Tipos de termopares explicados: J, K, T, E, N, R, S y B es una referencia rápida para elegir el sensor adecuado según un rango de temperatura, atmósfera y objetivo de precisión dados. Los termopares son el sensor de temperatura de contacto más común en planta industrial: baratos, robustos, autoalimentados, abarcando desde líneas criogénicas hasta interiores de hornos por encima de 1700 °C. Elegir el tipo equivocado, o ignorar la compensación de la unión fría, es una causa habitual de lecturas incorrectas atribuidas a la "deriva del sensor" cuando la falla real es la especificación.
Un termopar son dos hilos metálicos disímiles unidos en la unión "caliente". Una diferencia de temperatura entre esa unión y los extremos de referencia abiertos genera un pequeño voltaje, típicamente decenas de microvoltios por grado Celsius. Este es el efecto Seebeck, descubierto en 1821: la f.e.m. medida es la diferencia entre los coeficientes de Seebeck de los dos metales. Un termopar no mide la temperatura directamente; mide un voltaje que es una función tabulada de la diferencia de temperatura de la unión, determinada por el emparejamiento de aleaciones y el material de la vaina.
Las designaciones por letra (J, K, T, E, N, R, S, B) son pares de aleaciones estandarizados con tablas de voltaje publicadas, de modo que un termopar tipo K de cualquier fabricante se comporta igual. Los tipos de metales base (J, K, T, E, N) dominan el uso industrial; los tipos de metales nobles (R, S, B) son adecuados para trabajos de alta temperatura y alta precisión.
| Tipo | Par de aleaciones | Rango típico | Tolerancia Clase 1 |
|---|---|---|---|
| T | Cobre / Constantán | -250 a 350 °C | ±0,5 °C o ±0,4 % |
| J | Hierro / Constantán | -40 a 750 °C | ±1,5 °C o ±0,4 % |
| E | Chromel / Constantán | -200 a 900 °C | ±1,5 °C o ±0,4 % |
| K | Chromel / Alumel | -200 a 1260 °C | ±1,5 °C o ±0,4 % |
| N | Nicrosil / Nisil | -200 a 1300 °C | ±1,5 °C o ±0,4 % |
| R | Pt-13%Rh / Pt | 0 a 1600 °C | ±1,0 °C o ±[1+0.003(t-1100)]°C |
| S | Pt-10%Rh / Pt | 0 a 1600 °C | ±1,0 °C o ±[1+0.003(t-1100)]°C |
| B | Pt-30%Rh / Pt-6%Rh | 0 a 1700 °C | Sólo Clase 2, ±1,5 °C o ±0,25 % (600 a 1700 °C) |
El voltaje del termopar depende de la diferencia entre las temperaturas de la unión caliente y de referencia, no del valor absoluto de la unión caliente. Históricamente esto se solucionaba con un baño de hielo a 0 °C. Los transmisores modernos, en cambio, miden la temperatura del bloque de bornes, normalmente con un termistor o un RTD, y añaden electrónicamente un voltaje de corrección, una técnica llamada compensación de la unión fría (CJC). Un bloque de bornes cerca de un armario caliente o expuesto al sol desplaza esa referencia, y cada lectura posterior es errónea por la misma cantidad.
IEC 60584-1 define las clases de tolerancia referenciadas en la tabla anterior. La Clase 1 es la tolerancia estándar más estricta, generalmente alcanzable sólo a lo largo de un tramo limitado; la Clase 2 es más amplia y cubre el rango nominal completo para la mayoría de los tipos; la Clase 3 existe para un conjunto más pequeño de tipos a bajas temperaturas. Especificar una clase no es opcional: determina si una instalación puede resolver la variación del proceso que debe controlar. Un disparo de horno ajustado a ±5 °C carece de sentido si la banda de tolerancia del sensor es de ±2,5 °C o más.
Los termopares ganan en rango (desde criogénico hasta más de 1700 °C), robustez y rapidez de respuesta. Pierden en precisión absoluta y estabilidad frente a un RTD Pt100 bien especificado, y la señal en milivoltios es más susceptible al ruido en tiradas largas, por lo que las instalaciones a menudo lo emparejan con un transmisor que la convierte en un bucle de corriente de 4 a 20 mA. Elija un RTD por debajo de aproximadamente 500 °C cuando la precisión sea lo más importante; elija un termopar cuando el rango supere los límites del RTD o el tiempo de respuesta sea crítico. En maquinaria rotativa, las entradas de rodamientos y devanados a menudo alimentan la lógica de protección de maquinaria API 670, donde el tipo de sensor y la redundancia forman parte de la filosofía de protección.
Tres prácticas explican la mayoría de los errores de campo: usar cable de extensión del mismo tipo hasta el bloque de bornes, mantener el cable del termopar separado del cable de VFD o de potencia de alta corriente, y verificar la profundidad de inmersión para que la punta esté en la corriente del proceso, no en una capa límite cerca de la pared. Registrar el tipo de sensor, la clase de tolerancia y el historial de recalibración asociados al activo en un CMMS como Fabrico convierte a los sensores en un activo trazable: el equipo puede ver si corresponde un reemplazo y qué tolerancia se asumió en el punto de alarma. Los equipos que evalúan sus registros pueden reservar una demostración de Fabrico para ver cómo el historial de calibración se integra con la planificación de órdenes de trabajo.
El tipo T ofrece la mejor precisión a temperaturas bajas a moderadas. Para precisión a altas temperaturas, el tipo S ha servido históricamente como estándar de referencia de laboratorio, con el tipo R comparable en servicio industrial.
No. El cable de cobre introduce junturas adicionales con voltajes de Seebeck no compensados. Debe emplearse cable de extensión o cable compensador emparejado con el tipo de termopar desde el sensor hasta el punto de referencia de la unión fría.
El tipo K es propenso a una deriva por envejecimiento en el intervalo de 300 a 500 °C y a la "green rot" en atmósferas reductoras o sulfurosas. El tipo N resiste ambos fenómenos y es una mejora razonable si la deriva reaparece.
Sí. A diferencia de los RTD, los termopares pueden desviarse por contaminación de la aleación y cambios en la estructura de granos a temperatura, no sólo por fallas eléctricas, por lo que la verificación periódica frente a un patrón de referencia es buena práctica para lazos críticos.
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