Termopares

INTRODUCCIÓN

El termopar fue inventado por Thomas Johann Seebeck en 1826, el cual descubre que al unir dos metales distintos en un extremo y entre cuya unión existe una diferencia de temperatura; estos generan una fuerza electromotriz (FEM) en los dos extremos de los metales. El funcionamiento del termopar se basa en el descubrimiento de distintos efectos como; el efecto Seebeck(1822), el efecto Peltier (1834) y el efecto Thompson (1847)

TERMOPARES

TERMOPAR

Un termopar es un dispositivo para la medición de temperatura, basado en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por dos conductores de metales diferentes o aleaciones de metales diferentes, unidos en sus extremos y entre cuyas uniones existe una diferencia de temperatura, que origina una fuerza electromotriz efecto Seebeck.

La fuerza electromotriz generada por el termopar está en función de la diferencia de temperatura entre la unión fría y caliente, pero más específicamente, Ésta es generada como un resultado de los gradientes de temperatura los cuales existen a lo largo de la longitud de los conductores.

INVENTOR

Thomas Johann Seebeck (1770 - 1831)

Físico y médico alemán. Pertenecí a la Academia de Ciencias de Berlín. En 1821-22 descubrí la termoelectricidad y la pila termoeléctrica. Descubrí el efecto que lleva su nombre, que consiste en el paso de la corriente a través de un circuito formado por dos metales distintos cuyas uniones se mantienen a temperaturas distintas y que es el fundamento de los termopares. Se le deben, además, interesantes investigaciones sobre la polarización de la luz.

CARACTERÍSTICAS DE LOS TERMOPARES

Comparativamente con los otros transductores de temperatura, los termopares destacan por su amplio margen de medida, globalmente de -270 a +3300ºC, y en particular por las características siguientes:

• Positivas:

Dimensiones reducidas.

Estabilidad a largo plazo.

Robustos, versátiles y fiables.

Económicos.

Transductores activos (no requieren excitación externa).

• Negativas:

Baja sensibilidad.

Baja linealidad.

Requieren unión de referencia.

TIPOS DE TERMOPARES

• Tipo K (cromel/alumel): con una amplia variedad aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. El cromel es una aleación de Ni-Cr, y el alumel es una aleación de Ni-Al. Tienen un rango de temperatura de –200 °C a +1372 °C y una sensibilidad 41 µV/°C aproximadamente. Posee buena resistencia a la oxidación.

• Tipo E (cromel/constantán [aleación de Cu-Ni]: no son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/°C.

• Tipo J (hierro/constantán): su rango de utilización es de –270/+1200 °C. Debido a sus características se recomienda su uso en atmósferas inertes, reductoras o en vacío, su uso continuado a 800 °C no presenta problemas, su principal inconveniente es la rápida oxidación que sufre el hierro por encima de 550 °C; y por debajo de 0 °C es necesario tomar precauciones a causa de la condensación de vapor de agua sobre el hierro.

• Tipo T (cobre/constantán): ideales para mediciones entre -200 y 260 °C. Resisten atmósferas húmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopares de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C.

• Tipo N (nicrosil [Ni-Cr-Si]/nisil [Ni-Si]): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S, que son más caros. Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300°C).

• Tipo B (Pt-Rh): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1800°C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0°C y 42°C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a temperaturas por encima de 50 °C.

• Tipo R (Pt-Rh): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1300 °C. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo.

• Tipo S (Pt/Rh): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1300 °C, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43 °C). Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.

EFECTO SEEBECK

• Consiste en la aparición de una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor eléctrico que se encuentra de manera simultánea a diferentes temperaturas.

• El efecto Seebeck es solamente un efecto termoeléctrico que convierte calor en electricidad.

• Rigurosamente el efecto Seebeck no es un efecto de juntura. Pero es muy aplicado a materiales con características diferentes.

• Se aplica a:

Termocuplas en la medición de temperatura

Termopilas en la generación de electricidad.

Termoelectricidad en sistemas de enfriamiento

EFECTO SEEBECK EN UN TERMOPAR

• En un sistema que cuenta con dos materiales diferentes A y B, con dos uniones a diferente temperatura, el efecto Seebeck consiste en la aparición de una corriente eléctrica de intensidad i, que no depende de ni

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