¿Por qué y cuándo es necesaria la calibración de RTD?

Este artículo fue publicado originalmente el 23 de octubre de 2023 por Rick Zarafin y actualizado el 19 de agosto de 2024 por Dave Dlugos.

Como diseñador de instrumentos industriales, se enfrenta a una multitud de opciones de medición de temperatura entre las que elegir. Además de los termómetros de infrarrojos, bimetálicos, accionados por gas y termistores, por nombrar algunos. Cada una de estas opciones destaca por ser una elección fiable para aplicaciones de automatización y procesos industriales. 

Sin embargo, los instrumentos seleccionados predominantemente para la automatización industrial y las aplicaciones de proceso son los termopares y los detectores de temperatura de resistencia (RTD) por su capacidad demostrada para proporcionar lecturas precisas y fiables. Cada uno de estos sensores tiene ventajas únicas y puede configurarse para que se adapte a las necesidades de la aplicación y ofrezca una vida útil y un rendimiento óptimos. 

Por mi experiencia trabajando con equipos de instrumentación y fiabilidad, he visto y comparado las ventajas de ambas opciones. Los termopares, por ejemplo, suelen elegirse por su señal robusta, su precio rentable y su capacidad para soportar la mayoría de las especificaciones de las plantas de proceso, incluidas las vibraciones fuertes y un rango de altas temperaturas de hasta 2300 °C. Los RTD, por otro lado, son la mejor opción para aplicaciones que exigen niveles de precisión más altos y una deriva mínima.

En este artículo, conocerá las ventajas de los RTD y la importancia de la calibración de RTD para garantizar lecturas precisas y uniformes durante una vida útil prolongada. También encontrará recursos adicionales que le ayudarán a profundizar sus conocimientos sobre estos instrumentos y sus aplicaciones.

Los RTD son más precisos que los termopares.

Los RT D ofrecen mediciones de temperatura precisas y uniformes en un amplio intervalo de -196° C a 600° C. A diferencia de los termopares, los RTD no necesitan compensación de unión fría ni cable de aleación compensado para medir la temperatura, lo que los convierte en una opción fiable para aplicaciones exigentes.

Aplicaciones habituales de los RTD.

Las siguientes aplicaciones confían en las RTD por la alta precisión del instrumento en mediciones repetibles de variables de proceso.

- Limpieza in situ (CIP)
- Farmacéutico
- Procesos químicos y de refinado
- Criogénico
- Transferencia de custodia
- Lazos de control críticos
- Sistemas de parada de seguridad
- Protección de activos
- Control de la eficiencia de los compresores

Tolerancias previstas para los elementos RTD.

La ASTM y la IEC 60751 clasifican los elementos de película delgada y bobinados en Tolerancia Clase A, Clase B y Clase AA. Las Designaciones de Tolerancia IEC describen la construcción del elemento, con la Clase AA designada como W0.1 para Wire Wound y F0.1 para Thin Film.

La siguiente tabla proporciona una visión general de las tolerancias esperadas para los elementos RTD comúnmente utilizados en la medición de temperatura, centrándose en el elemento sensor de Platino de 100 Ohm con un Coeficiente de Temperatura de 0,00385.

Figura 1: Tolerancias previstas para los elementos RTD. 

Nota: El funcionamiento del elemento RTD por encima del rango de temperatura máxima especificado puede someter al sensor a esfuerzos y provocar efectos de envejecimiento. Si el sensor se somete a esfuerzos, pueden producirse desviaciones dentro del rango especificado y afectar al rendimiento.  

Cada tipo de elemento RTD y su correspondiente clase de precisión están limitados por rangos de temperatura específicos, como se ilustra en el gráfico. Mientras que la clase AA ofrece la mayor precisión dentro de esta categoría, la clase B en una configuración de cable ofrece el rango de temperatura más amplio. Aunque los elementos RTD pueden medir temperaturas superiores a estos rangos, de hasta 850°C, si se fuerza el elemento más allá de su límite designado pueden producirse efectos de envejecimiento y afectar al rendimiento del sensor.

¿Por qué calibrar una RTD?

Aunque los RTD suelen ofrecer altos niveles de precisión sin necesidad de calibración, hay casos en los que puede ser beneficioso asegurarse de que funcionan dentro de las tolerancias especificadas. A continuación se indican cuatro situaciones en las que la calibración puede aportar ventajas significativas:

1. Mejoras en las industrias química, de refinado, energética, de procesos y de automatización.

Los ingenieros de procesos y los equipos de seguridad deben vigilar de cerca las reacciones químicas para evitar picos de temperatura. Analizan los diferenciales de temperatura en tiempo real para identificar condiciones anómalas y tomar medidas preventivas como paradas de emergencia.

La calibración proporciona datos de error de los elementos RTD, lo que ayuda a los ingenieros de procesos a reducir la incertidumbre de las mediciones. Los equipos de operación pueden utilizar estos informes de calibración para ajustar los sensores con el fin de mejorar la seguridad y la eficiencia del proceso.

Las aplicaciones que requieren una detección precisa de la temperatura pueden beneficiarse de un proceso de calibración especializado conocido como Callendar Van Dusen (CvD), que calcula la relación resistencia-temperatura para cada elemento utilizando coeficientes generados por la calibración.

2. Requisitos de la industria y la planta

Las industrias con estrictos requisitos de temperatura, como la farmacéutica, las ciencias de la vida y la limpieza in situ (CIP), deben asegurarse de que toda la instrumentación de producción esté correctamente calibrada. Las unidades de pasteurización CIP necesitan mantener diferenciales de temperatura precisos entre las temperaturas de entrada y salida para funcionar correctamente. Los RTD calibrados ofrecen la precisión necesaria para estas unidades y validan las mediciones de temperatura según sea necesario.

Además de cumplir las normas de la empresa, corporativas y locales de la planta, las agencias reguladoras como la FDA pueden exigir o recomendar calendarios de recalibración basados en plazos predeterminados o calendarios basados en datos.

3. Proyectos de ingeniería, adquisición y construcción (EPC)
Los proyectos de construcción EPC obligan a calibrar la mayoría de los instrumentos nuevos. He aquí algunas razones por las que esto es importante:

• La calibración ofrece una confirmación verificable de que los instrumentos se ajustan a las especificaciones, lo que garantiza la precisión y exactitud en las mediciones de temperatura.

• Los equipos de inspección se basan en pruebas documentadas para afirmar que las IDT cumplen los niveles de precisión especificados en la hoja de datos del instrumento.

• Las nuevas instalaciones de instrumentos sirven de referencia para los resultados previstos, proporcionando a los usuarios finales documentación completa, incluidos informes de calibración, antes de la puesta en marcha y la puesta en servicio.

• Los requisitos de documentación de proyectos (PDR) obligan a incluir los informes de calibración en un proceso controlado y auditable, fomentando un entorno operativo seguro para las plantas de procesos y automatización.

Los ingenieros de Salud, Seguridad y Medio Ambiente (HSE) que se encargan del funcionamiento de las unidades de la planta también pueden utilizar los datos de los informes de calibración para establecer el rendimiento previsto de la unidad para diversos equipos, como compresores, turbinas y otros activos críticos. Además, los ros ingenieros y los departamentos de mantenimiento pueden utilizar los datos para ayudar a investigar discrepancias en los procesos y aplicar planes de acción correctivos y preventivos según sea necesario.

4. Garantía de calidad del programa de fabricación

De acuerdo con las normas ASTM e IEC, la precisión especificada en la tabla se refiere únicamente al elemento (capa fina o hilo conductor). Al calibrar una sonda, se determinará el error de tolerancia de toda la sonda del sensor, incluido el cable conductor. Cualquier error de medición introducido durante el proceso de fabricación se identificará y tratará mediante el proceso de calibración.

Los elementos Wire Wound y Thin Film elegidos específicamente para aplicaciones industriales están alojados de forma segura dentro de fundas metálicas con aislamiento mineral, lo que proporciona una capa adicional de protección. Los finos alambres de platino de estos elementos, de entre 0,006" y 0,008" de diámetro, se sueldan meticulosamente a conductores significativamente mayores antes de conectarlos a cables conductores flexibles. Para salvaguardar la precisión de la señal eléctrica, la sonda se sella cuidadosamente con un encapsulado hermético que garantiza la integridad de todo el conjunto del sensor.

Este intrincado proceso implica numerosos pasos meticulosos, y cualquier paso en falso puede dar lugar a errores en el montaje del sensor. Por ejemplo, un simple aumento de 1 ohmio en la resistencia durante la fabricación de una RTD de platino podría dar lugar a un error de temperatura de hasta 0,4° C.

Configuraciones de cableado RTD.

En las plantas industriales, las RTD suelen configurarse con "3 hilos" o "4 hilos". Aunque la configuración de tres hilos es la más frecuente, requiere que las longitudes de los hilos conductores coincidan, a diferencia de la configuración de RTD de cuatro hilos.

En una configuración de 3 hilos, la electrónica de un transmisor, DCS y PLC puede tener dificultades para adaptarse a cualquier variación de resistencia en el tercer hilo conductor debido a longitudes no coincidentes. Esta discrepancia surge de la suposición de que la resistencia medida en el segundo tramo refleja la del tercero. El procedimiento de calibración identificará estas variaciones y garantizará la certificación no sólo del elemento, sino también de todo el conjunto del sensor.

Figura 2. Ejemplos de configuración de cables.

RTD -trazabilidad de la calibración.

Para evitar paradas inesperadas y mantener una alta calidad del producto, los departamentos de compras e inspección deben depender de los Programas de Calidad e Informes de Calibración del fabricante con trazabilidad a la Escala ITS-90 estándar internacional a través de laboratorios y equipos certificados ISO/IEC 17025.

El siguiente cuadro ilustra la conexión entre los sensores instalados y los patrones empleados durante el procedimiento de calibrado.

Figura 3. Una cadena trazable irrompible.

Cuándo recalibrar una RTD.

Los calendarios de recalibración dependerán de la aplicación y del sector. A diferencia de a diferencia de los termopares, los RTD no experimentan una deriva significativa y, por lo tanto, no suelen requerir una recalibración. Por ejemplo, las siguientes condiciones pueden estresar un RTD y requerir calibración:

- Funcionamiento del elemento sensor por encima de su rango de temperatura especificado
- Aplicaciones de alta vibración
- Ciclos de temperatura severos

Las RTD proporcionan señales estables y fiables cuando se configuran correctamente. Una recalibración puede servir para confirmar la integridad de la señal y aumentar la confianza en las mediciones críticas de temperatura. 

Reflexiones finales sobre las ventajas de la calibración RTD.

Ahora que sabe más sobre por qué y cuándo puede ser necesaria la calibración de RTD, puede buscar la solución más adecuada para su aplicación. Tener en cuenta estos factores puede ayudarle a evitar problemas y a mantener su proceso en funcionamiento con mediciones de temperatura fiables y precisas.

Usted merece sentirse confiado en su equipo de medición. En Ashcroft, entendemos que no todas las aplicaciones son iguales y los requisitos pueden variar. Proporcionamos soporte para sus necesidades operativas diarias, mantenimiento, reparación y operaciones (MRO), trabajando con empresas de ingeniería de construcción de adquisiciones (EPC) y de ingeniería corporativa en grandes proyectos de capital con un equipo de soporte dedicado.

Si desea obtener más información sobre los RTD y otros sensores de temperatura, consulte otras entradas de nuestro blog:

• Cuándo utilizar un sensor de temperatura RTD frente a un termopar

• Revisión de productos: Nuevos RTD y termopares
• Montaje de un termopozo en termómetros bimetálicos o RTD/termopares
• ¿Cuánto cuestan los sensores de temperatura?

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