Los termopares funcionan según el principio del efecto Seebeck, que establece que dos metales diferentes unidos en dos uniones generan una fuerza electromotriz, o FEM, en las uniones. Los metales reaccionan a los cambios de temperatura para producir un voltaje FEM en relación con la diferencia de temperatura en la unión. Los RTD funcionan con el precepto de que la resistencia eléctrica aumenta con el aumento de la temperatura. Los tipos de metal utilizados para fabricar el sensor impactan la precisión, el rango de medición, el tiempo de respuesta y la resistencia a los factores estresantes ambientales como la vibración

Las uniones de termopar pueden estar conectadas a tierra o sin conexión a tierra. A menudo están cubiertos con metal protector, pero pueden quedar expuestos para mejorar el tiempo de respuesta. Con frecuencia se requiere conexión a tierra para evitar la acumulación de carga estática, lo que puede afectar negativamente la precisión.

Sin embargo, si el termopar está conectado a tierra a maquinaria u otro equipo eléctrico, el ruido del circuito puede interferir con la medición. Se utilizan varias combinaciones de metales diferentes en la construcción de un termopar. Cada uno se clasifica según el rango de temperatura y los entornos de medición aceptables.  El termopar en metal es bastante robusto y, en promedio, mucho menos susceptibles a la vibración que los RTD.

Los RTD están disponibles en tipos de alambre o película delgados. Los sensores bobinados son muy precisos. Se fabrican enrollando alambre de cobre, níquel o platino alrededor de un núcleo de vidrio o cerámica al que también se fusiona el alambre.

Los sensores con núcleo de vidrio pueden sumergirse en la mayoría de los líquidos sin protección, mientras que aquellos con un núcleo de cerámica ofrecen estabilidad para mediciones de temperatura excepcionalmente altas. El platino es el cable más preferido, ya que proporciona la mejor precisión en el rango de temperatura más amplio. ASTM E1137 es el estándar internacional que define las tolerancias para los sensores de resistencia de platino. Con frecuencia se usa como uno de los criterios para seleccionar un sensor de temperatura, ya que los RTD fabricados y probados de acuerdo con esta especificación ofrecen una mayor confiabilidad y un mejor rendimiento.

Los RTD de película delgada ofrecen sustancialmente más protección contra las vibraciones que los RTD de alambre enrollado. Se producen depositando una película delgada de platino pasivado sobre un sustrato cerámico. Se graba un circuito eléctrico en el material para crear la resistencia preferida.

Estos sensores muestran una curva de resistencia a la temperatura prácticamente lineal. Por lo tanto, proporcionan mediciones altamente precisas y consistentes en un amplio rango de temperatura. Su tamaño compacto les brinda la ventaja de tiempos de respuesta más rápidos y una mayor resistencia al choque térmico y la vibración.

Desafíos ante las mediciones de temperatura en presencia de vibración

La vibración puede causar estrés mecánico en los cables del termopar y RTD. Los termopares están sujetos a fatiga por vibración, lo que puede provocar fallas en el aislamiento y cortocircuitos. Esto puede ser evidente a partir de lecturas intermitentemente altas resultantes de la medición que se toma en el corto en lugar de en la unión.

Los RTD de alambre enrollado son especialmente susceptibles al daño por vibración. El fino alambre de platino utilizado para enrollar el sensor tiene un diámetro típico de 15 a 35 micras y es bastante frágil. Un cable del sensor RTD roto o dañado puede provocar: un circuito abierto, señales ruidosas y mediciones esporádicas de temperatura alta.

La descalibración es otra condición de falla que puede ocurrir en equipos expuestos a vibraciones y que afecta los controles de temperatura. Este es el proceso por el cual la estructura del cable se altera a donde las características de voltaje-temperatura ya no se ajustan a los estándares internacionales. La principal preocupación es que las mediciones de temperatura parecen ser precisas. Las lecturas irán cambiando gradualmente con el tiempo. Probar el termopar contra una temperatura conocida es el método más común para detectar detectarla.

Tipos de vibraciones que afectan a los sensores

Las vibraciones de la máquina son comunes en los procesos industriales. Pueden surgir del movimiento de motores, bombas o compresores. La propensión a causar daño es proporcional a la amplitud y frecuencia de la vibración. La amplitud es la fuerza que se aplica a un objeto que produce la vibración. Por ejemplo, la velocidad de rotación en un motor eléctrico contribuirá a la amplitud de la vibración. Cuanto más rápido gira el motor, mayor es la amplitud.

La frecuencia también es un factor en la severidad de la vibración. Es la velocidad a la que un dispositivo mecánico se mueve hacia adelante y hacia atrás bajo fuerza. Una máquina puede vibrar en múltiples direcciones con diferentes tasas de amplitud y frecuencia.

Las vibraciones acústicas son generadas por una gran cantidad de sistemas mecánicos, como turbinas y motores, así como por voces humanas y tráfico de vehículos. Cuando el ruido acústico entra en una estructura, se convierte en vibración estructural.

Las ondas sonoras pueden viajar a cualquier lugar donde haya flujo de aire; por lo tanto, pueden venir de cualquier dirección. La reverberación es la continuación del sonido una vez que el original ha cesado. Este es el resultado de ondas de sonido que se reflejan desde las superficies. Las características acústicas pueden variar según el tamaño y la forma de los objetos desde los que reflejan, lo que dificulta predecir cómo reaccionarán.

Las vibraciones inducidas por el flujo resultan de la interacción de fuerzas entre el flujo del fluido y la inercia de las estructuras inmersas o transportadas. El flujo de fluido es una fuente de energía capaz de producir vibraciones mecánicas y estructurales.

En las estructuras cilíndricas, las vibraciones se clasifican como inducidas por flujo axial o inducidas por flujo cruzado, dependiendo del ángulo de flujo hacia adentro en relación con el eje del cilindro. Cuenta con carga de resorte para mantener el contacto entre la sonda y el termopozo en presencia de estática y vibración. Esto garantiza una transferencia de calor óptima entre estos y aísla el sensor contra la vibración.

Elegir el RTD o termopar adecuado para su aplicación optimizará el rendimiento y evitará daños en el sensor.  El termopar un medio versátil y rentable de monitoreo de temperatura y ofrecen la mejor protección contra las vibraciones. Los RTD de alambre enrollado ofrecen una precisión superior y un rango de medición más amplio, pero no son tan resistentes. Los RTD de película delgada proporcionan datos altamente precisos y consistentes y ofrecen una mayor resistencia a la vibración que los RTD de alambre enrollado. JM Industrial también tiene soluciones personalizadas para entornos de vibraciones muy severas.

En caso de tener dudas o requerir asesoría para la elección de este tipo de equipos contáctenos a los teléfonos (55) 3548 0321, (55) 35480322, (55) 7160 0129 o 55 7160 0139, en JM Industrial con gusto los atenderemos y ayudaremos en la elección de los termopares que se adapten mejor a sus necesidades.