Experimental Framework

Las termocuplas con protección metálica incluida, normalmente Ilamadas compactadas (figura 4.1.1.), son fabricadas a partir de un tubo de acero inoxidable u otra aleación de aproximadamente un metro de largo y algunos centímetros de diámetro interno. Se posicionan los dos alambres (termoelementos) centrados a lo largo del tubo y el espacio interior se Ilena con óxido de magnesio u óxido de alúmina.

Posteriormente se procede a reducir el diámetro del tubo trafilándolo, aplastando así los aisladores o comprimiendo el polvo hasta formar una masa más densa.

La unidad, finalmente, es tratada térmicamente para aliviar las tensiones provocadas por la reducción del diámetro y para eliminar cualquier humedad residual. Se producen en diámetros de 15 mm a 0,5 mm. La geometría interna del tubo y alambres no se modifica. La

Figura 4.1.1. : Construcción de la junta de medición en termocuplas compactadas

a : Solidaria : construcción especial para lograr una mayor velocidad de respuesta

b : Aislada : construcción normal de las termocuplas. También se la puede construir expuesta; tratándose de una construcción especial que ofrece la máxima velocidad de respuesta y la mínima resistencia a los agentes corrosivos por estar la junta fuera de la vaina protectora.

junta de medición de las termocuplas con blindaje metálico pueden tener tres configuraciones distintas:

• Soldada al extremo de la protección metálica.

• Aislada del extremo de la protección metálica.

• Expuesta fuera del extremo de la protección metálica.

Soldando los alambres al extremo de la protección metálica se logra hacer masa con ella, se los protege de daños mecánicos y condiciones ambientales adversas y se asegura una construcción hermética a la presión. La velocidad de respuesta de este tipo de construcción se encuentra entre la velocidad de la junta expuesta (la más rápida) y la aislada (la más lenta). De cualquier manera éstas son mucho más rápidas que las termocuplas convencionales, por su pequeño diámetro.

La junta aislada es similar a la junta puesta a masa, salvo por hallarse eléctricamente aislada del blindaje y tener una respuesta más lenta.

La junta expuesta posee la respuesta más rápida de las tres configuraciones, pero no es hermética a la presión o a la humedad y los alambres se hallan expuestos al ambiente. Esto podría Ilevar a la corrosión y/o corto circuito eléctrico debido a la conductividad del medio del proceso.

La termocupla compactada es mecánicamente más robusta que la termocupla convencional con alambre aislado, y se la puede doblar o conformar con radios de curvatura muy reducidos, aproximadamente tres veces el diámetro de la protección.

Esta termocupla puede ser cargada a resorte dentro de un tubo o vaina de protección (cuando se requiere protección adicional - Ver figura 4.1.2.) para garantizar el contacto con el fondo de la vaina o el tubo, a fin de obtener una rápida respuesta.

Tienen una gran respuesta al impacto y a la vibración. Pueden tener junta de medición con cabezales de conexión, salidas de cable compensado o fichas.

Se dispone de termocuplas compactadas con diámetros exter-nos desde 0,5 hasta 15 mm. Los blindajes pueden hacerse de una gran variedad de materiales, siendo los mas comunes los de aleacio-nes de níquel - cromo y aceros inoxidables.

Pueden fabricarse de, prácticamente, cualquier largo y se produ-

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cen con los tipos de termopar no nobles ("J", "K", "T", "E") pero no con termoelementos de platino ("S", "R" o "B") por no tener la ductilidad necesaria para resistir la trefilación.

Muchas veces no precisan de cables de extensión o compensados ya que se pueden continuar hasta las borneras de conexión o los mismos equipos de medición, aprovechando su flexibilidad como cables de extensión y tienen la ventaja de poder atravesar zonas de alta temperatura y alta presión.

A causa de sus diámetros pequeños la distancia entre el termoelemento y la protección metálica es mínima y se debe tener

cuidado con la resistencia de aislación; se debe recordar que la resistencia decrece rápidamente a temperaturas elevadas. Las temperaturas máximas de operación dependen de los diámetros de las termocuplas. Aquí, nuevamente mayores diámetros resisten mayores temperaturas.

La figura 4.1.3 muestra la relación para temperaturas de operación continua, de dos tipos de termocuplas diferentes. (En este caso tipo "K" NiCr-Ni y "N" NiCrSi-NiSi).

Una ventaja que mencionamos en estas termocuplas es su alta resistencia a los choques y vibraciones por su solidez entre termoelementos y protección.

Figura 4.1.2. : Inserto para ter-mocuplas con construcción solidaria.

a : Zócalo de conexión d: Termopar

b : Largo de inserción e : Tapa c : Tubo de protección f : Aislador

Pero esto a su vez acarrea una mayor deriva en el tiempo de la señal termoeléctrica, primero por la constante solicitación mecánica producto de la diferencia de coeficientes de dilatación termoelemen-tos/vaina.

Segundo, el poco espacio entre éstos facilita la contaminación de los termopares por la protección metálica.

Existen estudios que muestran que el oxígeno en los materiales de Ilenado en la forma de aire, agua o dióxido de carbono es responsable de esto.

Este actúa como medio de transporte para el equilibrio de las concentraciones de sulfuros y carbono en la protección metálica y los termoelementos, y esto cambia la composición química de los mate-riales.

Estos conceptos sobre contaminación, responsabilizando a la protección metálica, vuelven a verse en la investigación de Bentley sobre termocuplas compactadas tipo N de 3 mm de diámetro con protecciones de diferentes tipos.

Por esta razón se trata de usar protecciones metálicas lo más parecidas en su composición química a los termoelementos. Para termocuplas tipo N el fabricante recomienda utilizar Nicrosil, un

Figura 4.1.3 : Máximas temperaturas de operación para termocuplas compactadas.

material de composición similar al termoelemento positivo de esa termocupla.