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Cómo Calibrar Dispositivos de Medición de Temperatura Usados en Procesos de Fabricación

Calibración de Temperatura Este artículo de OMEGA Engineering trata de los sensores de temperatura utilizados en procesos de fabricación y registro de temperaturas, incluso por qué y con qué frecuencia los sensores tienen que ser calibrados. También son mencionadas las opciones de calibración de equipos y las ventajas y desventajas de usar un laboratorio de calibración AS17025.

Tipos de sensores de temperatura



Hay cinco dispositivos comunes en procesos de fabricación:
  1. Termómetros bimetálicos o de resorte. A pesar de la respuesta lenta y de la falta de exactitud, son ampliamente utilizados porque son baratos y fáciles de ajustar.
  2. Termopares. El sensor industrial más utilizado, consistiendo en dos cables de metal distintos unidos en una de las puntas, produciendo una tensión proporcional a la temperatura.
  3. Detectores de temperatura de resistencia (RTD). En general, poseen cable enrollado de platino y son caros, pero dan una respuesta rápida y buena exactitud en la medición.
  4. Termistores. Estos dispositivos a base de semiconductores miden la temperatura en un rango limitado y suelen usarse en aplicaciones médicas.
  5. Detectores de radiación infrarroja. Estos sensores sin contacto miden la temperatura superficial y pueden ser de dos tipos: pirómetros infrarrojos y cámaras de imagen térmica. El uso de ambos está creciendo rápidamente a medida que muchos otros productos llegan al mercado.

Los termómetros de líquido en vidrio no fueron incluidos en esta lista. Estos termómetros no pueden ser calibrados, lo que significa que es posible apuntar solamente el error. Además, existe la preocupación con relación al riesgo de quiebre, principalmente en el caso de los tradicionales termómetros de mercurio.


Detección y documentación de temperatura



En muchas industrias, un control solamente no es suficiente: es importante documentar la temperatura o el ciclo térmico a que el producto fue sometido. Estos registros son exigidos en el procesamiento de alimentos y en la producción y almacenamiento en la industria farmacéutica. Para eso, se pueden usar controladores de temperatura con capacidad de registro. En el caso de ítems de seguridad críticos, como cubos de ruedas, articulaciones de suspensión o componentes de freno, la documentación ayuda al fabricante a comprobar que determinada pieza fue térmicamente tratada de la forma correcta y que no estaba ni muy frágil ni muy maleable.

Un área cada vez más importante es la producción de componentes de fibra de carbono para uso automotor y aeroespacial. Como en otros procesos de curado, la temperatura y la presión deben ser precisamente controladas. Incluso en situaciones en que el control de temperatura no es esencial al desempeño del producto, la repetibilidad es necesaria para su consistencia.

Los sistemas de gestión de la calidad exigen, sin excepciones, la calibración de todos los equipos de medición que pueden afectar a la calidad del producto final. A la vez en que en general se entiende la importancia de calibrarse los equipos de verificación, a esta cuestión a veces no se le da atención en el caso de los sensores de temperatura.

Por qué los dispositivos tienen que ser calibrados



Todos los dispositivos usados para mediciones críticas de proceso deben ser chequeados periódicamente para verificar si siguen mostrando la exactitud necesaria. Cuando es posible hacer ajustes, un dispositivo que hace mediciones fuera de los límites esperados debe ser reajustado según un nivel de desempeño aceptable, pero en el caso de equipos no ajustables, la desviación o el desempeño de la medición deben ser registrados y se debe decidir si el equipo permanece adecuado para su finalidad.

En el caso de equipos que miden temperatura, las propiedades de los dispositivos bimetálicos y del cable de los termopares cambian con el uso y el tiempo (principalmente cuando se usan en temperaturas elevadas), lo que causa desviaciones en la medición. Además, una sonda termopar puede ser dañada durante el funcionamiento, mecánicamente o por corrosión, causando un rápido deterioro del cable. RTD y termistores también son dispositivos frágiles que fácilmente sufren daños, y por lo tanto deben ser inspeccionados periódicamente. Lo mismo se aplica a termómetros infrarrojos y cámaras de imagen térmica.

Frecuencia de calibración



Los estándares de calidad en general dejan a criterio del usuario decidir la frecuencia de calibración de determinado dispositivo. Sin embargo, un auditor espera una buena justificación para la frecuencia elegida, sea cual sea. Al definirla, se debe considerar el uso que se pretende dar al dispositivo, el riesgo de daño y la tasa de desviación (que puede ser determinada basándose en el historial de registros de calibración).

Si el proceso de calibración muestra que un dispositivo está funcionando fuera de los límites aceptables, se deben implementar procedimientos para definir las acciones necesarias. Por ejemplo, un producto fabricado antes de la última calibración tal vez tenga que ser recogido (y el costo de esta operación tal vez influya en la frecuencia de calibración). En situaciones críticas de seguridad, como en la producción farmacéutica o de alimentos, la calibración tal vez tenga que ser realizada todos los días o hasta incluso en cada turno.


Calibración de dispositivos de medición de temperatura



El modo más simple de calibrar un sensor de temperatura es verificar cómo el dispositivo lee la temperatura de dos constantes físicas: el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua (aunque el último tiene que ser corregido por la presión atmosférica). Aun siendo rápido y barato, un punto débil de este método es que en general no es una calibración NIST rastreable.

Calibrador de sondas bloque seco

Los calibradores de sonda de bloque seco resuelven este problema y ofrecen una manera rápida y precisa de calibrar termistores, termopares y sondas RTD. Un producto como el calibrador de sonda de bloque seco tipo hot point® de OMEGA es usado para calentar un termopar hasta determinada temperatura y la lectura en el indicador es comparada con la del calibrador. Después, una Cámara de Referencia ice point®, como la OMEGA TRCIII es usada para suministrar una temperatura de comparación de 0° C. Nuevamente, la lectura indicada es comparada con la del calibrador. Las correcciones pueden ser definidas a partir de estas dos mediciones.

El funcionamiento del termopar también puede ser verificado simulándose la señal eléctrica producida por la sonda y comparándose la lectura esperada con la indicada.

Calibradores infrarrojos de cuerpo negrolos calibradores infrarrojos de cuerpo negro son usados para calibrar equipos de medición de temperatura sin contacto, como cámaras térmicas y pirómetros. Utilizan una superficie de emisividad "perfecta" (entre 0,95 y 0,98) que es calentada a una temperatura conocida y comparada con la lectura del dispositivo. (Hay que observar que la repetibilidad debe ser muy alta, aunque la precisión depende de la calidad de la medición de la temperatura dentro del calibrador de cuerpo negro y puede ser solamente con un 1%).

TRCIII

¿Calibrar por cuenta propia o contratar un laboratorio?
Para la mayoría de las organizaciones, los factores determinantes son el volumen del trabajo de calibración que se va a ejecutar y la disponibilidad de recursos en la propia empresa. Si los medidores ya fueron calibrados, agregar sensores de temperatura a la lista de equipos exige inversión sólo en una sonda de bloque seco o en un calibrador de cuerpo negro. Sin embargo, un poco de calibración externa siempre será necesaria para garantizar la trazabilidad NIST.

La importancia de usar un laboratorio con certificación AS17025
Mientras que la ISO9000 establece un modelo de gestión de calidad para fábricas, la AS17025 (la versión norteamericana de la ISO 17025) hace lo mismo para laboratorios de calibración. Los procedimientos establecidos documentan los métodos utilizados para el trabajo de calibración, garantizando que los métodos son eficientes y que ofrecen un nivel adecuado de trazabilidad NIST. Se pone énfasis significativo en la comunicación de resultados a los clientes, incluso informaciones sobre el grado de incertidumbre en la medición.

Un laboratorio que no atiende a los requisitos de la ISO 17025 puede realizar un trabajo de calibración satisfactorio con niveles apropiados de trazabilidad. Sin embargo, una certificación formal significa que el cliente puede estar seguro de que los procedimientos adecuados serán seguidos y, por lo tanto, se evita el gasto con relación a la verificación que se tendría que hacer por cuenta propia.

Esencial para la calidad del producto
Muchos procesos de fabricación utilizan calor para modificar las características del producto. En algunos casos, un control preciso de la temperatura es esencial para garantizar su adecuación al uso que se pretende dar y una comprobación por escrito (registros de temperatura más evidencia de calibración) confirma si el fabricante siguió los procedimientos correctos para mantener la calidad de los ítems producidos. La calibración de los sensores de temperatura, ya sea hecha en la propia empresa o en un laboratorio especializado contratado, es una parte fundamental de esta actividad.


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Calibración de Temperatura
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