Cómo realizar la calibración de un termopar y por qué es importante

Para realizar una calibración de termopares, se compara la lectura de temperatura del termopar con la de un sensor de referencia conocido y trazable en condiciones controladas, con el fin de determinar su precisión y su error de medición.

La medición precisa de la temperatura es fundamental en numerosos procesos industriales, desde la fabricación hasta la producción de energía. Con el paso del tiempo, los termopares pueden sufrir desviaciones debido a las condiciones de funcionamiento, lo que puede dar lugar a lecturas inexactas y a ineficiencias en los procesos.

Lea este artículo para descubrir por qué es importante la calibración de termopares, qué provoca la deriva de los termopares, cómo se lleva a cabo la calibración de termopares y cómo la trazabilidad garantiza resultados fiables.

¿Por qué es importante la calibración de los termopares?

La calibración de los termopares es importante porque estos se desvían de forma natural con el paso del tiempo y pueden quedar fuera de los límites de precisión aceptables.

Aunque los termopares son conocidos por su durabilidad y versatilidad, su señal de salida puede variar debido a las condiciones de funcionamiento reales. Si no se verifica la calibración, estos cambios suelen ser graduales y pueden pasar desapercibidos.

Estas pequeñas imprecisiones pueden acumularse y provocar:

• Menor eficiencia del proceso

• Problemas relacionados con la calidad del producto

• Aumento del consumo energético

• Posibles riesgos para la seguridad

La calibración permite comprender claramente los errores de medición, lo que permite a los operadores tomar decisiones fundamentadas sobre si un sensor sigue siendo apto para su uso.

¿Qué provoca la deriva de los termopares?

La deriva del termopar se debe a factores ambientales y mecánicos que alteran las propiedades del material del sensor. Dado que estas variables varían de una aplicación a otra, la deriva del termopar suele ser impredecible tanto en cuanto a su magnitud como a su momento de aparición.

Causas habituales de la deriva de los termopares

• Golpe mecánico

• Vibración

• Ciclos térmicos

• Envejecimiento

• Corrosión

• Entornos oxidantes

• Conformado en frío de materiales

La importancia de la deriva depende de la aplicación. En algunos procesos industriales, una deriva mínima puede ser aceptable, mientras que en otros, como los sistemas farmacéuticos o de limpieza in situ (CIP), incluso las desviaciones más pequeñas pueden resultar inaceptables. Por eso, la frecuencia de calibración debe ajustarse a los requisitos de tolerancia del proceso.

Figura 1: Deriva de los termopares y su efecto en diferentes sectores

¿Cómo afectan las condiciones de temperatura a la precisión de los termopares?

Las condiciones de temperatura influyen directamente en la precisión de los termopares; las temperaturas bajas o moderadas permiten que los sensores se mantengan dentro de los límites de tolerancia especificados durante períodos más prolongados, en comparación con las aplicaciones a temperaturas elevadas.

En entornos con condiciones moderadas, los termopares configurados correctamente pueden funcionar correctamente durante un periodo de entre cinco y diez años, o incluso más. Sin embargo, a temperaturas elevadas, la deriva se acelera y los sensores pueden dejar de cumplir los límites de tolerancia antes de lo previsto.

En aplicaciones con temperaturas bajas o moderadas, los termopares suelen mantenerse dentro de los límites de tolerancia durante períodos más prolongados y pueden ofrecer un funcionamiento fiable durante cinco a diez años, o incluso más, si se configuran correctamente.

A temperaturas elevadas, de unos 900 °C en adelante, la deriva aumenta significativamente. En algunas aplicaciones, el cromo de un conductor puede difundirse al otro, lo que reduce la salida en milivoltios del termopar y da lugar a una temperatura indicada más baja. Este cambio en la señal de salida afecta directamente a la forma en que el sistema de control interpreta la temperatura.

Esta lectura más baja puede llevar al operador a aumentar la entrada de calor en un horno o incinerador, lo que puede acelerar la degradación del sensor y provocar un consumo energético innecesario.

A estas temperaturas más altas:

• Las impurezas pueden migrar hacia los conductores del termopar

• La composición de la aleación puede variar

• La señal de salida puede disminuir

¿La calibración del termopar restaura la precisión?

La calibración de los termopares no devuelve el sensor a su estado original, ya que los cambios en el material de los conductores son permanentes. A diferencia de los transmisores, que pueden ajustarse, los termopares no pueden recalibrarse para recuperar su salida original una vez que se ha producido una deriva. En cambio, la calibración identifica el error de medición para que los operadores puedan determinar si el sensor sigue siendo apto para su uso.

¿Cuáles son los pasos a seguir en el proceso de calibración de un termopar utilizando un bloque seco?

La calibración de los termopares se lleva a cabo comparando la señal de salida del termopar con la de un sensor de referencia trazable en condiciones de temperatura controladas.

El proceso utiliza una fuente de calor estable, normalmente un bloque seco, en la que tanto la unidad sometida a ensayo (UUT) como un termómetro de resistencia de platino (PRT) en funcionamiento se colocan en la misma zona isotérmica para garantizar una exposición uniforme a la temperatura.

El proceso de calibración incluye los siguientes pasos:

• El UUT y el PRT de referencia se colocan en un bloque seco o en una fuente de calor controlada

• El bloque calefactor se ajusta a una temperatura determinada y se deja que se estabilice

• La señal de salida de cada sensor se mide de forma independiente mediante medidores calibrados de alta precisión

• Se comparan las lecturas de temperatura de la unidad bajo prueba (UUT) y del termopar de referencia (PRT) en el mismo punto de temperatura

• La diferencia de medición se calcula teniendo en cuenta la incertidumbre conocida del PRT de referencia

• El error resultante determina si el termopar cumple con la tolerancia requerida

Si el termopar cumple los requisitos especificados:

• Se genera un certificado de calibración en el que se documentan los resultados

• El sensor lleva una etiqueta o un distintivo que coincide con el certificado

• El termopar calibrado vuelve a ponerse en servicio con un error conocido y trazable

Este método de comparación, que se ilustra en la siguiente figura, garantiza que las mediciones de temperatura sean precisas, repetibles y trazables según normas reconocidas.

 Figura 3: Configuración de calibración para la comparación de sensores con un bloque seco como fuente de calor

¿Qué es la trazabilidad de la calibración y por qué es importante?

La trazabilidad de la calibración garantiza que las mediciones de temperatura estén vinculadas a patrones nacionales e internacionales reconocidos mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones. Además, garantiza que las mediciones de temperatura sean coherentes, repetibles y fiables en diferentes instalaciones, aplicaciones y sectores. 

El termómetro de resistencia de platino (PRT) utilizado durante la calibración está certificado por laboratorios acreditados y su trazabilidad se remonta a los institutos nacionales de metrología y, en última instancia, a las normas internacionales.

¿Cuándo se debe calibrar un termopar?

Los termopares deben calibrarse a intervalos determinados en función de las necesidades del proceso, las condiciones de funcionamiento y la precisión requerida. No existe un programa de calibración universal, pero entre los factores clave que pueden influir en la frecuencia de calibración se incluyen:

• Rango de temperatura de funcionamiento

• Exposición a entornos hostiles

• Tolerancia de medición requerida

• Requisitos normativos o de calidad

Las aplicaciones con tolerancias estrictas pueden requerir una calibración frecuente, mientras que las aplicaciones menos críticas pueden permitir intervalos más largos entre calibraciones.

Puntos clave sobre la calibración de termopares

La calibración de termopares ayuda a garantizar una medición precisa de la temperatura, ya que permite detectar desviaciones y cuantificar el error del sensor.

• Los termopares sufren una deriva natural con el paso del tiempo debido a factores ambientales y mecánicos

• Las temperaturas elevadas aceleran la deriva y afectan a la precisión con mayor rapidez

• La calibración no repara el sensor, sino que determina en qué medida se ha desviado de su rendimiento esperado.

• El proceso compara el termopar con un sensor de referencia trazable, normalmente un PRT

• Los resultados de calibración documentados garantizan la precisión de las mediciones y el control de los procesos

• La frecuencia de calibración debe basarse en los requisitos de la aplicación, las condiciones de funcionamiento y los límites de tolerancia

¿Quiere saber más?

Ahora que ya sabe qué es la calibración de termopares y cuáles son sus ventajas, 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.

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