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Termopila

Diagrama de una termopila de temperatura diferencial con dos conjuntos de pares de termopares conectados en serie. Las dos uniones de termopares superiores están a temperatura T 1 mientras que las dos uniones de termopares inferiores están a temperatura T 2 . El voltaje de salida de la termopila, ΔV , es directamente proporcional al diferencial de temperatura, ΔT o T 1 - T 2 , a través de la capa de resistencia térmica y el número de pares de uniones de termopares. La salida de voltaje de la termopila también es directamente proporcional al flujo de calor, q" , a través de la capa de resistencia térmica.
Imagen de un sensor de flujo de calor que utiliza una construcción de termopila para medir directamente el flujo de calor. El modelo que se muestra es el sensor de flujo de calor FluxTeq PHFS-01. La salida de voltaje se induce pasivamente desde la termopila de manera proporcional al flujo de calor a través del sensor o, de manera similar, la diferencia de temperatura a través del sustrato de película delgada y la cantidad de pares de unión del termopar. Esta salida de voltaje de la termopila del sensor se calibra inicialmente para relacionarla con el flujo de calor.

Una termopila es un dispositivo electrónico que convierte la energía térmica en energía eléctrica . [1] Está compuesta por varios termopares conectados habitualmente en serie o, menos habitualmente, en paralelo . Un dispositivo de este tipo funciona según el principio del efecto termoeléctrico , es decir, genera un voltaje cuando sus metales distintos (termopares) se exponen a una diferencia de temperatura. [1]

Operación

Los termopares funcionan midiendo la diferencia de temperatura desde su punto de unión hasta el punto en el que se mide el voltaje de salida del termopar. Cuando un circuito cerrado está formado por más de un metal y existe una diferencia de temperatura entre las uniones y los puntos de transición de un metal a otro, se produce una corriente como si se generara por una diferencia de potencial entre la unión caliente y la fría. [2]

Los termopares se pueden conectar en serie como pares de termopares con una unión ubicada a cada lado de una capa de resistencia térmica. La salida del par de termopares será un voltaje directamente proporcional a la diferencia de temperatura a través de la capa de resistencia térmica y también al flujo de calor a través de la capa de resistencia térmica. Agregar más pares de termopares en serie aumenta la magnitud del voltaje de salida.

Las termopilas se pueden construir con un solo par de termopares, compuesto por dos uniones de termopares, o con múltiples pares de termopares.

Las termopilas no responden a la temperatura absoluta , sino que generan un voltaje de salida proporcional a una diferencia de temperatura local o gradiente de temperatura. La cantidad de voltaje y potencia son muy pequeñas y se miden en milivatios y milivoltios mediante dispositivos controlados que están diseñados específicamente para tal fin. [3]

Aplicaciones

Las termopilas se utilizan para proporcionar una salida en respuesta a la temperatura como parte de un dispositivo de medición de temperatura, como los termómetros infrarrojos ampliamente utilizados por los profesionales médicos para medir la temperatura corporal, o en acelerómetros térmicos para medir el perfil de temperatura dentro de la cavidad sellada del sensor. [4] También se utilizan ampliamente en sensores de flujo de calor y pirheliómetros [5] [6] y controles de seguridad de quemadores de gas. La salida de una termopila suele estar en el rango de decenas o cientos de milivoltios. [7] Además de aumentar el nivel de la señal, el dispositivo puede usarse para proporcionar un promedio de temperatura espacial. [8]

Termopila, compuesta por varios termopares en serie. Si las uniones derecha e izquierda tienen la misma temperatura, los voltajes se cancelan hasta llegar a cero. Sin embargo, si hay una diferencia de temperatura entre los lados, el voltaje de salida total resultante es igual a la suma de los diferenciales de voltaje de las uniones.

Las termopilas también se utilizan para generar energía eléctrica a partir, por ejemplo, del calor de los componentes eléctricos, del viento solar, de materiales radiactivos, de la radiación láser o de la combustión. El proceso también es un ejemplo del efecto Peltier (corriente eléctrica que transfiere energía térmica), ya que el proceso transfiere calor de las uniones calientes a las frías.

También existen los llamados sensores de termopila, que son medidores de potencia basados ​​en el principio de que la potencia óptica o láser se convierte en calor y el aumento de temperatura resultante se mide mediante una termopila. [9]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab "Woodhead Publishing Series in Energy", Avances en calefacción y refrigeración solar , Elsevier, 2016, págs. xiii–xviii, doi :10.1016/b978-0-08-100301-5.09002-0, ISBN 9780081003015
  2. ^ Adams, Charles Kendall (1895). Enciclopedia universal de Johnson: una nueva edición. D. Appleton, AJ Johnson. pág. 116.
  3. ^ Montgomery, Ross; McDowall, Robert (2008). Fundamentos de los sistemas de control de HVAC . Atlanta: Elsevier. pág. 161. ISBN 9780080552330.
  4. ^ Mukherjee, Rahul; Basu, Joydeep; Mandal, Pradip; Guha, Prasanta Kumar (2017). "Una revisión de acelerómetros térmicos micromaquinados". Revista de micromecánica y microingeniería . 27 (12): 123002. arXiv : 1801.07297 . Código Bibliográfico :2017JMiMi..27l3002M. doi :10.1088/1361-6439/aa964d. S2CID  116232359.
  5. ^ "Glosario de términos meteorológicos (T) - NovaLynx Corporation" . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
  6. ^ "Glosario" . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
  7. ^ "Glosario". Archivado desde el original el 3 de marzo de 2016 . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
  8. ^ "Capgo - Glosario de sensores" . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
  9. ^ Pineda, Diana Davila; Rezaniakolaei, Alireza (22 de agosto de 2017). Conversión de energía termoeléctrica: conceptos básicos y aplicaciones de dispositivos. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. ISBN 9783527698134.

Enlaces externos