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Un termopar es un dispositivo utilizado para convertir el calor en energía eléctrica. Mide la diferencia de temperatura entre dos puntos. Los termopares se encuentran entre los sensores de temperatura más utilizados debido a su amplia disponibilidad y muy bajo costo. Desafortunadamente, sin embargo, no son los lectores de temperatura más precisos.
El efecto Seebeck
El efecto Seebeck juega un papel clave en la función de un termopar. Establece que una diferencia de temperatura entre dos semiconductores metálicos creará electricidad. Cuando estos semiconductores forman un bucle, se genera 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 convertir ese voltaje en un gradiente de temperatura legible dependiendo de los tipos de metal que se usen.
La 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 permite a su usuario leer el voltaje de los dos semiconductores involucrados. La diferencia de temperatura y el voltaje están directamente relacionados. Por lo tanto, si uno puede leer el voltaje que atraviesa un circuito, puede calcular la diferencia de temperatura entre los dos semiconductores. Esta diferencia de temperatura se obtiene midiendo el voltaje; para el voltaje corresponde directamente a la diferencia de temperatura entre las dos uniones de los semiconductores de termopares.
Tipos de termopares
Hay muchos tipos de termopares, todos los cuales varían en la aleación de metal utilizada en su sonda. Los termopares tipo K más comunes (cromel-alumel), son muy baratos y tienen un amplio rango de temperaturas que pueden medir. Sin embargo, el bajo costo de este tipo se demuestra en el hecho de que no es muy preciso y puede experimentar cambios en la sensibilidad a temperaturas superiores a 354 grados Celsius, que es el punto Curie para el níquel, un componente del cromel. Los termopares tipo E (chromel-constantin) tienen una mayor sensibilidad que el tipo K y no son magnéticos. Hay muchos otros tipos de termopares, y se puede encontrar una lista completa en la sección de Recursos.
Aplicaciones
Los termopares se utilizan en la fabricación de acero para medir la temperatura del acero 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 saber 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 saber apagar el gas para evitar posibles fugas de gas.
Leyes de uso de termopares
Los termopares obedecen tres leyes cuando están en funcionamiento. Primero, la ley de materiales homogéneos establece que las temperaturas no aplicadas en las uniones del termopar no afectarán el voltaje producido, porque no crean más 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 mientras las uniones formadas por el nuevo material no experimenten un gradiente de temperatura. La ley de temperaturas sucesivas establece que los voltajes entre tres o más uniones se pueden sumar.