Calibrado de los instrumentos de medición de temperatura

Este artículo de OMEGA Engineering trata sobre la calibración de instrumentos de temperatura empleados en la fabricación y el registro de temperatura, incluido el motivo por el que es necesario calibrar los sensores y con qué frecuencia se debe hacer.También se discuten las opciones de los equipos de calibración y los pros y contras de acudir a un laboratorio de calibración acreditado.



En el sector de la fabricación se encuentran frecuentemente los cinco siguientes tipos de dispositivos:

1. Termómetros de tipo resorte o bimetálicos. De uso frecuente, a pesar de su baja velocidad de respuesta y falta de precisión, ya que son baratos y fáciles de ajustar.
2. Termopares. El sensor industrial más utilizado, formado por dos hilos de metales distintos unidos por un extremo, lo que genera una tensión proporcional a la temperatura.
3. Detectores de temperatura resistivos (RTD, por sus siglas en inglés). Normalmente devanados de hilo de platino; son caros pero proporcionan una respuesta rápida y buena precisión de medición.
4. Termistores. Estos dispositivos basados en semiconductores miden la temperatura en un intervalo limitado y a menudo se utilizan en aplicaciones médicas.
5. Detectores de radiación infrarroja (IR). Estos sensores sin contacto miden la temperatura superficial y se dividen en dos subtipos distintos: pirómetros de IR y cámaras de imágenes térmicas. El uso de ambos está creciendo rápidamente a medida que se comercializan más productos.

En esta lista no se incluyen los termómetros de cristal líquido. La calibración de estos sensores de temperatura no es posible, ya que su falta de capacidad de ajuste hace que solo sea posible registrar su error. Adicionalmente, existe preocupación sobre el riesgo de rotura, en especial con los termómetros de mercurio tradicionales.

En muchos sectores, el control de la temperatura no resulta suficiente: es importante disponer de documentación de la temperatura o del ciclo térmico al que se ha sometido el producto. Dichos registros son necesarios en el procesamiento de alimentos y en la producción y almacenamiento de productos farmacéuticos. Para lograrlo se emplean reguladores de temperatura con capacidad de registro. En el caso de elementos críticos para la seguridad, como cubos de ruedas, barras de suspensión o componentes de frenos, la documentación ayuda al fabricante a demostrar que una pieza ha recibido el tratamiento térmico correcto y que no es demasiado quebradiza ni demasiado blanda.

Un área de creciente importancia es la producción de componentes de fibra de carbono para su uso en los sectores de automoción y aeroespacial. Como en otros procesos de curado, es necesario controlar de forma precisa la temperatura y la presión. Incluso en situaciones en las que el control de la temperatura no es esencial para el rendimiento del producto, se requiere repetibilidad para asegurar la uniformidad del producto.

Universalmente, los sistemas de gestión de la calidad requieren la calibración de todos los equipos de medición que puedan afectar a la calidad del producto final. Si bien la necesidad de calibrar los equipos de indicación suele estar aceptada, a veces se pasa por alto la importancia de la calibración de los sensores de temperatura.

Todos los dispositivos utilizados en mediciones críticas para un proceso se deben comprobar periódicamente para verificar que siguen ofreciendo la precisión requerida. Cuando sea posible realizar ajustes, los dispositivos cuyas mediciones se salgan de los límites esperados deben volverse a situar en un nivel de rendimiento aceptable. No obstante, en el caso de equipos no ajustables, se debe registrar la desviación o el rendimiento de medición y decidir si siguen siendo adecuados para su finalidad.

En el caso de equipos de medición de temperatura, las propiedades de los bimetales y el hilo del termopar varían con el uso y el tiempo (especialmente cuando se utilizan a temperaturas elevadas), lo que produce una desviación de la medición. Adicionalmente, las sondas de termopar pueden sufrir daños durante su utilización, posiblemente de tipo mecánico o por corrosión, lo que ocasiona un deterioro rápido del hilo. Los RTD y los termistores también son dispositivos frágiles que resultan dañados con facilidad, así que se deben comprobar periódicamente. Lo mismo es aplicable a los termómetros de IR y las cámaras de imágenes térmicas.

Normalmente, los estándares de calidad dejan en manos del usuario la decisión sobre la frecuencia con la que se debe calibrar un dispositivo. Sin embargo, un auditor esperará que exista una justificación sólida de cualquier frecuencia que se determine. A la hora de establecer una frecuencia de calibración, se deben tener en cuenta el tipo de uso que se hace del dispositivo, el riesgo de daños y la tasa de desviación (que se puede determinar por medio de los registros históricos de calibración) .

Se deben implementar procedimientos que definan las acciones requeridas en caso de que la calibración muestre que un dispositivo está funcionando fuera de los límites aceptables. Por ejemplo, es posible que sea necesario retirar un producto fabricado después de la última calibración (puede que el coste de hacer esto influya en la frecuencia de calibración) . En situaciones críticas para la seguridad, como la calibración en la producción de alimentos o farmacéutica, puede que se deba realizar a diario e incluso cada turno.

La forma más sencilla de calibrar un sensor de temperatura es comprobar cómo mide la temperatura de dos constantes físicas: la temperatura a la que se funde el hielo y el punto de ebullición del agua (aunque esto último se debe corregir en función de la presión atmosférica). Aunque este método es rápido y barato, presenta el inconveniente de que normalmente no es una calibración trazable.

Los calibradores de sondas de bloque seco resuelven este problema y proporcionan un medio rápido y preciso para calibrar sondas de termistores, termopar y RTD. Se utiliza un calibrador como el calibrador de sondas de bloque seco hot point® de OMEGA para calentar un termopar a la temperatura seleccionada y se compara la lectura del indicador con la del calibrador. A continuación, se utiliza una cámara de referencia ice point®, como la OMEGA TRCIII, para proporcionar la temperatura de comparación de 0 °C. Nuevamente, se compara la lectura indicada con la del calibrador. A partir de estas dos mediciones se pueden establecer las correcciones pertinentes.

También se puede verificar el funcionamiento del termopar mediante la simulación de la señal eléctrica producida por la sonda y la comprobación de la lectura esperada respecto a la indicada.

Los calibradores de infrarrojos de cuerpo negro se utilizan para la calibración de equipos de medición de temperatura sin contacto, como las cámaras térmicas y los pirómetros. Estos dispositivos utilizan una superficie de emisividad "perfecta" (entre 0,95 y 0,98) que se calienta a una temperatura conocida y se compara con la lectura del dispositivo. (Tenga en cuenta que, si bien la precisión depende de la calidad de la medición de temperatura del calibrador de cuerpo negro y únicamente puede ser del 1 %, la repetibilidad debería ser muy elevada) .

¿Calibración interna o utilización de un laboratorio de calibración?
Para la mayoría de organizaciones, los factores determinantes son el volumen de trabajo de calibración que se debe llevar a cabo y la disponibilidad de recursos internos. Si ya se ha realizado la calibración de los indicadores, para añadir los sensores de temperatura a la lista de equipos solo se requiere la inversión en una sonda de bloque seco o un calibrador de cuerpo negro. No obstante, siempre se necesitará alguna calibración externa para garantizar la trazabilidad.

Muchos procesos de fabricación utilizan calor para modificar las características del producto. En algunos casos, el control preciso de la temperatura resulta esencial para asegurar la adecuación para el propósito, y el rastro documental (registros de temperatura y pruebas de que se ha efectuado la calibración) acredita que el fabricante ha tomado las medidas adecuadas para mantener la calidad de los artículos fabricados. La calibración de los sensores de temperatura, ya se realice internamente o a través de un laboratorio especialista, constituye una parte esencial de esta actividad.

Un laboratorio que no cumpla los requisitos del ISO 17025 podría realizar calibraciones trazables dentro de los apropiadlos límites. Sin embargo, la acreditación formal significa que el cliente puede estar seguro de los que se han cumplido los procedimientos oportunos.

Esencial para la calidad del producto
Muchos fabricantes utilizan el calor para cambiar las características de su producto. En algunos casos es preciso un buen control de esa temperatura para asegurarse el correcto proceso, y un registro de la temperatura que verifique que el fabricante ha tomado los pasos correctos para mantener la calidad del producto. La calibración de los sensores de temperatura, ya sea en el propio emplazamiento o en un laboratorio especialista, es esencial para esta actividad.