donde se hizo el puente.
Para identificar una termocupla J o una K
Una Termocupla (Tc) tipo J está hecha con un alambre de Hierro y otro de
Constantán. El alambre de Hierro se puede reconocer con un imán,
además el Hierro es gris opaco aunque algunas veces estos alambres se
recubren con un delgada capa de Cobre para evitar oxidación. El
Constantán (Cobre-Nickel) es tambien magnético pero muy lévemente, se
reconoce mejor porque es plateado brillante.
Las termocuplas K están hechas con Cromel (Cromo - Cobalto) y Alumel
(Mg. Si -Nickel) ambos de color plateado brillante pero el Alumel es
lévemente magnético por su contenido de Nickel.
Modelos de Termocuplas para uso industrial en fundición de metales.

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