A pesar de ser utilizados en diversas aplicaciones de la vida cotidiana y su nombre es ampliamente conocido, los termopares son una pequeña herramienta que, para la mayoría de la población, está envuelta en mucho desconocimiento.
Qué es el termopar
El termopar es un sensor de temperatura cuyo funcionamiento se basa en el efecto termoeléctrico. Se utilizan ampliamente porque son baratos, fácilmente reemplazables, estandarizados y pueden medir un amplio rango de temperaturas. Su mayor límite está la precisión; de hecho, tienden a tomar medidas con errores sistemáticos, incluso si no son demasiado altos.
Este dispositivo se emplea para convertir el calor en energía eléctrica y medir la diferencia de temperatura entre dos puntos. Se encuentran entre los sensores de temperatura más utilizados debido a su amplia disponibilidad y costos muy bajos.
El efecto Seebeck
El efecto Seebeck juega un papel clave en la función de un termopar. Se afirma que una diferencia de temperatura entre dos semiconductores metálicos creará electricidad. Cuando estos semiconductores forman un anillo, se produce una corriente eléctrica.
Los termopares dependen de este efecto para medir la temperatura. Cuando se coloca un termopar entre un gradiente de temperatura entre dos semiconductores, se convierte en parte del circuito creado por el efecto Seebeck.
Esto le permite medir un voltaje y convertirlo en un gradiente de temperatura legible en función de los tipos de metal utilizados.
Función de un termopar
Cuando un termopar mide un gradiente de temperatura, está midiendo la diferencia de temperatura entre dos semiconductores. Esto significa que un termopar debe estar conectado a un multímetro, lo que le permite al usuario leer el voltaje de los dos semiconductores involucrados.
La diferencia de temperatura y la tensión están directamente relacionadas. Por lo tanto, si se puede leer el voltaje que pasa a través de un circuito, entonces se puede calcular la diferencia de temperatura entre los dos semiconductores.
Esta diferencia de temperatura se obtiene midiendo el voltaje; porque el voltaje corresponde directamente a la diferencia de temperatura entre las dos uniones de semiconductores de termopar.
Tipos de termopares
Hay muchos tipos de termopares, todos ellos variables en la aleación de metal utilizada en su sonda. Los termopares tipo K más comunes son muy baratos y tienen un amplio rango de temperaturas que pueden medir.
Sin embargo, la economía de este tipo se debe al hecho de que no es muy preciso y puede experimentar cambios de sensibilidad a temperaturas superiores a 354 grados Celsius, el punto de Curie para el níquel, uno de sus componentes.
También están los termopares tipo E, que tienen una sensibilidad más alta que el tipo K y no son magnéticos. Existen muchos otros tipos de termopares que cumplen diversas funciones.
Aplicaciones del termopar
Los termopares se utilizan en la producción de acero para medir su temperatura con el fin de determinar el contenido de carbono del acero en función de su temperatura de fusión.
También se utilizan en luces piloto. Esta aplicación requiere que la sonda del termopar esté en la llama piloto para indicar si la llama está encendida. Cuando la llama está encendida, se genera una corriente en el termopar y lee el calor producido por la llama. Cuando la llama está apagada, los sensores electrónicos pueden desconectar el gas para evitar posibles fugas.
Los termopares obedecen tres leyes cuando están en funcionamiento. En primer lugar, la ley de los materiales homogéneos establece que las temperaturas que no se aplican a las uniones de los termopares no afectarán el voltaje producido, porque ya no crean un gradiente de temperatura.
En segundo lugar, la ley de los materiales intermedios establece que los nuevos materiales inyectados en el circuito no cambiarán el voltaje hasta que las uniones formadas por el nuevo material sufran un gradiente de temperatura.
Por último, la ley de temperaturas sucesivas establece que las tensiones entre tres o más uniones pueden sumarse.