Calibración de presostatos

Los presostatos son instrumentos muy comunes en la industria de procesos y existen de varios tipos. Como muchos otros instrumentos, los presostatos necesitan ser calibrados para garantizar su exactitud y fiabilidad. Aunque en muchos casos se pueda creer que un presostato no requiere calibración, es importante recordar qué significa formalmente el termino calibración. La calibración es la comparación documentada entre el dispositivo de medición que se va a calibrar y un dispositivo de referencia trazable. Por tanto, para conocer si un presostato actúa y rearma a las presiones deseadas o establecidas requiere de la comparación que podrá ser documentada
formalmente o no en función del caso y de las necesidades. Formalmente, la calibración no incluye el ajuste, sino que se trata de un proceso aparte. En el lenguaje cotidiano, la palabra «calibración» a veces incluye también un posible ajuste. Pero, tal como se ha dicho, las fuentes más formales consideran que el ajuste es un proceso aparte.

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Los presostatos son un poco más difíciles de calibrar que los transmisores de presión y deben ser calibrados correctamente para evitar errores. En este artículo aprenderemos a realizar la calibración de estos.

Antes de pasar a este apartado, primero vamos a repasar algunas de las características y terminologías más básicas de este tipo de instrumentos.

¿Cómo funciona un presostato?

A grandes rasgos, un presostato es un instrumento que mide o detecta la presión en el que incluye un mecanismo con un microrruptor el cual activa un contacto eléctrico a una determinada presión. Por ejemplo, se puede configurar para que, cuando no haya presión (abierto a la atmósfera), el contacto esté cerrado, pero cuando la presión supere los 70 kPa, se abra. De nuevo, si la presión se sitúa por debajo de los 70 kPa, el contacto se cierra.

Terminología propia del presostato

Vamos a repasar la terminología relacionada con los presostatos.

Normalmente abierto / Normalmente cerrado

Los presostatos pueden tener contactos de salida abiertos cuando no hay presión en la entrada. Estos se denominan contactos normalmente abiertos (NA). Los opuestos son los conocidos como contactos normalmente cerrados (NC). La elección dependerá del tipo de circuito que deseemos hacer funcionar.

¿Qué significa “normalmente”? Hay debate sobre la definición de lo que es un contacto normalmente abierto o cerrado. Habitualmente se define como el estado en que la salida del presostato se da cuando no existe presión en la entrada, es decir, cuando no recibe ningún estímulo físico.

Otros definen el estado “normalmente” como aquel en que el presostato está durante su funcionamiento habitual de proceso (no activado).

El contacto normalmente abierto de un presostato se encuentra abierto cuando no hay presión o presión suficiente en la entrada. Al aplicarle suficiente presión, el contacto se cierra:

El contacto normalmente cerrado de un presostato se encuentra cerrado cuando no hay presión o presión suficiente en la entrada. Al aplicarle suficiente presión, el contacto se abre:

En ambos casos la condición de “normalmente abierto” o “normalmente cerrado” de este ejemplo se considera cuando el presostato no está recibiendo ningún estímulo físico, pero el “normalmente abierto” o “normalmente cerrado” podría referirse a la situación en la que se encuentra el contacto del presostato en condiciones normales de trabajo, por lo que podría existir algún estímulo físico grande o pequeño dependiendo de las condiciones normales del proceso y de la funcionalidad escogida para el presostato (que abra o que cierre el contacto).

Un presostato tendrá siempre una banda muerta, que es la diferencia entre los dos puntos de operación (puntos de apertura y cierre). La banda muerta es necesaria porque, en el caso que el contacto del presostato se abra y se cierre en el mismo punto, podría empezar a oscilar cuando la presión alcance dicho límite. Además, provocaría la activación y desactivación del circuito de manera repetida. Por ejemplo, un presostato con un contacto normalmente abierto (NA) podría cerrarse a 70 kPa y volver a abrirse a 65 kPa, de modo que habría una banda muerta de 5 kPa.

Algunos presostatos en proceso actúan a una presión subiendo, mientras que otros lo hacen bajando. Es evidente que siempre se obtiene una función con la presión subiendo y otra con la presión bajando, pero la función principal deseada va siempre en una dirección.

Existen presostatos que funcionan con diferentes tipos de presión: relativa, absoluta, diferencial o vacío (estos últimos conocidos también como vacuostatos).

El principio de funcionamiento de los presostatos tradicionales es totalmente mecánico (o incluso los más antiguos neumáticos), en los que la presión actúa internamente sobre el mecanismo de un microrruptor el cual provoca el cambio de estado del contacto. En la actualidad existen presostatos electrónicos o digitales, los cuales miden la presión y, en función de esta, se controla el estado del contacto. En alguno de estos últimos se pueden programar, de modo que el usuario puede definir los puntos de trabajo que más interesen. Mientras que los presostatos mecánicos no necesitan alimentación eléctrica, los electrónicos o digitales sí la requieren.

Al realizar el cableado el circuito del presostato, debe tenerse en cuenta su estado en condiciones normales de operación del proceso, de modo que, si la alimentación eléctrica falla o se desconecta un cable, el estado del contacto se mantenga en modo seguro. En el caso de un presostato de seguridad, deberá poder configurarse para que, si se desconecta un cable, la alarma se active. Por ejemplo, si se está usando un contacto normalmente abierto (NA), no sabremos si un cable se desconecta porque el circuito seguirá abierto aunque el contacto del microrruptor haya realizado la acción esperada de cerrarse. Por tanto, debemos definir correctamente el circuito eléctrico a su paso por los contactos del presostato para que esté a prueba de fallos.

También es importante mencionar los presostatos con contactos secos y húmedos. Un presostato con contactos secos tiene las conexiones abiertas o cerradas, de modo que funciona como un interruptor mecánico convencional. Un presostato con contactos húmedos tiene dos valores de tensión diferentes que representan los dos estados de salida.

La salida de un contacto eléctrico húmedo puede ser una señal de tensión con dos niveles, una señal de corriente o una señal tipo colector abierto.

A veces la función del presostato también se puede realizar en el sistema de control midiendo la señal de corriente de salida de un transmisor programando la apertura o cierre de un contacto para controlar algo basado en el nivel de la señal.

En la práctica, los presostatos industriales a menudo tienen contactos dobles que se pueden programar por separado. Pueden ser los puntos clásicos de operación Lo (bajo) y Hi (alto), aunque también los puntos “Lo Lo” y “Hi Hi”. Mientras que los puntos de control Lo y Hi son los habituales, los puntos Lo Lo y Hi Hi son límites de alarmas que controlarán las actividades de actuación más importantes.

Presostatos de seguridad

Los presostatos de seguridad se utilizan en sistemas instrumentados de seguridad (SIS) y disponen de determinadas clasificaciones de seguridad. Además, la calibración de este tipo de instrumentos está regulada.

Una de las principales diferencias de estos presostatos con respecto a los anteriores es que estos se mantienen estáticos la mayor parte del tiempo sin activarse. De esta manera, su uso habitual no se centra en intercambiar su estado abierto/ cerrado, sino que simplemente se activan cuando se alcanza el nivel de alarma de seguridad definido.

Dado que raras veces se activan, existe el riesgo de que se hayan quedado bloqueados y que no funcionen cuando deberían.

A la hora de calibrar, estos presostatos de seguridad no deben desperezarse antes de su calibración, sino que debemos registrar el primer punto al que actúa el contacto. Es posible que su primera actuación requiera más presión que en repeticiones posteriores.

Los presostatos no destinados al uso de seguridad se desperezan antes de su calibración, pero esta operación no se aplica a los presostatos de seguridad.

En un presostato de seguridad, el punto de actuación será crítico mientras que el punto de rearme puede no ser relevante y, por tanto, no requerir una calibración en ese punto.

Cómo calibrar los presostatos

A continuación, abordaremos cómo se calibran los presostatos. 

Preparación y normas de seguridad

Si el presostato está instalado en proceso, es muy importante asegurarnos que está aislado de la línea de presión. También tenemos que asegurarnos de desconectar cualquier circuito que controle el presostato para evitar, entre otras cosas, que cualquier válvula asociada al proceso se pueda abrir o cerrar, que una bomba se ponga en funcionamiento o se pare, o que se active una alarma de seguridad.

Algunos presostatos pueden tener tensión de red u otro nivel de tensión con cierta peligrosidad en los terminales cuando estos se abren, de modo que debemos asegurarnos que estén aislados.

Rampa de presión

Para calibrar un presostato, debemos definir una rampa de presión que cambie lentamente entre los valores de operación del mismo. Para poder reproducir las condiciones normales de operación del presostato en proceso, en algunos casos puede ser necesario empezar a generar presión partiendo de la presión atmosférica, pero en algunos otros casos, es posible
que necesitemos generar inicialmente una presión más elevada al valor de actuación esperado, e ir despresurizando lentamente hasta llegar al valor de operación. En otros casos, es posible que debamos realizar algo de vacío inicialmente, todo dependerá de las condiciones normales de operación en
las que trabaje el presostato.

Existen diferentes formas de generar presión. Se puede usar una bomba manual de calibración con un control de presión mediante ajuste fino, un sistema de alimentación de aire con un regulador de presión que tenga una buena sensibilidad, o bien, un controlador automático de presión.

Es muy importante que los cambios de presión (rampa) se hagan lentamente para poder asegurar el valor de presión al que se ha activado el contacto del presostato. Si la presión cambia demasiado rápido, no podremos garantizar que el valor de presión registrado sea el correcto con respecto al que debería operar el presostato.

Existen algunas herramientas (como el calibrador Beamex MC6) que permiten capturar automáticamente el valor de presión exacto en el mismo momento en el que la salida del presostato cambia de estado.

En cualquier caso, cabe recordar que debemos ir variando muy lentamente la presión al acercarnos cada vez más a los valores de presión de operación del presostato. Podremos ir variando la presión más rápidamente cuanto más nos alejemos de dichos valores.

Medir la salida del presostato

Necesitaremos algunas herramientas para medir en los terminales de salida del presostato. Si se trata de un contacto seco, con estado abierto y cerrado, se puede utilizar un ohmímetro. Si la salida es eléctrica, tendremos que buscar una herramienta que pueda medir dicha salida. En algunos casos, puede ser válido un medidor de voltaje o de corriente. En los presostatos con salidas eléctricas, a veces es un tanto difícil encontrar cómo medirlas. En cualquier caso, habrá que conocer los niveles de salida del presostato para saber cuándo estos cambian.

Con ayuda de algunas herramientas se puede programar un nivel de detección que se adapte al tipo de salida del presostato, y que permita capturar automáticamente el momento en que cambia de estado. Esta es la función del calibrador Beamex MC6.

Registrar los valores de operación

Para calibrar un presostato hay que registrar el valor de la presión de entrada en el momento preciso en que cambia el estado de salida.

Se puede intentar registrar el valor de la presión de entrada manualmente, p. ej., cuando el estado del contacto cambia se debe dejar de generar presión y ver cuál es la misma (en el equipo/calibrador que está midiendo la presión). Lo más probable es que los datos tomados tengan alguna desviación, provocada por el retraso producido entre que se detecta la
actuación del contacto hasta que se toma el valor de la presión de entrada, puesto que la presión que había en el momento de la actuación del contacto no es la misma que la que hay en el momento de la toma del dato. Este es el motivo principal por el que debemos ir generando presión muy poco a poco,
de modo que no cambie demasiado durante dicho retraso en la toma de datos. Evidentemente no se trata de confiar en nuestros reflejos.

Algunos dispositivos pueden registrar la presión de entrada automáticamente en el momento exacto en que la salida del presostato cambia de estado. Para esto, qué mejor que utilizar nuestra familia de calibradores Beamex MC6.

El MC6 puede interpolar entre las lecturas de medición de presión. Digámoslo así: un dispositivo digital de medición de presión puede tomar medidas varias veces por segundo. Es posible que la salida del presostato cambie de estado entre dos lecturas consecutivas. En dicho caso, el MC6 tiene en cuenta el tiempo de actuación e interpola entre los dos resultados consecutivos de la medición de presión para obtener el valor exacto al que ha actuado.

Salida retardada

Algunos presostatos industriales pueden tener un retardo añadido en la salida, de modo que no se activen con demasiada rapidez. Debemos comprobar si nuestro presostato tiene un retardo, dado que en este caso, la calibración deberá realizarse incluso de forma más lenta que en condiciones normales.

En un presostato con salida retardada, en el momento en que la salida cambia de estado, la presión de entrada puede estar lejos del valor al cual se activó el cambio de estado en la salida.

Pasos para calibrar un presostato:

A continuación, se detalla una lista resumida de los pasos para calibrar un presostato:

1. Despresurizar y desconectar del proceso como medida de seguridad.
2. Conectar la fuente de presión y el calibrador de presión a la entrada del presostato.
3. Conectar el dispositivo para medir el estado de salida del presostato.
4. Desperezar el presostato varias veces aplicándole y quitándole presión del 0% al 100% del rango de ajuste. Importante: ¡Esta operación no aplica a los presostatos de seguridad!
5. Generar presión con normalidad hasta acercarse al valor de operación.
6. Variar la presión lentamente hacia el valor esperado de actuación hasta que la salida del presostato conmute. Anotar el valor real de la presión de entrada aplicada.
7. Variar lentamente la presión hacia el valor esperado de rearme hasta que la salida del presostato conmute. Anotar el valor real de la presión de entrada aplicada.
8. Realizar tantas repeticiones como se requieran (repetir los dos pasos anteriores).
9. Ventear la presión del circuito.
10. Desconectar los dispositivos de pruebas.
11. Volver a poner el presostato en servicio.

Naturalmente, tras haber registrado los valores de actuación y rearme, y para documentar los resultados de la calibración del presostato, hay que calcular los errores encontrados y compararlos con la tolerancia máxima de dicho presostato, para ver si la calibración está Aceptada o No Aceptada. En
caso de que la calibración sea No Acepada, debemos ajustar el presostato o sustituirlo. Incluso aunque sea Aceptada, se debe analizar la incidencia que el error puede tener en el proceso. Si el error se encuentra cerca del límite de la tolerancia, o bien si ha tenido mucha deriva desde la última calibración, es importante ajustarlo para evitar un resultado No Aceptado en la siguiente calibración.

Y, tal como sucede con cualquier otra calibración, en función del histórico de los resultados de calibración, debemos analizar si hay que modificar el intervalo o frecuencia de calibración. No hay que malgastar recursos realizando calibraciones con demasiada frecuencia, pero tampoco podemos hacerlo de forma aleatoria y obtener resultados de calibración no aceptados. De todas formas, con un resultado de calibración No Aceptado, siempre habrá que iniciar una investigación sobre las posibles consecuencias. Esto puede implicar costes elevados y un gran esfuerzo en horas de trabajo.

Encontraréis información más detallada sobre la frecuencia de calibración de los instrumentos en la siguiente entrada del blog: ¿Con qué frecuencia calibrar los instrumentos?

Y aquí podéis encontrar más información sobre calibraciones Aceptadas y No Aceptadas: Incertidumbre de la calibración para no matemáticos – Parte 3: ¿Aceptada o No Aceptada?

Documentación, trazabilidad metrológica e incertidumbre de la calibración

Dado que la documentación se incluye en la definición formal del término calibración, se trata de una parte esencial de cualquier calibración. Esto también es válido para la calibración de presostatos. Normalmente dicha documentación se obtiene con un certificado de calibración.

Los equipos de calibración utilizados deben incluir una trazabilidad metrológica válida de conformidad con las normas correspondientes; de lo contrario, la calibración no garantiza la trazabilidad a la hora de calibrar el presostato. Encontraréis más información sobre la trazabilidad metrológica en el siguiente enlace: La trazabilidad metrológica en calibración, ¿son trazables sus calibraciones?

La incertidumbre de la calibración es una parte primordial en cada calibración. Si los patrones empleados no tienen un buen nivel de exactitud, y los métodos y procesos de calibración utilizados no son los adecuados, no tendrá mucho sentido realizar la calibración. ¿Qué sentido tiene usar un calibrador con una exactitud del 2 % para calibrar un equipo cuya exactitud es del 1 %?

Aquí encontraréis más información sobre la incertidumbre de la calibración: Incertidumbre de la calibración para no matemáticos – Parte 1

También podéis consultar una entrada anterior del blog que incluye un vídeo sobre cómo calibrar un presostato: Cómo calibrar un presostato (video)

Solución de Beamex

Beamex ofrece diferentes soluciones para calibrar presostatos.

Nuestra familia de calibradores MC6 permite calibrar y documentar presostatos, tanto de forma semiautomática (con una bomba manual de calibración) como totalmente automática (con un controlador de presión).

Es posible enviar los resultados de calibración obtenidos de un presostato a un software de gestión de calibraciones obteniendo una digitalización total del proceso e integridad de datos.

No dudéis en contactar con nosotros para obtener más información.

Publicación original: Pressure Switch Calibration
Publicado en: marzo 2020