Fundamentos de la calibración de sistemas de protección

La calibración de los sistemas de protección es una actividad crítica para garantizar la seguridad de las personas, la integridad de los equipos y la continuidad de los procesos industriales. Dispositivos como relés térmicos, presostatos, termostatos y sensores de seguridad requieren un ajuste preciso de sus valores de disparo o actuación. Estos valores se determinan según criterios técnicos basados en las condiciones de operación, el riesgo a proteger y las normativas aplicables (UNE-EN 60947-4-1 para relés, IEC 61508 para seguridad funcional, UNE-EN 60204-1 para verificación periódica).

En este tema se abordan los principios para determinar los valores de calibración, la importancia de la histéresis, la periodicidad de verificación y los procedimientos de documentación.

Determinación de valores de ajuste para dispositivos de protección

Los valores de calibración se establecen siguiendo criterios técnicos que equilibran la protección contra fallos y la continuidad operativa. Los parámetros clave son:

  • Corriente nominal (In): base para relés térmicos. Según UNE-EN 60947-4-1, el valor de ajuste se sitúa entre el 115% y el 125% de In, para evitar disparos intempestivos ante picos transitorios pero protegiendo frente a sobrecargas sostenidas.
  • Presión de consigna: para presostatos, se define en función del rango seguro de operación. Por ejemplo, si el rango seguro es 6-8 bar, se ajusta el disparo a 8,2 bar con histéresis de 0,5 bar.
  • Temperatura de disparo: en termostatos, se establece según los límites del proceso y los márgenes de seguridad especificados por el fabricante.
  • Curva de disparo: los relés electrónicos permiten seleccionar curvas tiempo-corriente (tipo A, B, C, D) según el tipo de carga y la capacidad de soporte de los equipos aguas abajo.

Es fundamental consultar las hojas de datos del fabricante y aplicar los factores de corrección por temperatura ambiente o altitud si es necesario.

Histéresis y tolerancia: evitando ciclos no deseados

La histéresis es la diferencia entre el punto de disparo y el punto de rearme del dispositivo. Por ejemplo, un termostato que corta la calefacción a 80°C y la restablece a 75°C tiene una histéresis de 5°C. Esta característica evita que el dispositivo actúe repetidamente por pequeñas fluctuaciones del proceso, protegiendo tanto al equipo como al sistema eléctrico.

La tolerancia es la variación máxima permitida respecto al valor nominal sin comprometer la seguridad. Según la IEC 61508, la tolerancia debe estar claramente especificada en la documentación técnica y verificarse durante la calibración. Valores típicos: ±2% para presostatos de calidad industrial, ±1°C para termostatos electrónicos.

La configuración óptima de la histéresis depende del proceso: procesos con inercia térmica alta admiten histéresis mayores; procesos críticos requieren histéresis reducidas pero con sistemas de control más avanzados.

Periodicidad de verificación y procedimientos

De acuerdo con la UNE-EN 60204-1, la comprobación de los sistemas de protección debe realizarse al menos una vez al año. En instalaciones críticas (plantas químicas, sistemas de seguridad funcional) la periodicidad puede ser semestral o incluso mensual, según el análisis de riesgos.

El procedimiento de verificación incluye:

  • Inyectar una señal de prueba con equipo calibrado (generador de corriente, simulador de presión, baño térmico).
  • Comprobar que el dispositivo dispara en el valor ajustado dentro de la tolerancia.
  • Medir el tiempo de respuesta si es relevante (curva de disparo).
  • Registrar los resultados en un protocolo de pruebas, con fecha, equipo utilizado y firma del técnico.

Los equipos de calibración utilizados deben tener trazabilidad metrológica (certificados de calibración ISO 17025).

Ejemplo práctico: calibración de un relé térmico para motor

Se dispone de un motor trifásico con corriente nominal In = 10 A. El relé térmico se ajusta según las recomendaciones del fabricante y la norma UNE-EN 60947-4-1:

  • Valor de ajuste: 12 A (20% por encima de In).
  • Se selecciona la curva de disparo correspondiente a la categoría de aplicación (ej. clase 10A para motores de arranque normal).
  • Durante la verificación anual, se utiliza un generador de corriente calibrado para inyectar 12 A y se comprueba que el relé dispara en un tiempo ≤ 5 segundos para una sobrecarga del 50% (15 A).
  • Se documenta el resultado en el registro de mantenimiento, indicando la fecha, el valor medido y la conformidad.

Si se detecta una desviación, se ajusta el relé o se sustituye si es necesario, y se repite la prueba.

Simulación profesional de la calibración de un relé térmico en un armario eléctrico. Muestra el panel con el relé térmico montado, un generador de corriente portátil 'GENERADOR CORRIENTE' inyectando corriente en los bornes de potencia (red power path), y un multímetro 'MULTÍMETRO' midiendo en los contactos auxiliares (blue aux path) para verificar el disparo. Incluye detalles del dial de ajuste de intensidad Ie y los botones de TEST y RESET.
Figura 28: Verificación de relé térmico con generador de corriente calibrado. Fuente: Elaboración propia / Licencia: CC BY-NC 4.0
🐍 Simulador de verificación de relé térmico (cálculo de disparo)
# thermal_relay_check.py - Simula la verificación de un relé térmico
# Útil para entrenamiento en calibración de sistemas de protección

class ThermalRelay:
    """Simula un relé térmico con valores de ajuste y curva de disparo."""
    def __init__(self, In_motor, factor_ajuste=1.2, clase=10):
        self.In_motor = In_motor          # corriente nominal del motor (A)
        self.I_set = In_motor * factor_ajuste   # corriente de ajuste del relé
        self.clase = clase                # clase de disparo (10, 20, 30)
        self.disparado = False

    def verificar_disparo(self, I_inyectada):
        """Simula la inyección de corriente y determina si dispara según la curva."""
        # Relación simplificada: tiempo de disparo t = (clase * I_set^2) / (I_inyectada^2) (segundos)
        if I_inyectada <= self.I_set:
            return False, float('inf')
        t_disparo = (self.clase * self.I_set**2) / (I_inyectada**2)
        return True, t_disparo

    def calibrar(self, I_inyectada, tiempo_medido_s, tolerancia=0.1):
        """Compara el tiempo medido con el esperado."""
        debe_disparar, t_esperado = self.verificar_disparo(I_inyectada)
        if not debe_disparar:
            return "OK (no disparo esperado)", 0
        error = abs(tiempo_medido_s - t_esperado) / t_esperado
        if error <= tolerancia:
            return "✅ OK", t_esperado
        else:
            return f"❌ ERROR (t_medido={tiempo_medido_s:.1f}s, t_esperado={t_esperado:.1f}s)", t_esperado

# --- Ejemplo de uso ---
if __name__ == "__main__":
    print("=== SIMULACIÓN DE CALIBRACIÓN DE RELÉ TÉRMICO ===\n")
    motor_In = 10  # A
    rel = ThermalRelay(motor_In, factor_ajuste=1.2, clase=10)
    print(f"Motor: In={motor_In} A, relé ajustado a {rel.I_set} A, clase {rel.clase}\n")

    # Simular inyección de corriente en verificación anual
    pruebas = [5, 10, 12, 15, 20]  # A
    for I in pruebas:
        debe, t_esp = rel.verificar_disparo(I)
        if debe:
            print(f"Inyección {I} A: DEBE DISPARAR en t ≈ {t_esp:.1f} s")
            # Simular medición con generador calibrado (con un pequeño error aleatorio)
            import random
            t_med = t_esp * (1 + random.uniform(-0.05, 0.05))
            resultado, t_ref = rel.calibrar(I, t_med, tolerancia=0.1)
            print(f"   Medido: {t_med:.1f} s → {resultado}")
        else:
            print(f"Inyección {I} A: NO DEBE DISPARAR")

    print("\n=== DOCUMENTACIÓN DE VERIFICACIÓN ===")
    print("Fecha: 15/03/2026")
    print("Equipo utilizado: Generador de corriente Fluke 5522A (cal. vigente)")
    print("Resultado: Conforme")

Este script simula la verificación de un relé térmico, calculando si el dispositivo debe disparar según la corriente inyectada y el tiempo de respuesta. Es una herramienta didáctica para entender los principios de calibración de protecciones.

Tendencias Actuales 2026

La calibración de sistemas de protección se está digitalizando con herramientas de diagnóstico integradas (relés electrónicos con comunicación Profibus/Modbus) que permiten verificar los valores de disparo desde el SCADA sin abrir armarios. La norma IEC 61508 ed. 3 refuerza la necesidad de pruebas periódicas documentadas y registros electrónicos con firma digital. Los gemelos digitales de las protecciones simulan el comportamiento ante fallos, ayudando a optimizar los valores de ajuste antes de la calibración en campo.

Aplicaciones con Raspberry Pi

Una Raspberry Pi puede utilizarse como sistema de registro de calibraciones, almacenando los resultados en una base de datos local y generando informes automáticos. Con módulos de entrada analógica y salidas digitales, se pueden automatizar pruebas de disparo en sistemas de baja potencia.

Aplicaciones con Arduino

Arduino permite simular la lógica de un relé térmico y su verificación, siendo una excelente herramienta educativa para comprender los conceptos de histéresis, curvas de disparo y periodicidad de pruebas.

💼 Caso Práctico Industrial: Ajuste de relé térmico

Contexto: Un motor de 15 kW tiene una corriente nominal de 28 A. El relé térmico se ajusta al 120% de In según norma UNE-EN 60947-4-1. Durante la verificación anual, se inyecta una corriente de 34 A. ¿Cuál debería ser el tiempo de disparo aproximado si el relé es clase 10?

Pregunta: ¿Qué rango de tiempo es esperable?

🍓 Raspberry Pi + Python

Contexto: Se utiliza el script Python para simular la verificación de un relé térmico con In=10 A, ajustado a 12 A. Se inyecta una corriente de 15 A y se mide un tiempo de disparo de 4,2 s. La clase del relé es 10.

Pregunta: ¿El relé está dentro de la tolerancia del 10%?

🐍 Histéresis en termostato

Contexto: Un termostato está ajustado para cortar la calefacción a 80°C y restablecerla a 75°C. ¿Cuál es la histéresis?

Pregunta: ¿Qué valor representa la histéresis?

表 Tabla 1: Parámetros típicos de calibración en sistemas de protección DispositivoParámetro ajustableRango típicoNormativa de referenciaPeriodicidad de verificación ' Relé térmicoCorriente de ajuste, curva clase0,1-100 A, clase 10/20/30UNE-EN 60947-4-1Anual '' PresostatoPresión de disparo, histéresis0-400 barIEC 61508, EN 50081Semestral/Anual TermostatoTemperatura de corte, diferencial-50 a +500 °CEN 60730-1Anual Sensor inductivo de seguridadDistancia de detección2-40 mmIEC 60947-5-2Según análisis de riesgos 点

📚 Recursos Técnicos y Normativos 2026

Normativas y Estándares

Recursos Raspberry Pi y Python