La medición industrial de la temperatura se caracteriza a menudo por entornos difíciles. Elegir el termopar adecuado es crucial para la eficacia del proceso, así como para la seguridad y/o la calidad del producto. Aunque cada aplicación es única, en este artículo consideraremos algunos factores a tener en cuenta a la hora de elegir un termopar para cada una de las atmósferas de funcionamiento más comunes:
- Vacío
- Reducir
- Oxidante
- Inerte
En las cuatro secciones siguientes, se especificarán los materiales de vaina más compatibles y los tipos de termopar adecuados para cada entorno, junto con algunos ejemplos de aplicaciones industriales. Esperamos que esto le ayude a tomar una decisión informada.
Este artículo presupone un conocimiento básico de lo que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un termopar y diseñar un montaje. Para obtener una visión general sobre factores más generales como el rango de temperatura, el tiempo de respuesta, la colocación y la precisión, consulte este artículo.
Medición de la temperatura en el vacío
Un entorno de vacío es aquel que está desprovisto de materia y, en términos prácticos, se define como una ausencia casi total de presión de gas (mucho menor que la presión atmosférica). Factores como la presión, la densidad, la falta de transferencia de calor por conducción o convección y la baja conductividad térmica son relevantes para el funcionamiento preciso de los termopares en el vacío.
Aplicaciones industriales en entornos de vacío
- Aeroespacial
- Hornos de vacío
- Aplicaciones de semiconductores
- Aplicaciones PVD (deposición física de vapor)
- Crecimiento del cristal
- Energía nuclear
- Cerámica avanzada
- Células solares
Consideraciones sobre los termopares en el vacío
La siguiente tabla indica las propiedades de los tipos de termopares más adecuados para una atmósfera de vacío.
| Tipo | Materiales de unión | Rango de temperatura | Sensibilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|
| J | Hierro-Constantan | 0°C a 760°C | 55uV/°C | Bajo coste Requiere una vaina al vacío. |
| K | Cromel (Níquel&Cromo) – Alumel (Níquel&Aluminio) | -184°C a 1260°C | 39uV/°C | Bajo coste Requiere una vaina al vacío. |
| T | Cobre-Constantan | -184°C a 400°C | 45uV/°C | Fiable hasta 370°C y estable a bajas temperaturas. |
| N | Nicrosil-Nisil | 0°C a 1100°C | 10,4uV/°C | Menor coste que los tipos B, R y S. Muy precisos y fiables a altas temperaturas. Requiere una vaina para su uso en vacío. |
| C | Tungsteno (5%)/Renio – Tungsteno (26%)/Renio | 0°C a 2300°C | 16uV/°C | Excelente para vacíos a alta temperatura Termopar sin protección |
| B | Platino (6%)/Rodio – Platino (30%)/Rodio | 38°C a 1800°C | 10,4uV/°C | Destinado a aplicaciones de muy alta temperatura. Sólo funciona de forma fiable durante cortos periodos de tiempo en el vacío y requiere la protección de una funda. |
| R | Platino (13%)/Rodio – Platino | 0°C a 1593°C | 6uV/°C | Adecuado para temperaturas muy altas y cortos periodos de tiempo en el vacío. Se contamina fácilmente y debe utilizarse con una funda en el vacío. |
| S | Platino (10%)/Rodio – Rodio/Platino | 0°C a 1538°C | 10,4uV/°C | Normalmente se utiliza con funda. Sólo para periodos cortos de tiempo en el vacío. Coste elevado, por lo que sólo para aplicaciones especializadas. |
Materiales de revestimiento
Entre los materiales de vaina adecuados para la medición de la temperatura en el vacío se encuentran el tántalo, el molibdeno, el INC600 y el niobio 1% zinc. Visite nuestra visión general de los materiales de vaina y sus diferentes propiedades.
Mediciones a alta temperatura
A temperaturas superiores a unos 1200°C, las aleaciones de termopares habituales se acercan demasiado a sus puntos de fusión y no pueden utilizarse para realizar mediciones precisas. Por este motivo, Kamet ofrece una gama de termopares especializados para altas temperaturas que pueden ser relevantes para determinados entornos de vacío, como los hornos.
Retos del calentamiento por vacío
Kamet es capaz de proporcionar soluciones no sólo para la medición de la temperatura en el vacío, sino también para los desafíos únicos del calentamiento en el vacío.
Como expertos en el campo de la calefacción con décadas de innovación y experiencia, podemos asesorarle sobre cualquier problema de calefacción por vacío que pueda encontrar. Puede leer más sobre nuestros calentadores (a medida ) o ponerse en contacto con nosotros para hablar de las distintas soluciones y opciones con uno de nuestros expertos.
Medición de la temperatura en un entorno reductor
Un entorno reductor es aquel en el que se impide la oxidación porque el termopar está rodeado de agentes reductores (gases que eliminan el oxígeno, normalmente hidrógeno o nitrógeno).
Ejemplos de procesos industriales con entornos reductores
- Metalurgia
- Tratamiento térmico (hornos de recocido)
- Soldadura
Consideraciones sobre los termopares en atmósfera reductora
A la hora de seleccionar el mejor termopar para un entorno reductor, hay que tener en cuenta los bajos niveles de oxígeno y el efecto de los agentes reductores (como el hidrógeno, el nitrógeno y el amoníaco). Los agentes reductores pueden, por ejemplo, hacer que las aleaciones se oxiden y, por tanto, reducir la salida de CEM haciendo que el termopar dé una lectura baja.
La tabla siguiente indica las propiedades de los tipos de termopares más adecuados para una atmósfera reductora.
| Tipo | Materiales de unión | Rango de temperatura | Sensibilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Tipo J | Hierro-Constantan | 0°C a 760°C | 55uV/°C | Utilizar sólo para aplicaciones en seco Oxidación rápida del alambre por encima de 540°C. |
| Tipo T | Cobre-Constantan | -184°C a 400°C | 45uV/°C | Resistente a la humedad y a la corrosión por condensación. Fiable hasta 370°C y estable a bajas temperaturas. |
| Tipo N | Nicrosil-Nisil | 0°C a 1100°C | 10,4uV/°C | Sólo apto para aplicaciones en seco. |
| Tipo C | Tungsteno (5%)/Renio – Tungsteno (26%)/Renio | 0°C a 2300°C | 16uV/°C | Termopar sin protección Adecuado para atmósferas de hidrógeno de alta pureza. No puede exponerse al oxígeno. |
En teoría, es posible utilizar todos los demás tipos de termopares siempre que estén debidamente protegidos. No hemos incluido el tipo K en el resumen anterior porque es susceptible a la «podredumbre verde» en ambientes reductores.
La putrefacción verde hace referencia a la oxidación del cromo, un proceso que suele producirse a altas temperaturas, entre 800°C y 1260°C , sobre todo en entornos con poco oxígeno. En circunstancias normales, una capa de óxido en la superficie de la pata de NiCr la protege de la oxidación. Sin embargo, en entornos que contienen hidrógeno u otros agentes reductores, esta protección se ve comprometida, lo que provoca una oxidación acelerada del cromo. El resultado es la formación de una capa verde escamosa de corrosión en la pata positiva.
Materiales de revestimiento
Los materiales de revestimiento que podrían considerarse para un entorno reductor son el Hastelloy X y el Molibdeno. Para más información sobre las propiedades de estos materiales vaya a esta página.
Medición de la temperatura en un entorno oxidante
Un entorno oxidante es aquel en el que el termopar estará en contacto con gases que provocan la combustión (principalmente oxígeno).
Ejemplos de procesos industriales con ambientes oxidantes
- Motores de combustión
- Incineración de residuos
- Industria del vidrio
Consideraciones sobre los termopares en atmósferas oxidantes
Como su nombre indica, en estas atmósferas existe un potencial oxidante muy elevado que debe tenerse en cuenta a la hora de elegir el mejor termopar. La siguiente tabla indica las propiedades de los tipos de termopares más adecuados para una atmósfera oxidante:
| Tipo | Materiales de unión | Rango de temperatura | Sensibilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Tipo E | Cromel (níquel y cromo) – Constantan | 0°C a 982°C | 76uV/°C | Utilizar sólo hasta 900°C en ambiente oxidante. Protéjalo del ataque del azufre. |
| Tipo J | Hierro-Constantan | 0°C a 760°C | 55uV/°C | Sólo aplicaciones en seco. Rápida oxidación del alambre por encima de 540°C. Vulnerable al azufre por encima de 540°C. |
| Tipo K | Cromel (Níquel&Cromo) – Alumel (Níquel&Aluminio) | -184°C a 1260°C | 39uV/°C | Bueno para entornos oxidantes limpios. Bajo coste. Necesita protección contra atmósferas sulfurosas. |
| Tipo T | Cobre-Constantan | -184°C a 400°C | 45uV/°C | Fiable hasta 370°C y estable a bajas temperaturas. Resistente a la humedad y la condensación. |
| Tipo N | Nicrosil-Nisil | 0°C a 1100°C | 10,4uV/°C | Menor coste que los tipos B, R y S. Resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Muy precisos y fiables a altas temperaturas. Vulnerable a los ataques del azufre. |
| Tipo B | Platino (6%)/Rodio – Platino (30%)/Rodio | 700°C a 1800°C | 10,4uV/°C | Destinado a aplicaciones de muy alta temperatura. Utilizar con protección en atmósferas reductoras. Puede utilizarse sin protección en ambientes oxidantes. |
| Tipo R | Platino (13%)/Rodio – Platino | 0°C a 1593°C | 6uV/°C | Adecuado para temperaturas muy altas. Se contamina fácilmente y suele utilizarse con funda. Puede utilizarse sin protección en ambientes oxidantes. |
| Tipo S | Platino (10%)/Rodio – Rodio/Platino | 0°C a 1538°C | 10,4uV/°C | Suele utilizarse con vaina. Requiere protección contra atmósferas reductoras y contaminación. Puede utilizarse sin protección en ambientes oxidantes. Coste elevado, por lo que es más adecuado para aplicaciones especializadas. |
Materiales de revestimiento
Entre los materiales de revestimiento adecuados para su uso en entornos oxidantes se incluyen: Pt10%Rh, Pt20%Rh, INC600 y aceros inoxidables, como AISI 316, AISI 321 y AISI 310.
Medir la temperatura en un entorno inerte
Un ambiente inerte es aquel que no contiene oxígeno o sólo niveles muy bajos de oxígeno. Es principalmente (una mezcla de) gases no reactivos como el nitrógeno, el argón, el helio y el dióxido de carbono.
Ejemplos de procesos industriales con medios inertes
- Semiconductores, como la deposición de películas finas
- Sinterización de la pulvimetalurgia
- Tratamiento térmico de metales
- Crecimiento cristalino
- Ensayos de materiales aeroespaciales – por ejemplo para probar un propulsor de efecto Hall
Consideraciones sobre los termopares en atmósferas inertes
La presencia de gases inertes y los bajísimos niveles de oxidación son factores a tener en cuenta a la hora de elegir un termopar que se adapte a los procesos industriales en entornos inertes.
La siguiente tabla indica las propiedades de los tipos de termopares más adecuados. Todos ellos pueden utilizarse protegidos o sin proteger en un entorno inerte.
| Tipo | Materiales de unión | Rango de temperatura | Sensibilidad | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Tipo C | Tungsteno (5%)/Renio – Tungsteno (26%)/Renio | 0°C a 2300°C | 16uV/°C | Adecuado para entornos inertes de gran pureza. |
| Tipo E | Cromel (níquel y cromo) – Constantan | 0°C a 982°C | 76uV/°C | Utilícelo sólo hasta 900°C en entornos inertes. |
| Tipo J | Hierro-Constantan | 0°C a 760°C | 55uV/°C | La vida útil se reduce a altas temperaturas. |
| Tipo K | Cromel (Níquel&Cromo) – Alumel (Níquel&Aluminio) | -184°C a 1260°C | 39uV/°C | Bajo coste. Debe utilizarse si el entorno es completamente inerte. |
| Tipo T | Cobre-Constantan | -184°C a 400°C | 45uV/°C | Fiable hasta 370°C y estable a bajas temperaturas. |
| Tipo N | Nicrosil-Nisil | 0°C a 1100°C | 10,4uV/°C | Menor coste que los tipos B, R y S. Muy precisas y fiables a altas temperaturas. |
| Tipo B | Platino (6%)/Rodio – Platino (30%)/Rodio | 38°C a 1800°C | 10,4uV/°C | Destinado a aplicaciones de muy alta. temperatura. |
| Tipo R | Platino (13%)/Rodio – Platino | 0°C a 1593°C | 6uV/°C | Adecuado para temperaturas muy altas. Se contamina fácilmente y suele utilizarse con vaina. |
| Tipo S | Platino (10%)/Rodio – Rodio/Platino | 0°C a 1538°C | 10,4uV/°C | Suele utilizarse con una vaina. Coste elevado, por lo que es más apropiado para aplicaciones especializadas. |
¿Le gustaría saber más?
También hay situaciones en las que los termopares tienen que soportar una combinación de estos entornos. Kamet destaca por su asesoramiento específico para su proceso y entorno únicos. Las soluciones a medida son también una de nuestras especialidades. Así que, si no ha podido encontrar toda la información que necesita en nuestra página web o en nuestra base de conocimientos, póngase en contacto con nosotros y estaremos encantados de ayudarle.