Los metales refractarios son una clase de metales extraordinariamente resistentes al calor y al desgaste. Los metales refractarios más comunes son el tungsteno, el molibdeno, el tántalo, el niobio y el renio. Estos metales se caracterizan por sus puntos de fusión extremadamente altos, que son significativamente superiores a los de la mayoría de los demás metales
Los termopares de metal refractario están diseñados para su uso en entornos de temperaturas extremadamente altas en los que fallarían otros tipos de termopares. Los tipos más comunes de termopares de metal refractario se fabrican a partir de combinaciones de tungsteno y renio. Estos termopares pueden utilizarse en temperaturas extremas, lo que los hace ideales para aplicaciones en hornos de alta temperatura, reactores nucleares y la industria aeroespacial.
En esta página explicamos primero más sobre los metales refractarios y después sobre los termopares de metales refractarios.
¿Qué son los metales refractarios?
Los metales refractarios más comúnmente reconocidos son:
- Tungsteno (W): tiene el punto de fusión más alto de cualquier metal con 3.422°C (6.192°F), lo que lo hace ideal para aplicaciones de alta temperatura como elementos de iluminación, eléctricos y de calefacción.
- Molibdeno (Mo): conocido por su resistencia y estabilidad a altas temperaturas, así como por su elevado punto de fusión de 2.623°C (4.753°F), el molibdeno se utiliza en aplicaciones aeroespaciales, electrónicas e industriales.
- Tántalo (Ta): con un punto de fusión de 3.017°C (5.463°F), el tántalo es muy resistente a la corrosión y se utiliza en electrónica, procesos químicos y entornos de alta temperatura.
- Niobio (Nb): tiene un punto de fusión de 2.468°C (4.474°F) y se utiliza en superaleaciones para motores a reacción y cohetes, así como en la fabricación de materiales superconductores.
- Renio (Re): uno de los elementos más raros de la corteza terrestre con un punto de fusión de 3.180°C (5.756°F), el renio se utiliza en motores de turbina de alta temperatura y como aditivo para mejorar las propiedades de otros metales refractarios.
¿Por qué utilizar metales refractarios en los termopares?
- Resistencia a altas temperaturas: la principal característica de los metales refractarios es su capacidad para conservar la resistencia y la estabilidad a temperaturas a las que la mayoría de los demás metales se fundirían o degradarían considerablemente.
- Resistencia a la corrosión: muchos metales refractarios presentan una excelente resistencia a la corrosión, lo que los hace adecuados para entornos de procesamiento químico.
- Alta densidad: la mayoría de los metales refractarios tienen una alta densidad, lo que contribuye a su durabilidad y resistencia al desgaste.
- Altos puntos de fusión: la característica que define a los metales refractarios son sus puntos de fusión excepcionalmente altos, que los hacen indispensables en industrias como la aeroespacial, la de defensa y la de energía nuclear.
En resumen, los metales refractarios son indispensables en aplicaciones que exigen materiales capaces de soportar condiciones extremas. Sus propiedades únicas permiten avances en la tecnología y la industria, sobre todo en las áreas sometidas a las temperaturas más elevadas y los entornos más difíciles.
Tipos de termopares de metal refractario
- Tipo C: consiste en una combinación de tungsteno 5% renio (W-5% Re) frente a tungsteno 26% renio (W-26% Re). Este tipo es conocido por su capacidad para rendir bien a altas temperaturas de hasta 2.300°C (4.172°F) en entornos inertes o de vacío.
- Tipo D: otra combinación de tungsteno y renio, con proporciones diferentes a las del tipo C, que ofrece rangos de temperatura y características de estabilidad ligeramente diferentes.
Características de los termopares de metal refractario
- Capacidad para altas temperaturas: los termopares de metales refractarios pueden medir temperaturas muy superiores a las posibles con los termopares de metales nobles (por ejemplo, los de tipo S a base de platino).
- Uso inerte o en vacío: se utilizan mejor en atmósferas inertes o en condiciones de vacío porque los metales refractarios pueden oxidarse o reaccionar con ciertas atmósferas a altas temperaturas, lo que provoca su degradación.
- Durabilidad: estos termopares mantienen la integridad estructural y la precisión de medición a altas temperaturas, lo que los hace adecuados para condiciones duras.
- Estabilidad: proporcionan mediciones de temperatura estables en condiciones extremas, lo que las hace fiables para aplicaciones críticas en entornos difíciles.
Aplicaciones
Se utilizan habitualmente en industrias que operan a altas temperaturas, como:
- Aeroespacial: para controlar la temperatura de los motores de cohetes y otros componentes de propulsión durante las pruebas y el funcionamiento.
- Industria nuclear: en sistemas de control y seguridad de reactores donde se producen altas temperaturas.
- Ciencia de los materiales: para el estudio de los materiales a altas temperaturas, incluidos los procesos de sinterización, fusión y tratamiento térmico.
- Procesos industriales: en hornos, estufas y otros procesos industriales a alta temperatura en los que es esencial un control preciso de la temperatura.
Limitaciones termopares de metal refractario
A pesar de sus capacidades a altas temperaturas, los termopares de metal refractario tienen limitaciones, entre ellas:
- Sensibilidad a la oxidación: sin atmósferas protectoras adecuadas, pueden degradarse rápidamente en ambientes oxidantes.
- Proceso de fabricación bastante difícil: el cuidado preciso necesario en el empalme para evitar daños, el requisito de herramientas de corte especiales para mayor precisión y las estrictas normas de limpieza hacen que el proceso de fabricación de los alambres para termopares de tipo C sea todo un reto. Más información sobre este tema en esta página.
- Fragilidad: a temperaturas más bajas, los metales refractarios pueden ser frágiles y difíciles de manejar, por lo que requieren una instalación y un mantenimiento cuidadosos.
En resumen, los termopares de metales refractarios son herramientas fundamentales para la medición de la temperatura en condiciones extremas, elegidos por su incomparable capacidad para soportar altas temperaturas manteniendo la precisión y la estabilidad. Su uso en industrias específicas pone de relieve la importancia de estos dispositivos para el avance de las capacidades tecnológicas y la comprensión de los materiales en condiciones extremas.
¿Y el platino?
Aunque el platino es un metal con un alto punto de fusión (1.768°C o 3.214°F) y una excelente resistencia a la corrosión, suele clasificarse aparte del grupo tradicional de metales refractarios. El platino suele clasificarse como metal «noble» o «precioso» debido a su rareza, su inercia química y su amplio uso en joyería, catálisis y aplicaciones eléctricas.
La distinción procede de los criterios específicos utilizados para definir los metales refractarios, principalmente sus puntos de fusión, que suelen estar por encima de los 2.000°C. Aunque el platino tiene propiedades notables que lo hacen adecuado para aplicaciones de alta temperatura, su punto de fusión está por debajo del umbral utilizado habitualmente para clasificar los metales como refractarios.
No obstante, el platino y sus aleaciones son cruciales en muchas aplicaciones industriales en las que se requiere resistencia a altas temperaturas, junto con estabilidad química. Esto lo convierte en un buen metal y aleación para utilizar en termopares de alta temperatura.
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