Calibração de dispositivos medidores de temperatura usados em fábricas

Este artigo da OMEGA Engineering trata dos sensores de temperatura empregados em processos de fabricação e registro de temperaturas, incluindo por que e com que frequência os sensores precisam ser calibrados. Também são abordadas as opções de calibração de equipamentos e as vantagens e desvantagens de se usar um laboratório de calibração AS17025.



São cinco dispositivos comuns em processos de fabricação:

1. Termômetros bimetálicos ou de mola. Apesar da resposta lenta e da falta de exatidão, são amplamente utilizados por serem baratos e fáceis de ajustar.
2. Termopares. O sensor industrial mais utilizado, consistindo de dois fios de metal diferentes unidos em uma das pontas, produzindo uma tensão proporcional à temperatura.
3. Detectores de temperatura de resistência (RTDs). Geralmente, possuem fio enrolado de platina e são caros, mas oferecem uma resposta rápida e boa exatidão na medição.
4. Termistores. Estes dispositivos à base de semicondutores medem a temperatura em uma faixa limitada e costumam ser usados em aplicações médicas.
5. Detectores de radiação infravermelha. Estes sensores sem contato medem a temperatura superficial e podem ser de um dos dois tipos: pirômetros infravermelhos e câmeras de imagem térmica. O uso de ambos está crescendo rapidamente à medida que muitos outros produtos chegam ao mercado.

Os termômetros de líquido em vidro não foram incluídos nesta lista. Estes termômetros não podem ser calibrados, o que significa que é possível apontar somente o erro. Além disso, existe a preocupação quanto ao risco de quebra, principalmente no caso dos tradicionais termômetros de mercúrio.

Em muitas indústrias, um controle apenas não basta: é importante documentar a temperatura ou o ciclo térmico ao qual o produto foi submetido. Esses registros são exigidos no processamento de alimentos e na produção e armazenagem na indústria farmacêutica. Para tal, pode-se usar controladores de temperatura com capacidade de registro. No caso de itens de segurança críticos, como cubos de rodas, articulações de suspensão ou componentes de freio, a documentação ajuda o fabricante a provar que determinada peça foi termicamente tratada da forma correta e que não estava nem muito frágil nem muito maleável.

Uma área cada vez mais importante é a produção de componentes de fibra de carbono para uso automotivo e aeroespacial. Assim como em outros processos de cura, a temperatura e a pressão devem ser precisamente controladas. Mesmo em situações em que o controle de temperatura não é essencial ao desempenho do produto, a repetibilidade é necessária para sua consistência.

Os sistemas de gestão da qualidade exigem, sem exceções, a calibração de todos os equipamentos de medição que podem afetar a qualidade do produto final. Ao mesmo tempo em que geralmente entende-se a importância de se calibrar os equipamentos de aferição, essa questão às vezes é negligenciada no caso dos sensores de temperatura.

Todo dispositivo usado para medições críticas de processo deve ser checado periodicamente para verificar se continua a mostrar a exatidão necessária. Quando é possível fazer ajustes, um dispositivo que faz medições fora dos limites esperados deve ser reajustado conforme um nível de desempenho aceitável, mas no caso de equipamentos não ajustáveis, o desvio ou o desempenho da medição devem ser registrados e deve-se decidir se o equipamento continua adequado para sua finalidade.

No caso de equipamentos que medem temperatura, as propriedades dos dispositivos bimetálicos e do fio dos termopares mudam com o uso e o tempo (principalmente quando usados em temperaturas elevadas), resultando em desvios na medição. Além disso, uma sonda termopar pode ser danificada em serviço, mecanicamente ou por corrosão, levando a uma rápida deterioração do fio. RTDs e termistores também são dispositivos frágeis que facilmente sofrem danos, portanto devem ser inspecionados periodicamente. O mesmo se aplica a termômetros infravermelhos e câmeras de imagem térmica.

Os padrões de qualidade geralmente deixam à critério do usuário decidir a frequência de calibração de determinado dispositivo. Entretanto, um auditor espera uma boa justificativa para a frequência escolhida, seja ela qual for. Ao defini-la, deve-se considerar o uso pretendido para o dispositivo, o risco de dano e a taxa de desvio (que pode ser determinada com base no histórico de registros de calibração).

Caso o processo de calibração mostre que um dispositivo está operando fora dos limites aceitáveis, deve-se implementar procedimentos para definir as ações necessárias. Por exemplo, um produto fabricado antes da última calibração talvez precise ser recolhido (e o custo dessa operação talvez influencie a frequência de calibração). Em situações críticas de segurança, como na produção farmacêutica ou de alimentos, a calibração talvez tenha que ser realizada todos os dias ou até mesmo em cada turno.

O modo mais simples de calibrar um sensor de temperatura é verificar como o dispositivo lê a temperatura de duas constantes físicas: o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água (embora o último deva ser corrigido para pressão atmosférica). Embora seja rápido e barato, um ponto fraco deste método é que geralmente não é uma calibração NIST rastreável.

Os calibradores de sonda de bloco seco superam esse problema e oferecem uma maneira rápida e precisa de calibrar termistores, termopares e sondas RTD. Um produto como o calibrador de sonda de bloco seco tipo hot point® da OMEGA é usado para aquecer um termopar até determinada temperatura e a leitura no indicador é comparada com a do calibrador. Em seguida, uma Célula de Referência ice point®, como a OMEGA TRCIII é usada para fornecer uma temperatura de comparação de 0° C. Novamente, a leitura indicada é comparada com a do calibrador. As correções podem ser definidas a partir dessas duas medições.

O funcionamento do termopar também pode ser verificado simulando o sinal elétrico produzido pela sonda e comparando a leitura esperada com a indicada.

Calibradores infravermelhos de bloco negroOs calibradores infravermelhos de corpo negro são usados para calibrar equipamentos de medição de temperatura sem contato, como câmeras térmicas e pirômetros. Utilizam uma superfície de emissividade "perfeita" (entre 0,95 e 0,98) que é aquecida a uma temperatura conhecida e comparada com a leitura do dispositivo. (Vale observar que a repetibilidade deve ser muito alta, embora a precisão dependa da qualidade da medição da temperatura dentro do calibrador de corpo negro e possa ser somente com 1%).

Calibrar por conta própria ou contratar um laboratório?
Para a maioria das organizações, os fatores determinantes são o volume do trabalho de calibração a ser executado e a disponibilidade de recursos na própria empresa. Se os medidores já tiverem sido calibrados, acrescentar sensores de temperatura à lista de equipamentos exige investimento somente em uma sonda de bloco seco ou em um calibrador de corpo negro. Entretanto, alguma calibração externa sempre será necessária para garantir a rastreabilidade NIST.

A importância de se usar um laboratório com certificação AS17025
Enquanto que a ISO9000 estabelece um modelo de gestão de qualidade para fábricas, a AS17025 (a versão americana da ISO 17025) faz o mesmo para laboratórios de calibração. Os procedimentos estabelecidos documentam os métodos utilizados para o trabalho de calibração, garantindo que os métodos são eficientes e que oferecem um nível adequado de rastreabilidade NIST. Dá-se uma ênfase significante à comunicação de resultados para os clientes, incluindo informações sobre incertezas na medição.

Um laboratório que não atende aos requisitos da ISO 17025 pode realizar um trabalho de calibração satisfatório com níveis apropriados de rastreabilidade. Entretanto, uma certificação formal significa que o cliente pode ter certeza de que os procedimentos adequados serão seguidos e, portanto, evitam o gasto relacionado à verificação que teriam que fazer por conta própria.

Essencial à qualidade do produto
Muitos processos de fabricação utilizam calor para modificar as características do produto. Em alguns casos, um controle preciso da temperatura é essencial para garantir sua adequação ao uso pretendido e uma comprovação por escrito (registros de temperatura mais evidência de calibração) confirma se o fabricante seguiu os procedimentos certos para manter a qualidade dos itens produzidos. A calibração dos sensores de temperatura, seja ela feita na própria empresa ou em um laboratório especializado contratado, é uma parte fundamental dessa atividade.