SEMAIQ · Instrumentación industrial · Querétaro
RTD vs termopar: rango, precision y costo en planta
1. Dos físicas distintas, dos formas de fallar
Un RTD mide por resistencia: el platino aumenta su resistencia de forma predecible con la temperatura. Un Pt100 tiene 100 ohms a 0 grados y 138.51 ohms a 100 grados, con una pendiente cercana a 0.385 ohms por grado. Un termopar mide por efecto Seebeck: dos metales distintos unidos en una punta generan una tensión proporcional a la diferencia de temperatura entre esa punta y la unión de referencia, del orden de 41 microvolts por grado en un tipo K.
Esa diferencia define el modo de falla: el RTD falla por resistencia de cable, autocalentamiento o humedad; el termopar, por unión fría mal compensada, cable inadecuado o deriva del hilo. En planta casi siempre se manifiesta como “el sensor miente”.
Ambos llegan al controlador como una señal, y ahí se pierde la mitad de la exactitud ganada en el sensor. La guía de instrumentación industrial de SEMAIQ cubre el lazo completo.
2. Rango: dónde trabaja cada uno
El RTD de platino cubre de -200 a 850 grados en hilo, aunque las versiones de película delgada más comunes llegan a 600. Es el sensor de procesos moderados: agua caliente, CIP, cámaras, autoclaves y HVAC.
El termopar gana arriba de 800 grados y donde el sensor sufre: el tipo K llega a 1,260, el N a 1,300 y los tipos R, S y B cubren de 1,400 a 1,700 en hornos y calderas. Para frío, el T trabaja hasta -200.
| Sensor | Rango típico (°C) | Exactitud de referencia | Cuándo se elige |
|---|---|---|---|
| Pt100 clase A | -200 a 600 | ±0.35 a 100 °C | Procesos con setpoint cerrado |
| Pt1000 clase A | -200 a 600 | ±0.35 a 100 °C | Cable largo o equipo compacto |
| Tipo K | -200 a 1,260 | ±2.5 °C o 0.75 por ciento | Hornos, gases, uso general |
| Tipo J | 0 a 750 | ±2.5 °C o 0.75 por ciento | Extrusión y plásticos |
| Tipo T | -200 a 350 | ±1 °C | Frío y criogenia moderada |
| Tipo N | -200 a 1,300 | ±2.5 °C o 0.75 por ciento | Hornos con más estabilidad que K |
3. Precisión: clases, no adjetivos
La exactitud del RTD se define en IEC 60751 por clases, y la tolerancia es una fórmula que crece con la temperatura, no un número fijo. Clase A: 0.15 grados más 0.002 veces el valor absoluto de la temperatura. Clase B: 0.3 más 0.005 veces. Clase AA: 0.1 más 0.0017. A 100 grados, la clase A admite 0.35 de error y la B, 0.8.
El termopar se especifica por clase según IEC 60584: para un tipo K, la clase 1 admite 1.5 grados o 0.4 por ciento del valor; la clase 2, 2.5 grados o 0.75 por ciento. A 400 grados, esa clase 2 permite 3 grados de error: suficiente para un horno, no para un intercambiador que controla a medio grado.
Pero decide más la estabilidad: el platino deriva poco; el termopar cambia su curva por oxidación, contaminación y envejecimiento, sobre todo el tipo K en atmósferas reductoras. Puede cumplir la clase al instalarse y salirse de ella en un año.
4. Tiempo de respuesta: masa térmica y termopozo
La respuesta se mide con la constante de tiempo: el tiempo en alcanzar 63.2 por ciento de un cambio escalón; el 90 por ciento llega a 2.303 veces esa constante. Un termopar de unión desnuda responde en milisegundos; uno con vaina, en segundos; un RTD es más lento por la masa del elemento.
El termopozo cambia todo: un sensor rápido dentro de un pozo macizo puede tardar más de un minuto en ver un cambio real. Si el lazo controla pared, superficie o un flujo pequeño, el pozo y el diámetro de vaina importan más que el elemento.
Para control rápido conviene vaina delgada y pozo de pared fina; para procesos sucios o a presión, vaina robusta y aceptar la lentitud.
5. Cableado: donde se pierde la exactitud
Un Pt100 de dos hilos suma la resistencia del cable a la del sensor. Como cada ohm equivale a unos 2.6 grados, 50 metros de cable de 1.5 milímetros cuadrados dan 1.15 ohms y un error cercano a 3 grados. La conexión de tres hilos lo cancela si los conductores son iguales; la de cuatro lo elimina y se usa en calibración.
El termopar necesita cable de extensión del mismo par termoeléctrico, no cobre: con cobre se crea una unión nueva en la bornera y la lectura se desplaza con la temperatura del tablero. Además requiere compensación de unión fría, y el error de esa unión pasa uno a uno a la medición.
La unión aterrizada responde más rápido pero abre caminos de tierra y ruido; la aislada es más lenta y protege contra lazos de tierra, y conviene con variadores o protección catódica.
6. Costo: qué estás pagando en cada opción
El termopar es más barato como elemento y más caro como sistema si el tramo es largo: exige cable compensado y unión fría en el equipo. El RTD cuesta más como elemento, pero usa cable de cobre y no necesita compensación; su costo aparece en el transmisor o en el módulo de entrada.
Ahí se distorsiona la comparación: un Pt100 directo a un módulo de 3 hilos compite con un termopar con tarjeta de compensación, y un Pt100 con transmisor 4-20 mA cuesta más que ambos. La decisión se toma con el lazo completo: sensor, cable, entrada y calibración.
7. Cuatro errores que arruinan la medición
Advertencia: la mayoría de las lecturas malas no viene del sensor, sino de la instalación:
- Pt100 de dos hilos con tramo largo. Tres grados de error por cable son invisibles en la pantalla y suficientes para reprobar una auditoría de proceso térmico.
- Termopar con cable de cobre. La unión creada en la bornera desplaza la lectura con la temperatura del gabinete.
- Compensación de unión fría mal configurada. Si el PLC asume 25 grados y el tablero está a 45, el error entra completo.
- Autocalentamiento del RTD. Corriente de excitación alta en un pozo pequeño calienta el elemento y desplaza la lectura.
8. Tabla de decisión por aplicación
| Aplicación | Sensor recomendado | Por qué | Qué cuidar |
|---|---|---|---|
| Pasteurización y CIP | Pt100 clase A, 3 o 4 hilos | Exactitud y estabilidad en el punto crítico | Pozo corto, transmisor cerca |
| Horno de tratamiento | Tipo K o N con pozo | Rango de 800 a 1,200 grados | Cable compensado, unión aislada |
| Cuarto frío y HVAC | Pt100 o Pt1000 | Exactitud cerca de 0 grados | Condensación y autocalentamiento |
| Extrusión de plástico | Tipo J o K | Respuesta rápida en pared caliente | Contacto y desgaste de la punta |
| Caldera y gases de combustión | Tipo K protegido | Rango y robustez mecánica | Deriva y calibración periódica |
Antes de decidir, confirma en la especificación:
- Rango real del proceso con margen, no el rango del catálogo.
- Exactitud requerida en grados, escrita en la especificación.
- Longitud del tramo y tipo de cable disponible.
- Respuesta rápida o estabilidad a largo plazo.
- Plan de calibración y quién lo ejecuta.
9. Caso práctico: pasteurizador y horno en la misma planta
Situación (caso representativo): una planta de alimentos del Bajío tenía dos lazos con problemas opuestos. En el pasteurizador, que controla a 72 grados, había un termopar tipo K con cable de cobre y bornera en un tablero junto a variadores; la lectura oscilaba y el operador compensaba subiendo el setpoint. En el horno de secado, a 850 grados, un Pt100 de película fallaba cada pocos meses por vibración y temperatura.
Diagnóstico: en el pasteurizador el error venía del cable y la unión fría: la bornera a más de 40 grados desplazaba la lectura, y el ruido de los variadores se sumaba a una señal de microvolts. En el horno, el RTD estaba fuera de rango y no soportaba la vibración del quemador.
Solución: en el pasteurizador, Pt100 clase A de tres hilos con transmisor 4-20 mA en el sensor y cable apantallado; en el horno, termopar tipo N con vaina de inconel, unión aislada, cable compensado y pozo grueso.
Resultado: el pasteurizador dejó de oscilar y el horno dejó de cambiar sensor cada temporada. El criterio no fue el precio sino el rango, la exactitud y el ambiente eléctrico.
Ese análisis se hace antes de comprar. Si tienes lazos erráticos, nuestro equipo de instrumentación y control revisa sensor, cableado y escalamiento como un sistema.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es más preciso, un RTD o un termopar?
El RTD. Un Pt100 clase A admite ±0.35 grados a 100 grados, mientras un tipo K clase 2 admite 2.5 grados o 0.75 por ciento. El termopar compensa esa desventaja con rango, robustez y velocidad de respuesta.
¿Hasta qué temperatura puedo usar un Pt100?
Las de hilo llegan a 850 grados y las de película delgada, las más comunes, a 600. Arriba de ese punto conviene termopar: el tipo K llega a 1,260 y el N a 1,300, con sus propias clases de exactitud.
¿El termopar necesita cable especial?
Sí. Requiere cable de extensión del mismo par termoeléctrico. Con cobre se crea una unión nueva en la bornera y la lectura se desplaza con la temperatura del tablero, además de perder la compensación.
¿Por qué mi lectura de temperatura oscila?
Casi siempre por el cableado o la entrada: un Pt100 de dos hilos con tramo largo, un termopar con cable de cobre, ruido de variadores o una unión fría mal configurada. Revisa el lazo completo antes de cambiar el sensor.
¿Conviene poner transmisor 4-20 mA en cada sensor?
Cuando el tramo es largo o el ambiente eléctrico es ruidoso: el transmisor convierte la señal en el sensor y el cable lleva corriente, no microvolts. En tramos cortos y tableros limpios, la entrada directa del PLC alcanza.
