Introducción

Los termopares se diferencian fundamentalmente de los sensores de temperatura basados en resistencia, como los RTD o los termistores. En lugar de medir un cambio de resistencia, generan una pequeña tensión termoeléctrica debida a la diferencia de temperatura existente en un circuito formado por dos materiales conductores distintos.

Por esta razón, los materiales de los conductores, los puntos de conexión y la distribución de temperatura entre la unión de medida y el instrumento pueden influir en el resultado final.

El cable de un termopar no debe considerarse un simple cable de señal. Si un cable dañado se sustituye o prolonga con cobre convencional o con un cable destinado a otro tipo de termopar, pueden aparecer nuevas uniones entre metales diferentes. Estas uniones pueden provocar lecturas demasiado altas, demasiado bajas o desviaciones que cambian con la temperatura ambiente.

Puntos clave

● El cable del termopar forma parte del circuito de medición de temperatura y no es únicamente una conexión eléctrica;
● Los termopares K, J, T, E y otros tipos utilizan diferentes combinaciones de aleaciones y poseen distintas relaciones entre temperatura y fuerza electromotriz;
● Un material conductor incorrecto puede generar tensiones termoeléctricas adicionales y causar errores de medición;
● Al sustituir o reconectar el cableado deben respetarse tanto el tipo de termopar como la polaridad;
● Para prolongar el circuito debe utilizarse un cable de extensión o de compensación compatible con el tipo de termopar;
● También deben considerarse el material aislante, la temperatura de servicio, la sección del conductor, las condiciones mecánicas y el entorno de instalación.

¿Por qué el cable de un termopar no es un cable eléctrico convencional?

Un termopar está formado por dos metales o aleaciones diferentes. Un termopar tipo K, por ejemplo, utiliza habitualmente aleaciones basadas en níquel-cromo y níquel-aluminio. Cuando existe una diferencia de temperatura entre la unión de medida y la unión de referencia, se genera una tensión termoeléctrica.

El instrumento mide esta tensión, normalmente del orden de milivoltios, y la convierte en temperatura mediante la relación entre fuerza electromotriz y temperatura correspondiente al tipo de termopar seleccionado.

Los materiales conductores del circuito poseen, por tanto, propiedades termoeléctricas definidas. Introducir un tercer metal crea nuevas uniones entre materiales diferentes.

En un circuito eléctrico convencional, un conductor de cobre se selecciona principalmente según su resistencia, capacidad de conducción de corriente, aislamiento y características mecánicas. En un circuito de termopar también debe considerarse el comportamiento termoeléctrico del conductor. Esta es la razón fundamental por la que el cableado no puede sustituirse arbitrariamente.

¿Por qué cada tipo de termopar necesita el cable correspondiente?

Los termopares K, J, T, E y otros utilizan diferentes combinaciones de materiales conductores. Por ello, cada tipo tiene una relación característica entre temperatura y tensión termoeléctrica.

Incluso a la misma temperatura, los termopares K, J y T no generan exactamente la misma tensión. El instrumento debe utilizar la curva de conversión correspondiente al tipo de sensor instalado.

Si un termopar tipo K se prolonga con cable tipo J, T u otro conductor con propiedades termoeléctricas diferentes, pueden alterarse las características del circuito de medición.

Antes de sustituir el cableado debe identificarse claramente el tipo de termopar. La selección no debe basarse únicamente en el color, el diámetro o el aspecto exterior del cable.

¿Qué ocurre si se utiliza cable de cobre convencional?

Este es un problema relativamente frecuente en instalaciones con termopares.

Si se introduce cable de cobre entre el termopar y el instrumento, se crean nuevas uniones entre las aleaciones del termopar y el cobre.

De acuerdo con la ley de los metales intermedios, la introducción de un tercer metal no modifica la tensión termoeléctrica total siempre que las dos nuevas uniones se mantengan exactamente a la misma temperatura.

Sin embargo, en una instalación industrial real resulta difícil garantizar esta condición de forma permanente.

Por ejemplo, una unión puede estar situada cerca de una máquina caliente mientras que la otra se encuentra dentro de un armario eléctrico a menor temperatura. Esta diferencia puede generar una componente termoeléctrica no deseada.

Por tanto, el cobre convencional no debe considerarse una solución universal para prolongar un termopar, especialmente cuando existen gradientes térmicos importantes, recorridos de cable largos o requisitos elevados de precisión.

¿Por qué un cable incorrecto puede provocar errores de temperatura?

Cuando se introduce un material conductor inadecuado en el circuito, el principal problema no es una mala conductividad eléctrica. El riesgo más importante es la generación de una tensión termoeléctrica adicional.

Supongamos que el circuito original está formado por los materiales A y B. Si se incorpora un tercer material C, aparecen nuevas uniones A-C y B-C.

Cuando estas uniones se encuentran a temperaturas diferentes, pueden producir tensiones termoeléctricas adicionales. El instrumento no puede distinguir qué parte de la tensión procede de la unión de medida y cuál procede de las conexiones adicionales. Por tanto, convierte la tensión total según la curva del tipo de termopar configurado.

La temperatura indicada puede desviarse de la temperatura real en la unión de medida.

Además, este tipo de error puede variar con la temperatura ambiente. Un sistema puede parecer correcto al arrancar y comenzar a presentar una desviación cuando se calienta el entorno.

¿Por qué debe respetarse la polaridad del termopar?

El funcionamiento correcto depende tanto del material de los conductores como de su polaridad.

Los dos conductores del termopar tienen polaridades positiva y negativa definidas. Si se invierten, también cambia el sentido de la tensión termoeléctrica.

En determinadas situaciones esto genera una lectura claramente errónea. Sin embargo, debido a la compensación de unión fría y a las condiciones de temperatura ambiente, el valor mostrado no necesariamente se convierte simplemente en negativo. Puede aparecer una lectura aparentemente razonable pero incorrecta.

Durante el mantenimiento o recableado deben comprobarse:

● El tipo correcto de termopar;
● La polaridad positiva y negativa;
● La compatibilidad de terminales o conectores;
● La ausencia de conexiones metálicas no deseadas en zonas sometidas a diferencias de temperatura.

¿Qué es un cable de extensión para termopar?

El cable de extensión se utiliza para aumentar la distancia entre el termopar y el instrumento de medición.

Está diseñado para ofrecer, dentro de un rango de temperatura especificado, características termoeléctricas iguales o muy próximas a las del termopar correspondiente.

En muchos termopares comunes de metales base, el cable de extensión puede utilizar sistemas de aleaciones equivalentes a los del propio termopar. Sin embargo, sus tolerancias de fabricación, rango de temperatura permitido, construcción y aplicación prevista pueden ser diferentes de los de un hilo destinado directamente a formar la unión de medida.

Por tanto, el término “cable de extensión” no significa que todos estos cables sean intercambiables. Un termopar tipo K requiere cable compatible con K, y lo mismo se aplica a los tipos J, T y E.

¿Qué es un cable de compensación para termopar?

El cable de compensación también se utiliza para prolongar la conexión entre el termopar y el instrumento, pero no es necesariamente equivalente a un cable de extensión.

Algunos cables de compensación utilizan aleaciones diferentes de las del termopar original. Estos materiales se seleccionan para ofrecer características termoeléctricas suficientemente similares dentro de un intervalo de temperatura definido.

Este principio resulta especialmente útil en determinados termopares fabricados con materiales costosos o especiales.

Los cables de compensación suelen estar especificados para un rango limitado de temperatura. Por ello, no deben instalarse en zonas que superen su temperatura nominal ni utilizarse directamente como elemento sensor salvo que hayan sido diseñados expresamente para ello.

Tanto los cables de extensión como los de compensación permiten prolongar la señal del termopar, pero sus materiales, límites de temperatura y prestaciones pueden ser diferentes. La selección debe realizarse de acuerdo con el tipo de termopar y las especificaciones del cable.

¿Pueden intercambiarse cables de termopar si tienen el mismo color?

No. El color por sí solo no garantiza la compatibilidad.

Los códigos de color de los termopares pueden variar según las normas, regiones y fabricantes. Por ello, dos cables de aspecto similar pueden contener aleaciones completamente diferentes.

Además, el color de la cubierta exterior y el utilizado para identificar los conductores positivo y negativo son sistemas de identificación distintos. Basarse únicamente en la cubierta puede provocar una selección incorrecta.

Lo más fiable es comprobar la designación del tipo de termopar, el marcado del cable, la ficha técnica y las instrucciones de conexión del fabricante.

Si no es posible identificar con certeza el cable original, no se recomienda sustituirlo simplemente porque otro cable tenga un aspecto parecido.

¿Qué otros factores deben tenerse en cuenta?

La compatibilidad de las aleaciones no es el único criterio.

● Material de aislamiento: PVC, PTFE, fibra de vidrio y otros sistemas de aislamiento poseen diferentes límites de temperatura y resistencia ambiental;
● Temperatura de servicio: El conductor puede soportar temperaturas superiores a las admitidas por su aislamiento;
● Condiciones mecánicas: Las aplicaciones con vibraciones, flexión repetida, movimiento o cadenas portacables requieren una flexibilidad y resistencia mecánica adecuadas;
● Entorno químico: Aceites, humedad, productos químicos y atmósferas corrosivas pueden dañar el aislamiento o los conductores;
● Interferencias electromagnéticas: Cerca de motores, variadores de frecuencia y equipos de alta potencia puede ser necesario utilizar cable apantallado y un tendido adecuado;
● Sección y longitud del conductor: La medición con termopares se basa principalmente en la tensión termoeléctrica y no en la resistencia del circuito. No obstante, conductores excesivamente finos o largos, conexiones deficientes o una resistencia de bucle elevada pueden reducir la inmunidad al ruido o afectar determinadas funciones del instrumento, como la detección de circuito abierto.

Por tanto, el cable de sustitución debe cumplir tanto los requisitos del termopar como las condiciones eléctricas, térmicas, mecánicas y ambientales de la instalación.

¿Cómo debe sustituirse un cable de termopar dañado?

Primero debe identificarse el tipo de termopar, por ejemplo K, J, T o E, y determinarse si la instalación existente utiliza cable de termopar, cable de extensión o cable de compensación.

El cable nuevo debe ser compatible con el tipo de termopar. También deben comprobarse la polaridad, los materiales conductores, el aislamiento, la temperatura máxima admisible y la adecuación al entorno de instalación.

Siempre que sea posible, conviene utilizar terminales o conectores específicos para el tipo de termopar correspondiente, reduciendo así la aparición de uniones metálicas innecesarias en zonas con gradientes de temperatura.

Después del recableado, debe confirmarse que el instrumento está configurado para el mismo tipo de termopar que el sensor. Cuando la precisión sea importante, conviene verificar toda la cadena de medición mediante un punto de temperatura conocido, una fuente de temperatura de referencia o un termómetro adecuado.

Una simple prueba de continuidad eléctrica no es suficiente en una medición precisa con termopares. También debe mantenerse la integridad termoeléctrica de toda la cadena de medida.

¿Qué síntomas pueden indicar que se está utilizando un cable incorrecto?

Si aparecen los siguientes problemas después de una reparación o sustitución, debe revisarse el cableado:

● La temperatura indicada no coincide claramente con las condiciones reales del proceso;
● Aparece una desviación constante después de sustituir el cable;
● El error cambia con la temperatura ambiente;
● La desviación aumenta cuando se calienta el equipo cercano;
● El termopar mide correctamente conectado directamente al instrumento, pero presenta error a través del circuito de extensión;
● La polaridad parece correcta, pero la lectura sigue siendo inestable o inexacta;
● La lectura cambia de forma significativa al utilizar diferentes puntos de conexión.

Estos síntomas no se deben necesariamente al cableado, pero un tipo de termopar incorrecto, un cable de compensación inadecuado, una prolongación con cobre o una polaridad invertida deben incluirse entre las primeras comprobaciones.

FAQ

¿Puede repararse un cable de termopar con un cable eléctrico convencional?

En general, no se recomienda. Los conductores de cobre crean nuevas uniones entre metales diferentes. Si estas uniones están a temperaturas distintas, pueden generar una tensión termoeléctrica adicional y provocar errores. Debe utilizarse un cable de extensión o de compensación compatible con el tipo de termopar.

¿Puede utilizarse cable tipo J con un termopar tipo K?

No como sustitución normal. Los tipos K y J utilizan diferentes combinaciones de aleaciones y poseen características termoeléctricas distintas. Un cable incorrecto puede alterar el circuito de medida y provocar errores.

¿Qué ocurre si se invierte la polaridad del termopar?

La inversión de polaridad cambia el sentido de la tensión termoeléctrica y puede generar lecturas de temperatura significativamente incorrectas. Siempre deben verificarse tanto el tipo de termopar como la polaridad.

¿Puede utilizarse directamente como sonda un cable de extensión?

Normalmente no. El cable de extensión está diseñado principalmente para prolongar la señal. Sus tolerancias, estado del conductor, construcción y rango de temperatura admisible pueden diferir de los de un hilo de termopar destinado a formar la unión de medida.

¿Qué diferencia hay entre un cable de compensación y un cable de cobre convencional?

Los materiales de un cable de compensación se seleccionan para reproducir las características termoeléctricas de un tipo determinado de termopar dentro de un rango de temperatura especificado. El cobre convencional no ofrece esta correspondencia.

¿Un cable de termopar más grueso mejora la precisión?

No necesariamente. La precisión depende principalmente del material del termopar, su clase de tolerancia, la compensación de unión fría, la instalación y la precisión del instrumento. Una mayor sección no mejora directamente la exactitud termoeléctrica, aunque puede aportar ventajas en resistencia mecánica, largos recorridos y determinadas condiciones de interferencia.

Conclusión

Los cables de termopar no pueden sustituirse arbitrariamente porque no se limitan a transportar una señal de tensión: forman parte del propio circuito de medición termoeléctrica.

Cada tipo de termopar utiliza una combinación específica de aleaciones y una relación definida entre tensión y temperatura. Un cable incorrecto, cobre convencional, un cable de compensación inadecuado o una polaridad invertida pueden modificar la tensión termoeléctrica y generar errores de medición.

Cuando sea necesario reparar o prolongar el cableado, primero debe identificarse el tipo de termopar. A continuación deben seleccionarse el cable de extensión o de compensación correspondiente y comprobarse la polaridad, los conectores, el aislamiento, la temperatura admisible y las condiciones ambientales. Una medición estable y fiable requiere compatibilidad en toda la cadena, desde el sensor hasta el instrumento.