DENSIMETRO CON TERMOMETRO *

COMO CALIBRAR EN TEMPERATURA (1 de 3)

INTRODUCCIÓN.

En este documento nos hemos propuesto a desarrollar los principales puntos a tomar en cuenta para realizar una calibración en temperatura de tipo industrial, incluyendo los equipos necesarios para llevarla a cabo.

El método de calibración que trataremos es el de comparación, que es el método más usado en la industria. De manera general podemos decir que este método consiste en comparar –como su nombre lo dice– las lecturas del termómetro bajo prueba contra las lecturas de un termómetro patrón cuando ambos están inmersos en un mismo medio a la misma temperatura.

CALIBRACIÓN.

De acuerdo con la normatividad vigente NMX-Z-055-1997-IMCN, Calibración se define como un conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relación entre los valores de las magnitudes indicadas por un instrumento de medición o un sistema de medición, o los valores representados por una medida materializada o un material de referencia, y los valores correspondientes de la magnitud realizada por los patrones.

Lo primero que nos debemos preguntar es porqué realizar una calibración. Se podrán dar muchas respuestas, desde el requisito para cumplir con ciertas normas hasta el hecho de evaluar la incertidumbre del equipo que usamos. Pero en un sentido práctico, la calibración en la industria se realiza para tener confianza en el equipo que estamos usando, con lo cual sabremos que no afectará la calidad de nuestro producto o servicio.

EQUIPO.

El equipo necesario que se ocupa normalmente para realizar una calibración es el siguiente:

• Termómetro de referencia.

• Indicador para el termómetro de referencia.

• Indicador para el termómetro bajo prueba.

• Fuente de temperatura.

Termómetro de referencia.

El termómetro de referencia será el que nos indique el valor “real” de temperatura que tiene la fuente de calor. Éste puede ser de varios tipos y la decisión de cual es el adecuado dependerá en buena medida del intervalo de temperatura y de su incertidumbre. Enseguida enumeramos los distintos tipos de termómetros de referencia y sus principales características.

Termómetro de resistencia de platino patrón.

Este termómetro es el más usado como termómetro de referencia, en inglés se le conoce como SPRT (Standard Platinum Resistance Thermometer) y sus principales características son las siguientes:

• Intervalo de uso de –200°C hasta 1000°C.

• Versiones de 0,25; 2,5; 25,5 y 100 W .

• Muy estable y exacto.

• Incertidumbres desde 0,001°C hasta 0,01°C.

• Caro y frágil.

Termómetro de resistencia de platino.

También conocido como PRT (Platinum Resistance Thermometer) o en ocasiones como RTD (Resistance Temperature Detector), cabe aclarar que este último término es genérico, ya que el SPRT y el termistor también son RTD's.

El PRT es muy similar al SPRT, sus características son:

• Intervalo de uso de –200°C a 660°C.

• Normalmente de 100 W .

• Estable y exacto.

• Incertidumbres desde 0,01°C hasta 0,025°C.

• No tan caro y un poco menos frágil que el SPRT.

Termistor.

El termistor es muy usado como termómetro de referencia a temperaturas cercanas a la ambiente, esto debido a que su intervalo de temperatura no es muy amplio. El termistor tiene las siguientes características:

• Intervalo de –20°C a 150°C.

• Versión de 10 k W

• Muy estable y exacto.

• Incertidumbres desde 0,002°C hasta 0,01°C.

• No es ni tan caro ni tan frágil como el SPRT.

Termopar.

De los termómetros de referencia es el menos exacto, sin embargo su intervalo de temperatura es bastante amplio, por esta razón es prácticamente la única opción para altas temperaturas. El termopar se caracteriza por lo siguiente:

• Intervalo de 0°C a 1450°C.

• Hecho de metales nobles.

• Menos estable y exacto.

• Incertidumbres típicas de 0,05°C a 0,5°C.

Normalmente no es tan caro ni tan frágil como el SPRT.

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COMO CALIBRAR EN TEMPERATURA (PARTE 3 DE 3)

En esta tercera y última entrega de la serie "Cómo calibrar en temperatura" hablaremos de los procedimientos de calibración. Si desea leer los artículos anteriores haga click aquí.

PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN.

Para realizar una calibración de tipo industrial los pasos a seguir son los siguientes:

• Conocer el intervalo a calibrar deseado. Es necesario que se corrobore que nuestro equipo es capaz de cubrir el intervalo de calibración del instrumento bajo prueba (UUT por sus siglas en inglés).

• Analizar incertidumbres. Se recomienda que la incertidumbre total del equipo de referencia (termómetro de referencia, indicador y fuente de temperatura) tenga una relación de 4:1 contra la exactitud del instrumento bajo prueba.

• Definir puntos de medición. Dividir de manera equidistante en temperatura el intervalo de calibración en al menos 5 puntos de medición cubriendo la mayor parte de dicho intervalo.

• Llevar a cabo las mediciones. Se programa la fuente de temperatura a cada uno de los distintos puntos de medición, una vez que la fuente de temperatura es estable se toman lecturas del termómetro de referencia y del termómetro o termómetros a calibrar. Se recomienda que se tomen varias lecturas en cada punto con lo que se mejora la incertidumbre.

• Realizar cálculos. Una vez tomadas las mediciones se llevan a cabo los promedios de las lecturas en cada punto, se calcula la incertidumbre de cada punto de medición y se determina en su caso, si el termómetro a calibrar se encuentra dentro de las especificaciones del fabricante o su norma correspondiente.

• Elaborar informe de calibración. En el informe de calibración quedan plasmados los resultados finales de la calibración.

A continuación mencionaremos algunas particularidades de la calibración dependiendo del instrumento bajo prueba.

RTDs.

Si el equipo a calibrar son PRTs o termistores se debe usar un indicador adecuado, si el equipo a calibrar usa su propio indicador, se debe usar ese indicador para que de esa forma se considere el sistema de medición completo.

Al calibrar RTDs se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

• Insertar el instrumento(s) bajo prueba en la fuente de temperatura lo más cercano posible al termómetro de referencia.

• En caso de que sean varios los termómetros a calibrar, colocarlos en forma circular con la referencia al centro.

• Tener la suficiente inmersión de los termómetros, se recomienda la siguiente fórmula: 30 X diámetro del sensor + longitud del sensor.

• Usar la configuración de 2, 3 ó 4 hilos de acuerdo con el tipo de sensor.

• Si el RTD no cuenta con indicador propio usar tablas para definir la temperatura. Las más comunes son DIN, IEC-751 o ASTM 1137.

Termopares.

Al igual que con los RTD, si el termopar a calibrar tiene indicador propio se debe procurar usar éste para evaluar el sistema completo.

Las consideraciones en cuanto a la calibración del termopar son muy similares que las de los RTD, algunas consideraciones especiales son:

• Se debe llevar a cabo la compensación de unión fría, ya sea que el indicador la haga o que se realice externamente con el punto de hielo.

• En caso de no contar con indicador usar tablas de termopares de acuerdo con su tipo.

• La colocación e inmersión de los termopares siguen la misma regla que los RTDs.

Para conocer un poco más acerca de termopares y de la compensación de punta fría le recomendamos la visitar siguiente liga haciendo click aqui.

Termómetros de líquido en vidrio.

Los termómetros de líquido en vidrio se deben calibrar de manera similar a los RTDs y termopares, por supuesto en éstos la medición es directa. Se deben considerar tres puntos principalmente:

• Se deben de calibrar considerando las tolerancias dadas principalmente por las normas ASTM.

• Se debe tener cuidado con la interpolación.

• Se debe cuidar la inmersión del termómetro de acuerdo con su tipo.

Al momento de interpolar, se debe procurar tener la vista perpendicular al termómetro a la altura del menisco de la columna. La interpolación será en fracciones de 1/4, 1/5 ó 1/10 de la escala mínima. Se recomienda el uso de lupa o algún otro método para mejor estimación de la lectura.

La inmersión del termómetro será como sigue de acuerdo con su tipo:

• Inmersión completa. El termómetro es inmerso completamente en el fluído a ser medido.

• Inmersión total. Todo el líquido termométrico (mercurio por ejemplo) debe estar inmerso en el líquido a ser medido.

• Inmersión parcial. El termómetro es inmerso a una profundidad fija, existe una marca sobre la escala.

Si está interesado en saber más acerca de este tema le recomendamos los cursos que imparte Hart Scientific en sus instalaciones, o solicite información de cursos que imparte Hart Scientific localmente. También existe literatura disponible en el catálogo de Hart Scientific, contacte con el distribuidor o representante de Hart Scientific para más información.

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Incertidumbres en Temperatura

En muchas empresas tienen el problema de decidir que equipo adquirir o cambiar para poder calibrar su equipo de temperatura en planta. En este artículo queremos darle algunos tips de cómo hacerlo, para esto vamos a usar un ejemplo.

Vamos a suponer que una persona X debe calibrar RTD'S con exactitud de 0,5° C, esta exactitud ya incluye el indicador del RTD. El RTD es de inconel de 6mm de diámetro por 20mm de longitud y trabajan en un intervalo de temperatura de 100° C a 600° C.

Lo primero que vamos hacer es aplicar la regla de todos conocida del 4:1, es decir que nuestro sistema debe tener una incertidumbre 4 veces mejor que lo que vamos a calibrar, en este ejemplo sería de 0,125° C o mejor.

El equipo necesario para calibrar por temperatura será:

•  Fuente de calor ( baños o bloques)

•  Termómetro Patrón (SPRT, Termistor o Termopar)

•  Indicador para el Termómetro Patrón

Le sugerimos visitar esta liga para determinar el equipo a usar en base a sus características.

Para este ejemplo usaremos el siguiente equipo:

•  Calibrador de Bloque Seco 9127 Ver especificaciones

•  SPRT 5626 Ver especificaciones

•  Indicador 1529 Ver especificaciones

Le sugerimos revisar las características de los mismos en sus ligas correspondientes.

Para conocer la incertidumbre que podemos esperar con este equipo, se debe aplicar la siguiente fórmula:

Incertidumbre de Calibración ( I ) =

Donde:

A = Exactitud del Termómetro Patrón *

B = Exactitud de Indicador del Termómetro Patrón.

C = Estabilidad de la fuente de calor

D = Uniformidad de la fuente de calor.

* Exactitud de calibración y corrimiento a corto plazo.

Obteniendo las características de los equipos mencionados anteriormente obtenemos:

A = 0,015° C (Exactitud * del 5626 @ 600° C)

B = 0,024° C (Exactitud del 1529 @ 600° C)

C = 0,05° C (Exactitud del 9127 @ 600° C)

D = 0,05° C (Uniformidad del 9127 @ 600° C)

* Exactitud de calibración y corrimiento a corto plazo.

Se obtuvieron las características de estos equipos a 600° C, ya que es a esta temperatura donde son menos exactos, estables y uniformes. Usando estos datos obtenemos:

Incertidumbre de Calibración ( I )

Este valor es menor que el 0,125° C que requeriríamos, por lo tanto podemos concluir que este equipo si sería útil para las necesidades establecidas.

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