Introducción
En las especificaciones de los termómetros y sondas de termopar es habitual encontrar rangos como “-200 a 1370 °C” o “0 a 1300 °C”. Estos valores indican las temperaturas que el equipo está diseñado para cubrir. Sin embargo, en una aplicación real, el tipo de termopar, la construcción de la sonda y el instrumento pueden tener límites diferentes.
Por este motivo, para determinar las temperaturas mínima y máxima que puede medir un sistema completo no basta con consultar un único parámetro. Es necesario considerar conjuntamente los materiales del termopar, la construcción de la sonda y la capacidad de entrada del termómetro.
Puntos clave
● El rango de temperatura de un termopar es el intervalo en el que puede realizar mediciones de temperatura.
● Los distintos tipos de termopar tienen diferentes rangos de temperatura característicos.
● El rango real de una sonda puede estar limitado por la vaina, el aislamiento, el cable, el mango o el conector.
● El termómetro de termopar también dispone de su propio rango de entrada.
● El rango útil del sistema completo suele estar limitado por el componente con menor capacidad térmica.
● Un rango más amplio no significa que la precisión sea idéntica en todos los puntos del rango.
¿Qué es el rango de temperatura de un termopar?
El rango de temperatura de un termopar es el intervalo comprendido entre la temperatura mínima y la máxima dentro del cual un termopar o un sistema de medición puede funcionar según sus especificaciones.
Por ejemplo, un termómetro puede indicar para una entrada de tipo K:
● -200 a 1370 °C
Esto significa que el instrumento está diseñado para aceptar y convertir las señales termoeléctricas de un termopar tipo K correspondientes a ese intervalo.
Sin embargo, no significa que cualquier sonda tipo K conectada al instrumento pueda utilizarse hasta 1370 °C.
Si una sonda determinada está especificada únicamente hasta 800 °C, el límite superior práctico del sistema será aproximadamente 800 °C, aunque el termómetro permita visualizar valores superiores.
¿Por qué los distintos tipos de termopar tienen rangos diferentes?
Un termopar está formado por dos conductores metálicos diferentes. Cuando existe una diferencia de temperatura entre la unión de medición y la unión de referencia, se genera una tensión termoeléctrica relacionada con la temperatura. El instrumento mide esta tensión y la convierte en un valor de temperatura.
Cada tipo de termopar utiliza combinaciones de metales o aleaciones diferentes. Por ello, presentan distintas características termoeléctricas, estabilidad a alta temperatura, resistencia a la oxidación y compatibilidad con el entorno.
Por ejemplo:
● El tipo K es uno de los más utilizados y ofrece un rango amplio para aplicaciones generales e industriales.
● El tipo J se emplea habitualmente a temperaturas moderadas, aunque tiene mayores limitaciones en entornos oxidantes a alta temperatura.
● El tipo T se utiliza con frecuencia para bajas y medias-bajas temperaturas.
● El tipo E proporciona una tensión termoeléctrica relativamente elevada y puede utilizarse desde bajas hasta temperaturas moderadamente altas.
● El tipo N ofrece buena estabilidad a temperaturas elevadas y resulta adecuado para determinadas aplicaciones industriales.
● Los tipos R, S y B utilizan metales nobles y se destinan normalmente a mediciones de temperaturas más altas.
Por tanto, antes de seleccionar un termopar debe comprobarse que la temperatura prevista se encuentra dentro de un rango adecuado para ese tipo.
¿Qué temperaturas pueden medir los tipos de termopar más comunes?
Los límites exactos pueden variar según la norma aplicable, el diámetro del hilo, la construcción y el fabricante. Por ello, los rangos siguientes deben considerarse orientativos y no como la temperatura máxima de una sonda específica.
● Tipo K: rango amplio desde bajas temperaturas hasta más de aproximadamente 1300 °C.
● Tipo J: utilizado habitualmente desde bajas temperaturas hasta aproximadamente 700–1000 °C.
● Tipo T: principalmente para bajas y medias-bajas temperaturas, normalmente hasta unos 300–400 °C.
● Tipo E: desde bajas temperaturas hasta aproximadamente 900 °C.
● Tipo N: adecuado para temperaturas elevadas alrededor de 1200–1300 °C.
● Tipos R y S: utilizados habitualmente para mediciones cercanas a 1600 °C.
● Tipo B: destinado a temperaturas industriales aún más elevadas, pudiendo aproximarse a 1700 °C en determinadas aplicaciones.
Para cualquier producto concreto, siempre debe prevalecer el rango de funcionamiento indicado por el fabricante de la sonda y el rango admitido por el instrumento.
El rango del tipo de termopar no es el mismo que el rango real de la sonda
Esta diferencia es fundamental para interpretar correctamente las especificaciones.
El tipo de termopar define la relación entre la temperatura y la tensión termoeléctrica de los materiales utilizados. Sin embargo, una sonda terminada contiene otros componentes:
● Hilos de termopar;
● Vaina metálica;
● Aislamiento cerámico o mineral;
● Aislamiento del cable de plástico, fibra de vidrio u otros materiales;
● Mango de la sonda;
● Clavija o conector.
Estos componentes no tienen necesariamente la misma resistencia térmica.
Por ejemplo, los elementos termoeléctricos de un termopar tipo K pueden ser capaces de trabajar por encima de 1000 °C, pero si el aislamiento del cable está especificado para uso continuo solo hasta 250 °C, la sonda completa no puede utilizarse hasta el límite máximo de los materiales termoeléctricos.
Por ello, en la selección práctica debe consultarse siempre la temperatura de funcionamiento especificada para la sonda concreta.
El termómetro de termopar también tiene su propio rango
El propio instrumento puede actuar como elemento limitante.
Su electrónica debe medir la pequeña tensión del termopar, realizar la compensación de unión fría, aplicar la linealización correspondiente y calcular la temperatura indicada.
Un termómetro compatible con varios tipos puede aceptar termopares K, J, T, E, R, S y N, pero ofrecer rangos de medición diferentes para cada uno.
Si el termómetro admite como máximo 1300 °C y la sonda puede soportar 1500 °C, el sistema completo no podrá medir correctamente 1500 °C.
¿Qué determina el rango real de medición?
Un sistema completo de medición con termopar puede incluir:
● El proceso u objeto que se mide;
● La unión de medida;
● La vaina de la sonda;
● El cable del termopar;
● La clavija o conector;
● El termómetro.
El rango realmente utilizable suele estar determinado por el componente con los límites térmicos más restrictivos.
Puede resumirse así:
Rango realmente utilizable ≈ rango común entre el tipo de termopar, la sonda y el instrumento.
Ejemplo:
Tipo de termopar: -200 a 1370 °C
Sonda: -50 a 800 °C
Termómetro: -200 a 1370 °C
En este caso, el rango práctico del sistema debe considerarse aproximadamente de -50 a 800 °C.
¿La temperatura máxima también depende del tiempo de exposición?
Sí.
En muchas sondas, la temperatura máxima permitida también depende del tiempo durante el cual están expuestas a temperaturas elevadas.
Algunos materiales pueden tolerar temperaturas más altas durante periodos breves, pero no son adecuados para un funcionamiento continuo cerca del máximo. Una exposición prolongada puede provocar:
● Oxidación acelerada de los elementos termoeléctricos;
● Degradación de la vaina metálica;
● Cambios en las propiedades del material;
● Reducción de las prestaciones del aislamiento;
● Aumento de la deriva de medición;
● Menor vida útil de la sonda.
Por tanto, la temperatura máxima especificada no debe interpretarse automáticamente como la temperatura recomendada para funcionamiento continuo.
Para monitorización continua a alta temperatura, conviene revisar la temperatura de servicio continuo, la temperatura máxima de corta duración y la compatibilidad de los materiales indicadas por el fabricante.
¿Un rango de temperatura más amplio es siempre mejor?
No.
El rango de temperatura es solo uno de los criterios de selección y, por sí solo, no representa el rendimiento global del sistema.
Para una aplicación que mida únicamente entre 0 y 200 °C, utilizar un termopar capaz de superar 1300 °C no implica necesariamente una mayor precisión.
También deben considerarse:
● Precisión de medición;
● Resolución de temperatura;
● Tiempo de respuesta de la sonda;
● Diámetro de la sonda;
● Profundidad de inserción;
● Medio que se va a medir;
● Requisitos de medición de superficies, aire o líquidos;
● Ambientes corrosivos o químicamente agresivos;
● Estabilidad a largo plazo.
La mejor elección es un sistema cuyo rango de funcionamiento cubra con margen suficiente las condiciones reales de la aplicación.
¿Qué relación existe entre el rango de temperatura y la precisión?
El rango y la precisión son especificaciones diferentes.
El rango responde a la pregunta:
“¿Qué temperaturas puede medir el sistema?”
La precisión responde a:
“¿Cuál puede ser la diferencia entre el valor medido y la temperatura real?”
Un termómetro de termopar puede disponer de un rango muy amplio sin ofrecer exactamente la misma precisión en todo ese intervalo.
Entre las posibles fuentes de error se encuentran:
● Tolerancia del termopar;
● Error del termómetro;
● Error de compensación de unión fría;
● Instalación de la sonda;
● Conducción térmica;
● Variaciones de temperatura ambiente;
● Envejecimiento u oxidación de la sonda.
En aplicaciones que requieren alta precisión, deben evaluarse conjuntamente el rango de temperatura y las especificaciones de exactitud.
¿Cómo seleccionar un termopar según el rango de temperatura?
El primer paso es definir la temperatura real del proceso y, a continuación, seleccionar el tipo de termopar y la construcción de la sonda adecuados para el entorno.
● Determinar la temperatura normal de funcionamiento, no solo los picos ocasionales.
● Dejar un margen razonable para posibles fluctuaciones.
● Confirmar que el tipo de termopar es adecuado para el rango necesario.
● Comprobar la temperatura admisible de la sonda concreta.
● Verificar los límites de la vaina, el aislamiento, el cable y el conector.
● Confirmar que el termómetro admite el tipo de termopar y el rango requeridos.
● Para altas temperaturas, corrosión, vacío, atmósferas reductoras u otras condiciones exigentes, considerar también los materiales y la vida útil de la sonda.
Si la temperatura normal del proceso es de unos 600 °C, no basta con comprobar que el termómetro pueda indicar 600 °C. La sonda conectada también debe ser adecuada para funcionar continuamente a esa temperatura.
FAQ
¿Hasta qué temperatura puede medir un termopar?
No existe una única respuesta. Los distintos tipos tienen diferentes capacidades, y la construcción de la sonda puede limitar aún más el rango real.
¿Todos los termopares tipo K pueden medir por encima de 1300 °C?
No. Los materiales del tipo K tienen un rango amplio, pero muchas sondas portátiles, de superficie o flexibles no soportan temperaturas tan elevadas.
¿El rango del termómetro es igual al rango de la sonda?
No. El rango del termómetro indica las señales que puede procesar, mientras que la sonda tiene sus propios límites de funcionamiento.
¿Qué ocurre si se supera el rango de temperatura?
Puede aumentar considerablemente el error, aparecer una indicación fuera de rango, producirse oxidación, dañarse el aislamiento, alterarse las propiedades de los materiales o fallar permanentemente la sonda.
¿Puede utilizarse una sonda continuamente cerca de su temperatura máxima?
No necesariamente. Algunas sondas solo soportan su temperatura máxima durante periodos cortos.
¿Un rango más amplio significa mayor precisión?
No. El rango y la precisión son características independientes.
Conclusión
El rango de temperatura de un termopar indica las temperaturas en las que puede realizar mediciones, pero en la práctica debe interpretarse considerando todo el sistema de medición.
El tipo de termopar establece la capacidad térmica básica, mientras que la vaina, el aislamiento, el cable, los conectores y el rango de entrada del termómetro pueden imponer limitaciones adicionales. Por ello, las temperaturas mínima y máxima realmente utilizables suelen estar determinadas por el componente más restrictivo.
Al seleccionar un termómetro y una sonda de termopar, no debe buscarse únicamente el rango más amplio posible. La temperatura real de funcionamiento, la construcción de la sonda, la precisión y las condiciones ambientales deben adecuarse a la aplicación para obtener mediciones estables y fiables.
