Ingenieria

? Que són y como funcionan las termocuplas ?

Que es una
termocupla ?

Las termocuplas són el sensor de temperatura más común utilizado
industriálmente.
Una termocupla se hace con dós alambres de distinto material unidos
en un extremo (soldados generálmente). Al aplicar temperatura en la
unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto
Seebeck) del orden de los milivolts elcual 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.
Hierro ( Fe )
Unión a 750 ˚C
Constantan (cobre - nickel)

+

42,2 mV
-

Normálmente las termocuplas industriales se consiguenencapsuladas
dentro de un tubo de acero inoxidable ú otro material (vaina) , en un
extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables,
protejido adentro de una caja redonda de aluminio ( cabezal ).

Tipos de
termocuplas

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 Jó del tipo K.

Usos típicos en la
industria

Las termocuplas tipo J se usan principálmente en la industria del
plástico, goma (extrusión e inyección ) y fundición de metales a
bajas temperaturas (Zamac, Aluminio).
1

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.
Lastermocuplas 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 los
Pt100 (ver la nota técnica 4).

Tc

Cable +
Aleación

Cable Aleación

J

Hierro

cobre/nickel

K

Nickel/cromo Nickel/alumnio

T

Cobre

R

(-180,750)

42.2

Volts
Max

(-180, 1372) 54.8
(-250, 400)

20.8

87% Platino 100% Platino
13% Rhodio

(0, 1767)

21.09

S

90% Platino 100% Platino
10% Rhodio

(0, 1767)

18.68

B

70% Platino 94% Platino
30% Rhodio 6% Rhodio

(0, 1820)

13.814

Linealización

cobre/nickel

°C

Rango
(Min, Max)
mV

La dependencia entre el voltaje entregado por latermocupla y la
temperatura no es lineal ( no es una recta ) , es deber del intrumento
electrónico destinado a mostrar la lectura, efectuar la linealización,
es decir tomar el voltaje y conociendo el tipo de termocupla, ver en
tablas internas a que temperatura corresponde este voltaje.

50 mV

25 mV

500 ˚ C

1000 ˚ C

1500 ˚ C
2

"Compensación de
cero"

El principal inconveniente delas 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 dós nuevas termocuplas con el cobre
como metal para ambas, generando cada una un voltaje prorcional a
la temperatura de ambiente ( Ta ) en el punto del empalme.
Metal A

Ta

Cobre

T
V= V ( T ) - V ( Ta )
Metal B

Cobre

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 temperaturareal.
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.

La termocupla, hecha de metal A y metal B está sometida a una temperatura T. En los extremos de la termocupla
se coloca un voltímetro con...