¿Alguna vez te has preguntado cómo funcionan los termopares o las termopilas? Estos pequeños dispositivos tienen un papel fundamental en la medición de temperatura, tanto en aplicaciones domésticas como industriales. En este artículo, descubriremos todas las maravillas del principio de funcionamiento de la termopila y cómo se convierte la energía térmica en energía eléctrica. ¡Prepárate para deslumbrarte con el mundo de la termometría!
Una termopila es un dispositivo de medición de temperatura que se compone de termopares y convierte la energía térmica en energía eléctrica. En este artículo, discutiremos qué es la termopila y su principio de funcionamiento. Antes de continuar con la termopila, veamos qué es un termopar.
¿Qué es un termopar?
Un termopar es un tipo de sensor de temperatura que se usa comúnmente en el campo de la instrumentación y el control en muchas industrias. El termopar está formado por la unión de dos hilos de dos metales diferentes. Cuando las dos uniones realizadas al conectar dos metales se exponen a una diferencia de temperatura, se genera un pequeño voltaje eléctrico.
El voltaje generado es proporcional a la diferencia de temperatura entre las uniones. El voltaje generado es muy pequeño en términos de milivoltios. Los termopares son la forma más simple de dispositivos de medición de temperatura y su costo también es muy bajo. Por lo tanto, los termopares se usan ampliamente en muchas aplicaciones.
Ahora pasemos a nuestro tema principal.
¿Qué es una termopila?
Una termopila es un tipo de dispositivo de medición de temperatura utilizado en el campo de la instrumentación y el control. La termopila se utiliza para medir altas temperaturas. La termopila consiste en varios termopares que están conectados en serie. En una termopila, las uniones de varios termopares se conectan entre sí para formar una sola termopila de detección.
Principio de funcionamiento de la termopila
Los termopares están conectados de tal manera que todos los voltajes de las ‘uniones calientes’ se suman entre sí, así como los voltajes de las ‘uniones frías’. Esta configuración en serie de los termopares permite que la termopila genere un voltaje de salida mayor en comparación con un solo termopar. Por lo tanto, la termopila es adecuada para medir altas temperaturas.
Hay una fórmula por la cual podemos calcular la salida de la termopila. El voltaje de salida generado por una termopila se calcula utilizando la siguiente fórmula:
V = norte * ε * ΔT
dónde,
V es el voltaje de salida
n es el número total de termopares conectados en serie en la termopila
ε es el coeficiente de Seebeck del metal que se utiliza en los termopares
ΔT es la diferencia de temperatura que está presente en la termopila.
Cuando las uniones calientes de todos los termopares detectan la temperatura de un objeto caliente y las uniones frías de los termopares están a la misma temperatura de unión fría, entonces la salida final de la termopila será cuatro veces la diferencia de potencial que un solo termopar. Por lo tanto, actúa como un termopar multiplicado, generando más voltaje en comparación con la generación de voltaje de una sola unión de termopar en las mismas condiciones de temperatura.
Por lo tanto, el principio de funcionamiento de la termopila y el termopar es el mismo. La termopila es una conexión en serie de muchos termopares Se utiliza para medir altas temperaturas.
Conexiones de termopila
Los termopares están unidos en una cadena. Los dos termopares superiores están a la temperatura T1mientras que las dos uniones de termopar inferiores están a la temperatura T2.
El tensión de salida (ΔV) de la termopila es directamente proporcional a la diferencia de temperatura( T1-T2).
Construcción de la termopila
Aleaciones de metales comunes que se utilizan en la construcción de termopilas son:
- Hierro – Constantán
- Cromel – Alumel
- Cobre – Constantán.
La elección de la selección de aleaciones metálicas para la construcción de la termopila depende totalmente del rango de temperatura y la precisión que se requiere para la aplicación.
El elemento sensor tiene pequeños termopares en un chip de silicio. El elemento sensor absorbe la energía térmica y produce una señal eléctrica de salida. Para la compensación de temperatura, un sensor de referencia está diseñado en el paquete. Los sensores de temperatura infrarrojos (IR) de termopila están disponibles con varias lentes y filtros y miden la temperatura sin contacto. Hay dos tipos diferentes de detectores de termopila.
- Termopila basada en película delgada
- Termopila a base de silicio.
Las termopilas basadas en película delgada tienen antimonio (Sb) y bismuto (Bi) como materiales del brazo. . La termopila basada en silicio tiene polisilicio tipo n y tipo p alternados o tipo n con oro (Au) o aluminio (Al) como materiales de brazo. La termopila basada en película delgada tiene una relación señal-ruido más baja en comparación con la termopila basada en silicio. Pero, la termopila basada en película delgada tiene una constante de tiempo más lenta en comparación con la termopila basada en silicio.
Termopila Honeywell
Una termopila de Honeywell era un pirómetro sin contacto. Tiene diez pares de uniones de termopares dispuestos en un círculo, y su tipo de diseño era un pirómetro radiométrico sin contacto.
Las uniones calientes de todos los termopares se fijaron en el centro de este círculo, el área donde cayó la luz Th concentrada, y la posición de todas las uniones frías se fijó en la circunferencia del círculo.
Precisión de una termopila
La precisión de cualquier termopila dependerá de varios factores. Estos factores incluyen:
- Las aleaciones metálicas que se utilizan para la construcción de la termopila.
- El número de termopares utilizados en la termopila.
Generalmente, la precisión de la termopila está en el rango de +/- 1 % a +/- 2 % de la lectura de escala completa.
Rango de temperatura de la termopila
El rango de medición de temperatura de una termopila depende totalmente de los metales utilizados en la construcción de sus termopares. Algunos metales son adecuados para aplicaciones de medición de baja temperatura, mientras que otros lo son para aplicaciones de medición de alta temperatura. Por ejemplo, el termopar hecho de hierro – constantan se usa típicamente para mediciones de temperatura de hasta 600°C. Por otro lado, el termopar compuesto por cromel – alumel puede medir temperaturas hasta 1200°C.
Costo de una termopila
La precisión de cualquier termopila dependerá de varios factores. Estos factores incluyen:
- Las aleaciones metálicas que se utilizan para la construcción de la termopila.
- El número de termopares utilizados en serie para la construcción de la termopila.
Generalmente, las termopilas son mucho menos costosas que otros tipos de dispositivos de medición de temperatura. Otros dispositivos de medición de temperatura como sensores infrarrojos o detectores de temperatura de resistencia (RTD) son mucho más costosos que las termopilas.
Procedimiento de mantenimiento de la termopila
El mantenimiento preventivo regular de la termopila es importante para garantizar que las mediciones de temperatura de la termopila sean precisas. El mantenimiento preventivo regular de la termopila incluye:
- Limpieza de la superficie de la termopila para eliminar la suciedad o los residuos formados con el tiempo.
- Comprobación de las conexiones y el cableado en busca de signos de daño o corrosión.
- Calibración de la termopila.
Aplicaciones de la Termopila
Las termopilas se utilizan ampliamente en una variedad de aplicaciones de medición de alta temperatura:
- Medición de la temperatura del horno y del horno
- Medición de combustión y gases de combustión
- Control de procesos industriales
- Mediciones de temperatura manuales sin contacto
- Mediciones de temperatura sin contacto en aplicaciones industriales y control de procesos
- Termómetros timpánicos
- Utilizado para radiometría infrarroja
- Utilizado para la detección de fugas de refrigerante
- Análisis de Gases Médicos -Anestésicos, incubadora CO y CO2, Alcoholímetros Sanguíneos
- Análisis de gases de escape de automóviles: CO, CO2 y HC
- Control de iluminación y climatización de edificios comerciales
- Utilizado como sensores Horizon para aeronaves, satélites y aplicaciones de aficionados
- escáner térmico
- control de climatización
- Como sensor de ocupación
- Detección de llamas y explosiones
- Detección de llamas y fuego en aeronaves
- Detección de hielo negro y alerta temprana
- Monitoreo de glucosa en sangre
- Presencia Humana y Detección
Ventajas de la termopila
Algunas de las ventajas de las termopilas son:
- La termopila es un dispositivo de bajo costo
- Facilidad de uso
- Capacidad para medir altas temperaturas.
- Las termopilas también son duraderas y resistentes, lo que las hace adecuadas para su uso en entornos industriales hostiles.
Desventajas de la termopila
Algunos de los inconvenientes de las termopilas son:
- Las termopilas tienen una precisión limitada en comparación con otros tipos de sensores de temperatura
- Las termopilas son sensibles a factores ambientales como el viento, que pueden afectar la precisión de la medición de la temperatura.
- Las termopilas también requieren un mantenimiento regular para garantizar una medición precisa de la temperatura.
esto es todo sobre Termopila y su principio de funcionamiento.
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