Los termopares (TC) funcionan conectando dos metales o aleaciones diferentes. Como resultado de las diferencias en la conductividad térmica y el movimiento de los electrones, se produce una ligera tensión, conocida como efecto Seebeck o termoeléctrico, que está directamente relacionada con la diferencia de temperatura entre la unión de medición y la unión de referencia. La medición o unión caliente es donde se sueldan los metales, y la referencia o unión fría es donde se mide la tensión. Dado que la medición es de carácter diferencial, es necesario conocer la temperatura de la unión fría para determinar la temperatura real.
La tensión generada por los termopares es muy pequeña, y requiere una electrónica precisa en el transmisor de temperatura. Los termopares estandarizados incluyen el tipo K (Chromel y Alumel), muy popular, que produce una señal de 45 mV con una diferencia de 1000 °C (1832 °F). Para temperaturas más altas se utilizan termopares nobles como los de tipo S (platino y platino-rodio), que producen una señal de 15 mV con 1500 °C (2732 °F).
Según estudios, los termopares pueden experimentar desviaciones anuales que oscilan entre el 3 % y el 6 %. Esta desviación la produce la tensión de Seebeck, provocada por la diferencia entre dos aleaciones, y disminuye con el tiempo a medida que los materiales se mezclan. Esto puede ocurrir debido a la fase gas o difusión de gases, que afecta a la precisión de la medición. La única solución para mantener la precisión de medición de la temperatura es sustituir los sensores TC periódicamente en las aplicaciones críticas.
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Para la medición de altas temperaturas, recomendamos utilizar termopares. Cuando hablamos de altas temperaturas, nos referimos a más de 600 grados Celsius. Como se ve en este instrumento de medición antiguo, son muy sencillos, no tienen batería ni nada. Solo el termopar. Veremos dos metales soldados. Si lo caliento, se ve que el instrumento análogo se eleva, y vemos altas temperaturas. Si lo hago durante el suficiente tiempo, veremos los termopares incandescentes. ¡No lo haga en casa ni en la oficina! Yo puedo hacerlo, pero mejor que ustedes no. Entonces, ¿cómo funcionan los termopares? Simplemente hay que conectar dos metales diferentes. Es la parte más delicada. Dos metales o dos aleaciones. Debido a las variaciones en la conductividad térmica y en la temperatura de la unión, los electrones pueden desplazarse a través de la estructura interna de un metal.
Se genera una pequeña tensión relacionada con la temperatura. Se trata de un efecto termoeléctrico, también llamado efecto Seebeck, su descubridor. Es muy fácil conseguirlo. Solo hay que soldar dos metales en la llamada unión caliente. Por otro lado, en la unión fría se miden los milivoltios o microvoltios que se generan. Es un diseño muy robusta pero, como puede ver, no se trata de una medición directa de la temperatura. Se trata de una medición de la temperatura diferencial; lo que se mide es la diferencia entre la unión caliente y la unión fría. Para medir la temperatura real, debemos conocer la temperatura de la unión fría. Además, es imprescindible contar con la curva característica del material, lo que nos permitirá calcular la temperatura en la unión caliente con precisión. Este es un principio general de la medición con termopares. La tensión del termopar es muy pequeña, microvoltios o milivoltios, y esto exige que el transmisor de temperatura cuente con una electrónica bastante precisa.
Existen varios termopares ya estandarizados, de dos aleaciones o metales diferentes. ¡Veamos algunos de ellos! El más conocido es el de tipo K, níquel-cromo-níquel. En este caso, con una diferencia de temperatura de 1000 grados, tendremos una señal de 45 milivoltios. Parece bastante lineal. Para temperaturas más altas, el cromo-níquel no es adecuado. Es necesario utilizar termopares nobles, normalmente de platino. Platino con rodio. El más conocido de este tipo es el S. El tipo S es platino por un lado y platino-rodio por otro. Por ejemplo, con una diferencia de 1500 grados Celsius, la señal es de únicamente 15 milivoltios. Como puede ver aquí, hay una curva clara. No es lineal, así que el comportamiento intermedio es bastante complejo. Especialmente en las temperaturas negativas, se ve claramente que los termopares presentan curvas.
Obviamente, el platino es muy caro. Solo se utiliza si el tipo K ya no es apto, sobre todo con temperaturas más altas. La desviación es esperada, y según la bibliografía, podría situarse entre el 3 % y el 6 % de la lectura anual. ¡Debemos asumirlo! ¿Cómo puede ser? ¿Qué sucede en la práctica real? La teoría es que los termopares funcionan gracias a la diferencia entre dos nuevos hilos, o dos nuevas aleaciones. En este ejemplo tenemos un termopar nuevo: uno hilo es rojo y el otro azul, porque son de aleaciones diferentes. La diferencia produce la tensión de Seebeck, el efecto termoeléctrico. Después de un año en un entorno incandescente, pueden ocurrir cosas extrañas. Ya que estas dos aleaciones intercambian material. Así que, después de medio año o un año, ya no tenemos rojo y azul. Hay 50 tonalidades de violeta, porque, por ejemplo, el cromo "pasea" de un lado al otro.
Al final, las aleaciones se acercan y producen menos tensión termoeléctrica. Esto da como resultado que la tensión generada sea demasiado pequeña, por lo que tendremos una desviación negativa del sensor. Esto puede ocurrir en fase gas o durante la difusión entre estas dos aleaciones, y a través de los cables con aislamiento mineral. Pueden producirse efectos muy extraños, lo sé bien porque lo he visto personalmente en las visitas a clientes en fábricas de vidrio. ¿Qué se puede hacer para evitarlo? La verdad es que nada... La temperatura produce la difusión, y la única forma de garantizar que la medición de temperatura sea precisa, como hemos visto en el episodio anterior, es que la norma solo es válida en los hilos nuevos. Si utiliza los termopares en una aplicación crítica de seguridad, tiene que sustituirlos con mucha frecuencia. ¡Lo único que puede hacer es sustituirlos!
