Cables de termopar - Características de funcionamiento

Contenido

1. Características de los cables de termopar
2. Cables de extensión
3. Cables de compensación
4. Resistencia de los conductores
5. Tipos de aislamiento
6. Codificación por colores y especificaciones
7. Resumen

Características de los cables de termopar

En muchas instalaciones con termopares, es necesario tender un cable largo entre el punto de medida y el equipo de medición o de referencia remoto. Sin embargo, utilizar hilo de termopar de alta calidad en toda la longitud puede ser innecesariamente caro y engorroso. Idealmente, queremos conectar un cable más económico que no comprometa la exactitud de la medida, y que al mismo tiempo respete la práctica estándar de los termopares de considerar únicamente las temperaturas en la unión caliente y en la unión de referencia.

Para lograrlo, el cable adicional debe tener características termoeléctricas que se ajusten estrechamente a las del propio termopar. Los cables de extensión y de compensación están diseñados precisamente con este propósito. Cada uno ofrece una solución práctica con distintos compromisos en cuanto a exactitud, costo y rango de funcionamiento.

Cables de extensión se fabrican con los mismos conductores metálicos que el termopar para el que están diseñados. Como resultado, ofrecen características termoeléctricas similares y minimizan los errores por desajuste, incluso si las cajas de conexiones o conexiones intermedias están expuestas a temperaturas ambientales variables.

Aunque son más económicos que el hilo de termopar en toda la longitud, los cables de extensión siguen teniendo un costo moderado. Normalmente están disponibles en formatos flexibles o multiconductor adecuados para tendidos largos y se recomiendan para obtener la mejor exactitud.

Cables de compensación son una alternativa más económica. En lugar de usar metales idénticos, emplean aleaciones alternativas con un comportamiento termoeléctrico similar, pero no idéntico, al del termopar con el que se emparejan. Esto mantiene los costos bajos, pero también implica que el punto de conexión entre el termopar y el cable de compensación debe permanecer dentro de un rango de temperatura limitado. Si la temperatura de la unión se desvía fuera de este rango, aumentan los errores de desajuste y se compromete la exactitud.

El cable de compensación es especialmente útil para prolongar tipos de termopar costosos, como los sensores basados en platino o los termopares de calibre grueso utilizados en hornos industriales o entornos nucleares. En estos casos, los cables de compensación ofrecen una solución ligera y de bajo costo que simplifica la instalación sin sacrificar demasiado la exactitud, siempre que se controlen las condiciones ambientales.

Un ejemplo común es el uso de cable de compensación Cu frente a Cu-Ni con un termopar Tipo K a bajas temperaturas. Como el cobre ya es uno de los conductores, se reduce el número de uniones de referencia, lo que simplifica el cableado para configuraciones de medición multipunto. Estos cables también tienden a tener una menor resistencia de lazo en comparación con el hilo de extensión Tipo K estándar.

⚠️ Nota: Para evitar errores en la medición de temperatura, es fundamental asegurarse de que la caja de conexiones o el punto donde se unen el termopar y el cable de compensación se mantenga dentro del rango de tolerancia de temperatura especificado. Si la temperatura se desvía fuera de este rango, el desajuste termoeléctrico puede distorsionar la salida.

Resistencia de los conductores

Para garantizar la calidad de la señal en tendidos largos, es importante considerar la resistencia de lazo. Los fabricantes proporcionan valores de resistencia para los cables de extensión y de compensación específicos de cada tipo de termopar. Estos valores suelen expresarse en ohmios por metro para un tendido de cable doble y se calculan usando una constante dividida por el área de sección transversal del conductor (véase la Tabla 3.1).

Resistencia en ohmios/metro de las combinaciones comunes de cables de extensión y de compensación para termopares a 20°C
Para obtener las resistencias de lazo por metro para tendidos dobles, tome las constantes indicadas a continuación para la combinación requerida y divida la constante por el área de sección transversal en mm² del tamaño de conductor que piensa utilizar.

Tipos de aislamiento

La elección del aislamiento del cable afecta tanto a la idoneidad ambiental como al formato de instalación. Los principales tipos de aislamiento incluyen:

1. PVC:
• Rango de temperatura: –30°C a +105°C
• Formatos disponibles: Par trenzado, par plano o multipar
• Construcción: Cordones de rasgado opcionales, cubiertas de PVC, apantallamiento, hilos de drenaje de cobre o armadura de alambres de acero
• Tipos de conductor: Sólido o trenzado
2. PFA:
• Rango de temperatura: –273°C a +250°C (hasta 300°C a corto plazo)
• Formatos: Par plano o trenzado
• Nota: No hay versiones con armadura de alambre de acero, pero la trenza de acero inoxidable es opcional
3. Fibra de vidrio (barnizada y sin barnizar):
• Barnizada: –50°C a +400°C
• Sin barnizar: Hasta +500°C (algunos tipos hasta +800°C)
• Formatos: Par único o multipar en formatos planos o trenzados
• Trenzado opcional de acero inoxidable disponible

Codificación por colores y especificación

Los cables de extensión y compensación están codificados por color para simplificar la identificación de circuitos. Si bien las prácticas históricas variaban según la región, IEC 60584-3 ha establecido una norma internacional unificada, ahora ampliamente adoptada.

Pautas clave de identificación:

1. Letras del tipo de cable:
• Sufijo 'X' = Cable de extensión (p. ej., JX)
• Sufijo 'C' = Cable de compensación (p. ej., JC)
2. Diferenciación por clase:
• No hay distinción de color entre conductores de Clase 1 y Clase 2
• Ejemplo: JX Clase 1 = tolerancia más estricta, JX Clase 2 = tolerancia estándar
3. Reglas de codificación por colores:
• Barnizado: –50°C a +400°C
• Conductor negativo = siempre blanco
• Conductor positivo = varía según el tipo de termopar (véase la tabla en la página 5)
• Color de la vaina = igual que el del conductor positivo, salvo cuando se use en sistemas intrínsecamente seguros, en cuyo caso debe ser azul independientemente del tipo

Resumen

Los cables de extensión y compensación permiten conectar termopares a largas distancias sin el costo del cable de termopar de especificación completa. Los cables de extensión usan los mismos conductores que el termopar, ofreciendo alta precisión y un desajuste térmico mínimo. Los cables de compensación utilizan aleaciones similares, de menor costo, y son adecuados para aplicaciones menos críticas o cuando se utilizan termopares costosos o voluminosos. Sin embargo, su precisión depende de mantener temperaturas estables en los puntos de unión.

La resistencia del cable se calcula utilizando valores estándar de resistencia de bucle, determinados por metro y basados en la sección del conductor. Hay una amplia gama de tipos de aislamiento disponibles según los requisitos de temperatura, desde PVC para uso general hasta PFA y fibra de vidrio para entornos de alta temperatura. Por último, todos los cables siguen las normas internacionales de codificación por colores (IEC 60584-3), con marcas claras para diferenciar los tipos de termopar y las tolerancias, garantizando una identificación fácil y prácticas de instalación coherentes.

Lecturas adicionales

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Tablas de salida de termopar
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