" A) TERMOPARES INDUSTRIALES
I. QUE ES UN TERMOPAR?
Un Termopar, en su forma básica, está constituido por dos metales diferentes A y B, unidos en la junta de medición y cerrando el circuito sobre un instrumento adecuado para medir pequeños voltajes en un punto que es la junta de referencia. Fig. A.
Fig. A
Si la junta de medición tiene una temperatura tI, y la junta de referencia una temperatura t2, diferente de tI, existirá en este circuito una Fuerza Electro Motriz (F.E.M.).
El valor de esta F.E.M., tiene una correlación bien definida con la diferencia tI- t2.
Entonces, el instrumento en el circuito, midiendo la F.E.M., mide la diferencia de temperaturas tI- t2 y, si la temperatura t2 tiene un valor conocido y constante, el instrumento mide la temperatura tI y todas sus variaciones.
En la práctica, la junta de medición es la junta del Termopar que está sometida a la temperatura que se quiere medir y la junta de referencia es la unión que está a temperatura conocida o cuya temperatura es automáticamente compensada.
En la práctica industrial, la junta de referencia es normalmente transferida al instrumento por medio del cable de extensión.
ALAMBRES PARA TERMOPARES
Los dos metales diferentes que forman el Termopar, toman normalmente la forma
de alambres de diferentes materiales y composiciones.
Los materiales para alambres de Termopares, deben satisfacer las siguientes características principales:
" Relación bien definida entre temperatura y F.E.M.
" Rango de utilización bien definido.
" Resistencia a cambios provocados por evaporación, difusión, oxidación, corrosión, contaminación.
" Estabilidad química.
" Reproducibilidad en rangos muy estrechos.
" F.E.M. la más alta posible.
" Costo aceptable para aplicaciones industriales.
Los materiales para alambres de Termopares de uso más frecuente en la industria, son los siguientes:
METALES BASE
COBRE: Es el conductor positivo de la combinación Cobre-Constantano. Cobre puro libre de oxígeno.
FIERRO: Es el conductor positivo de la combinación Fierro-Constantano. Fierro puro con un total máximo de 0.01 % de impurezas.
CONSTANTANO: Es el conductor negativo de las combinaciones Cobre-Constantano, Fierro-Constantano, Cromel-Constantano. Aleación con aproximadamente 45% Níquel y 55% Cobre, con adiciones menores de Manganeso y Silicio.
CROMEL: Es el conductor positivo de las combinaciones Cromel-Alumel y Cromel-Constantano. Aleación de Níquel con aproximadamente 10% de Cromo y adiciones de Aluminio y otros elementos hasta aproximadamente 2%.
ALUMEL: Es el conductor negativo de la combinación Cromel-Alumel. Aleación de Níquel con aproximadamente 3% Manganeso y 2% Aluminio.
METALES PRECIOSOS
PLATINO: Es el conductor negativo de las calibraciones S y R. Platino físicamente puro.
PLATINO 10% RODIO: Es el conductor positivo de la calibración S. Aleación de Platino físicamente puro con 10% Rodio.
PLATINO 13% RODIO: Es el conductor positivo de la calibración R. Aleación de Platino físicamente puro con 13% Rodio.
PLATINO 30% RODIO: Es el conductor positivo de la calibración B. Aleación de Platino físicamente puro con 30% Rodio.
PLATINO 6% RODIO: Es el conductor negativo de la calibración B. Aleación de Platino físicamente puro con 6% de Rodio.
.
Para fabricar Termopares industriales, estos materiales se utilizan normalmente en forma de alambres, en calibres de 8 a 30 AWG.
TERMOPARES
Los tipos de Termopares comúnmente usados en aplicaciones industriales, se identifican con una letra originalmente asignada por la Instrument Society of America (I.S.A.) y nuevamente adoptada como Standard por el ANSI-MC96.1-1975.
La tabla A presenta estos tipos de Termopares:
TIPO
DENOMINACION POSITIVO NEGATIVO
SIMBOLO MATERIAL SIMBOLO MATERIAL
T COBRE - CONSTANTANO TP COBRE TN CONSTAN TANO
J FIERRO - CONSTANTANO JP FIERRO JN CONSTANTANO
E CROMEL - CONSTANTANO EP CROMEL EN CONSTANTANO
K CROMEL - ALUMEL KP CROMEL KN ALUMEL
S PLATINO - PT 90 % 10% RH. SP PLATINO 90 % 10% RH. SN PLATINO
R PLATINO - PT 87 % 13% RH. RP PLATINO 87% 13% RH. RN PLATINO
B PT 70 % 30%RH - PT 94% 6% RH. BP PLATINO 70% 30% RH. BN PLATINO 94% 6% RH.
Las relaciones temperatura - F.E.M. de cada uno de estos tipos de Termopares, están reportadas en las Tablas del Instituto Nacional Americano de Standards, ANSI MC96.1-1975.
Para dar una idea relativa de los valores, éstos son indicados en forma gráfica en la Fig. B.
RELACION TEMPERATURA - F.E.M. DE TERMOPAR
Fig. B.
LIMITES SUPERIORES DE TEMPERATURA
Estos tipos de Termopares tienen un diferente límite superior de temperatura de operación, que depende también del calibre de los alambres que lo constituyen.
La siguiente tabla indica los límites superiores de temperatura para Termopares protegidos con tubos protectores convencionales.
Estos límites se recomiendan en casos generales para obtener una duración satisfactoria del Termopar en operación continua normal.
Tabla B. Limites superiores de temperatura
Recomendados para termopares protegidos, °C.
TERMOPAR
TIPO CALIBRE AWG - mm. Ø
8 = 3.25 14 = 1.63 20 = 0.81 24 = 0.51 28 = 0.33
T - 370 260 200 200
J 760 590 480 370 370
E 860 650 540 430 430
K 1260 1090 980 870 870
R Y S - - - 1480 -
B - - - 1700 -
LIMITES DE ERROR DE LOS TERMOPARES
Sobre los valores nominales de temperatura y F.E.M., reportados por las Tablas, se admite una tolerancia o sea un límite de error que es la máxima desviación permisible en grados centígrados de los valores standard de temperatura - F.E.M. para el tipo de Termopar en cuestión, cuando la temperatura de la junta de referencia es O°C y la junta de medición está a la temperatura que se quiere medir.
La tabla C reporta estos límites de error según ANSI MC96.-1975.
Tabla C. LIMITES DE ERROR DE TERMOPARES
TERMOPAR
TIPO TEMPERATURA, °C LIMITES DE ERROR
GRADO STANDARD * GRADO ESPECIAL *
T 0-350 ± 1 °C o ± 0:75% ± 0.5 °C o ± 0.4%
J 0-750 ± 2.2 °C o ± 0.75% ± l.l °C o ± 0.4%
E 0-900 ± 1.7 °C o ± 0.50% ± 1 °C o ± 0.4%
K 0-1250 ± 2.2 °C o ± 0.75% ± l.l °C o ± 0.4%
R Y S 0-1450 ± 1.5 °C o ± 0.25% ± 0.6 °C o ± 0.1%
B 800-1700 ± 0.5% -
T -200-0 ± 1 °C o ± 1.50% ± 0.5°C o ± 0.8%
E -200-0 ± 1.7 °C o ± 1% ± 1 °C o ± 0.5%
K -200-0 ± 2.2 °C o ± 2% * *
* EL MAS GRANDE DE LOS DOS VALORES.
* * LOS LIMITES DE ERROR DEL TERMOPAR TIPO K, GRADO ESPECIAL, EN TEMPERATURAS BAJO CERO NO SON DISPONIBLES.
ELEMENTO PARA TERMOPAR
Es constituido por un par de conductores para Termopar (positivo y negativo), desnudos o aislados, unidos en un extremo a formar una junta de medición, y cuyo uso es como Termopar o como parte de un ensamble de Termopar. Fig C.
ENSAMBLE DE TERMOPAR
Es un ensamble constituido por un elemento para Termopar y una o más partes, tales como block terminal, cabeza de conexión y tubo protector o termopozo. (Fig D).
Fig. D
" BLOCK TERMINAL: es un block de material aislante, con terminales metálicas, para sostener mecánicamente y conectar eléctricamente los extremos de los conductores del elemento. (Fig E).
BLOCK
TERMINAL ELEMENTO
Fig E. BLOCK TERMINAL PARA ELEMENTO.
" CABEZA DE CONEXION: es una caja de protección para el block terminal, con aberturas roscadas para conectarse al tubo protector o al termopozo y a un conduit. (Fig. F).
CABEZA BLOCK TUBO PROTECTOR ELEMENTO
Fig. F.
" TUBO PROTECTOR: es un tubo diseñado para encerrar un elemento sensor de temperatura y protegerlo contra los efectos perjudiciales del ambiente en que está instalado. (Fig. G).
Fig. G. TUBO PROTECTOR.
" TERMOPOZO: es un receptáculo de forma tubular, a prueba de presión, diseñado para encerrar y proteger un elemento sensor d e temperatura, provisto de rasca exterior u otro medio para conectarse al proceso en forma hermética. (Fig. H).
Fig. H. TERMOPOZO
TERMOPARES COMPACTADOS
Además de los Termopares convencionales arriba descritos, se usan comúnmente los Termopares compactados, que están constituidos por uno o más pares de termoelementos encerrados en material cerámico aislante (normalmente óxido de magnesio), firmemente compactado adentro de un blindaje metálico. (Fig. I).
Fig. I COMPACTADOS.
TIPOS DE TERMOPARES Y SUS USOS
Cada uno de los siete tipos de Termopares de uso general, tienen características individuales que los hacen deseables para ciertas aplicaciones e inapropiados pa-ra otras.
Los límites de temperatura de aplicación de cada tipo, están reportados en la Tabla B.
" El tipo T se puede usar en vacío, en atmósfera inerte, oxidante o reductora. Es comúnmente usado en temperaturas bajo cero, porque su conductor positivo, de cobre, tiene resistencia superior a la corrosión en atmósferas húmedas.
" El tipo J se puede usar en vacío, en atmósfera inerte, oxidante o reductora. A altas temperaturas (lOO°C), no se debe usar en atmósferas que contienen hidrógeno por el peligro de fragilización del conductor de fierro. A veces, es utilizado a temperaturas bajo cero, pero no es recomendable, debido a la posibilidad de oxidación o fragilización del fierro.
" El tipo E se puede usar en vacío, en atmósfera inerte u oxidante. A temperaturas bajo cero no es sujeto a corrosión. Este Termopar genera una F.E.M. más alta que cualquier otro.
" El tipo K debe usarse en atmósferas inertes u oxidantes. Tiene vida corta si se usa en atmósferas alternadamente oxidantes y reductoras o francamente reductoras, especialmente en un rango de temperatura de 800 a 1O00°C. Es posible crear una atmósfera oxidante en el interior del tubo protector con una adecuada ventilación. El uso de un tubo protector suficientemente grande y una cabeza abierta ayudará en este caso. El Termopar tipo K no debe usarse para medición exacta de temperaturas abajo de 500°C después que haya sido expuesto por tiempos largos arriba de 750°C.
" Los tipos R, S Y B, se deben usar siempre con tubo protector porque se contaminan fácilmente. Además, el tubo protector debe ser no metálico porque el Termopar puede contaminarse con óxidos reducidos, vapores metálicos y otras atmósferas a alta temperatura. Estos Termopares se pueden usar en atmósferas inertes y oxidantes y, por cortos períodos de tiempo, en vacío; para períodos largos en vacío, se recomienda el uso de tubos protectores cerámicos impermeables a la penetración de gases.
No se deben usar en atmósferas reductoras.
RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACION DE TERMOPARES
" Evitar de localizar el Termopar donde pueda quedar en contacto con flama directa.
" Localizar el Termopar en un punto donde la temperatura sea representativa de la masa que se quiera medir o donde se mida la temperatura promedio de la masa. Si es necesario, conviene usar varios Termopares para obtener una temperatura promedio.
" Si es posible, localizar el Termopar en forma tal, que se pueda ver la punta caliente.
" Introducir el Termopar con una longitud de inmersión suficiente para que la junta de medición esté totalmente en la temperatura a medir. Cuando una cierta cantidad de calor es substraída de la junta caliente, la lectura es inferior a lo real. Se recomienda un largo de inmersión mínimo igual a nueve o diez veces el diámetro del tubo protector.
" Cuando sea posible, instalar el Termopar verticalmente. Si el Termopar se debe instalar horizontalmente y la temperatura es arriba del punto de reblandecimiento del tubo protector, prever un soporte para evitar que el Termopar se doble.
" Mantener la cabeza de conexión y la punta fría a temperatura cerca de ambiente. Esto es particularmente importante para los Termopares de metales nobles.
" No introducir rápidamente un tubo protector de porcelana o refractario en una área caliente; recalentar gradualmente.
" Cuando se hacen las conexiones entre alambres de Termopar y alambres de extensión, limpiar cuidadosamente los dos alambres para asegurar un buen contacto eléctrico. Controlar siempre las polaridades.
II. ENSAMBLES STANDARD.
Un Ensamble standard de Termopar está constituido por tres componentes básicos:
" La cabeza de conexión con block terminal y extensión.
" El elemento para Termopar.
" El tubo protector o termopozo.
Cada uno de estos componentes básicos está descrito en una sección específica de esta ayuda en linea.
MODELO 1
Cabeza, block y tubo protector Metálico diámetros y cedulas nominales .
MODELO 2
Cabeza, block, tubo protector Metálico diámetros y cedulas nominales con conector de montaje a proceso en cualquier medida.
MODELO 3
Cabeza, block, tubo protector Metálico diámetros y cedulas nominales con brida de montaje a proceso en cualquier medida.
MODELO 4
Cabeza, block, niple de extensión y termopozo de barra maciza maquinado con rosca a proceso en cualquier medida.
MODELO 5
Cabeza, block, niple de extensión y termopozo de barra maciza maquinado con brida de montaje a proceso en cualquier medida.
MODELO 6
Cabeza, block, niples, tuerca unión y termopozo de barra maciza maquinado con rosca a proceso en cualquier medida.
MODELO 7
Cabeza, block, niples, tuerca unión y termopozo de barra maciza maquinado con brida de montaje a proceso en cualquier medida.
.
MODELO 8
Cabeza, conector doble rosca y tubo protector cerámico.
MODELO 9
Cabeza, conector tubular y tubo protector cerámico.
III. ALAMBRES , AISLADORES, Y ELEMENTOS.
ALAMBRES PARA TERMOPARES
ARPISA tiene amplia existencia de alambres desnudos para Termopares en los siete tipos de mayor aplicación industrial: T, J, E, K, R, S, B y en los calibres indicados en la Tabla A.
Todos están garantizados adentro de los límites de error de la Norma ANSI MC96.1-1975 para grado standard. Sobre pedido, se pueden suministrar alambres con límites de error para grado especial y otros tipos de alambres como tungsteno, renio, iridio y varias aleaciones de metales nobles.
Estos alambres se pueden surtir individualmente o en combinación del conductor positivo y negativo. Para máxima exactitud, recomendamos ordenarlos en forma combinada.
AISLADORES CERAMICOS
Nuestros aisladores para elementos de termopares son normalmente de silimanita (silma) para una temperatura máxima de operación de 1500° C. Para elementos de metales nobles, en aplicaciones que lo requieran y en calibres 20 y 24, tenemos aisladores de óxido de aluminio (alox), para una temperatura máxima de operación de 1900°C.
ELEMENTOS PARA TERMOPARES
ARPISA fabrica normalmente sus elementos para termopares con el procedimiento de entorchado de los dos alambres y soldadura de la junta caliente con flama de gas.
DESNUDO.
CON AISLADOR, CILINDRICO DE 1 CANAL.
CON AISLADOR, OVALADO DE 2 CANALES.
CON AISLADOR, REDONDO DE 2 CANALES.
CON AISLADOR, ESPINA PESCADO.
CON BARRA AISLADORA (PARA METALES NOBLES)
COMPACTO
I.V.TUBOS PROTECTORES
ARPISA ofrece una amplia gama de Tubos Protectores, metálicos y cerámicos, para satisfacer las especificaciones de resistencia a temperaturas elevadas y atmósferas agresivas, buena transmisión térmica y baja porosidad a los gases. Dado que ningún material reúne todas estas cualidades, el Tubo Protector debe ser seleccionado para cada instalación específica. La Tabla A da las especificaciones de Tubos Protectores de aplicación más común.
. ,
Nuestro Departamento de Ingeniería está a su disposición para estudiar cada caso específico y recomendar los materiales y los diseños más adecuados y económicos.
ESPECIFICACIONES DE TUBOS PROTECTORES
METALICOS LETRAS DE
CODIGO MATERIAL COMPOSICION
NOMINAL TEMP. MAX. °C OBSERVACIONES
ATM.
Oxido ATM.
Reduct
AC Acero de
bajo carbono Acero de
bajo carbono 530 560 Para líquidos y gases no corrosivos.
FV Fierro
vaciado Fierro
vaciado 700 870 Para aluminio fundido.
304 Acero I nox.
304 18% Cr.
8% Ni. 980 980 Buena resistencia a oxidación y corrosión.
316 Acero
Inox.
316 12% Cr.
12% Ni.
2.5% Mo. 980 980 Buena resistencia a oxidación y me-
ior a corrosión por el molibdeno.
CLS Calorstent 25% Cr.
20% Ni. 1100 1100 Excelente. resistencia a oxidación y
corrosión. No recomendable para atmósferas sulfurosas.
ILV
Incoloy
800 32% Ni.
20% Cr. . 1150 1150 Excelente resistencia a oxidación, carburación Y corrosión a elevadas
temperaturas. No recomendable para atmósferas sulfurosas.
OXS Oxistent 27% Cr.
Resto Fe. 1150 1150 Excelente resistencia a oxidación y
corrosión. Se recomienda para atmósferas sulfurosas.
IN I nconel
600 76.5% Ni.
20.5% Cr. 1180 1180 Buena resistencia a corrosión, excelente a oxidación en altas temperaturas. No usarse en atmósferas sulfurosas arriba de 500°C.
CERAMICOS SL Silma
60% al 203
1600 1600 Excelente resistencia a choque térmico y buena resistencia mecánica.
AL Alox 99.7% al 203 1900 1900 Buena resistencia mecánica y a choque térmico.
SIC Carburo
de
Silicio Carburo
de
Silicio 1650 1650 Para uso continuado en aluminio fundido. Protección secundaria por su resistencia a choque térmico y mecánico.
Son disponibles, sobre pedido, otros materiales para tubos protectores, como: toda la gama de Aceros Inoxidables, Cobre, Latón, Bronce, Plomo, los varios grados de Hastelloy y Monel, Titanio, Níquel, Nicromo, Tantalio, Carpenter 20, etc.
Podemos suministrar tubos protectores de un metal base, con recubrimientos metálicos o cerámicos para aplicaciones especiales.
TUBOS PROTECTORES METALlCOS
Los tubos protectores metálicos se suministran normalmente en diámetros y roscas correspondientes a la norma American Standard, NPT, en las varias cédulas.
Las siguientes tablas indican los diámetros y las cédulas de uso más frecuente y los respectivos números de Código.
DIAMETROS DE TUBOS PROTECTORES METALlCOS CEDULAS DE TUBOS PROTECTORES METALlCOS
DIAMETRO
NOMINAL
1/8"
1/4"
3/8"
1/2"
3/4"
1"
CEDULA
40
80
En determinados casos, se pueden suministrar tubos protectores especificando el diámetro exterior y el espesor de pared ("tubing").
TUBOS PROTECTORES CERAMICOS
DIAMETROS DE TUBOS PROTECTORES CERAMICOS CONECTORES y COLLARES
SILMA DIAM. EXT. DIAM. INT.
mm. Pulo. mm. Pulg.
6 .24 4 .16
10 .39 7 .28
15 .59 11 .43
17 .67 12 .47
24 .94 18 .71
ALOX 10 .39 6 .24
15 .59 10 .39
17 .67 12 .47
24 .94 18 .71
SIC 44 1.75 25 1.00
89 3.50 64 2.50
LETRA DE DESCRIPCION .,
CODIGO
-
(/)....J A Sin conector.
0" B Conector Tubular.
00 "
::J...J
I-(/) C Conector doble rosca.
(/) D Con collar.
00
00- )
::J(/) E Sin collar.
1-
LONGITUDES EN EXISTENCIA:
" Tubos Silma y Alox: (Hasta 1800 mm.)
" Tubos SIC: 610, 762, 914, 1219 mm.
" Otras longitudes sobre pedido.
TUBOS PROTECTORES PARA PIROMETROS DE RADIACION
EXTREMO MATERIAL DIAM. EXT. DIAM. INT. LONGITUD
mm. Pulo. mm. Pulo. mm.
Cerrado SILMA
ALOX 49 1-15/16 41 1-5/8 914 o menor
49 1-15/16 41 1-5/8 610 o menor
Abierto
Recto SILMA
ALOX 49 1-15/16 41 1-5/8 610 o menor
49 1-15/16 41 1-5/8 610 o menor
Abierto
45° SILMA
ALOX 49 1-15/16 41 1-5/8 610 o menor
49 1-15/16 41 1-5/8 610 o menor
V. TERMOPOZOS
ARPISA se ha especializado en el diseño y fabricación de Termopozos Metálicos para la protección de elementos de termopares y elementos primarios sensores de temperatura de todos los tipos, como Termómetros de Resistencia, Bimetálicos, Bulbos d Prueba, etc.
En esta sección se presentan los diseños standard, de uso normal y más frecuente en la industria. ARPISA puede ofrecer modificaciones y diseños especiales para resolver los problemas específicos de su industria.
Una vasta gama de metales y aleaciones es disponible para satisfacer especificaciones de resistencia a temperatura, presión y corrosión. Nuestro departamento de Ingeniería está a su disposición para estudiar cada caso específico y recomendar los materiales y los diseños más adecuados y económicos para su aplicación.
TIPO ROSCADO CON CABEZA HEXAGONAL.
La siguiente tabla muestra materiales empleados normalmente en la fabricación de Termopozos.
MATERIALES PARA TERMOPOZOS
CODIGOS MATERIAL CODIGOS MATERIAL CODIGOS MATERIAL
AC AC. AL CARBONO 310 I NOX. 310 MN MONEL
AL ALUMINIO 316 I NOX. 315 IN INCONEL
FV FIERRO VACIAQO 321 I NOX. 321 NI NIQUEL
BR BRONCE 347 I NOX. 347 TA TANTALlO
CU COBRE 410 I NOX. 410 HA HASTELLOY
303 I NOX. 303 416 I NOX. 416 IY INCOLOY
304 I NOX. 304 430 I NOX. 430 PB PLOMO
309 I NOX. 309 446 I NOX. 446 TI TITANIO
En el caso de aleaciones con denominaciones registradas tales como Monel, Inconel, Hastelloy, Incoloy, etc., favor especificar exactamente el número de la aleación.
Ejemplos:
Inconel 600, Inconel 625, Incoloy 800, Incoloy 825, Hastelloy C-276, Hastelloy B, etc.
