Diseño e implementación de un laboratorio de metrologia ...
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DISEÑO E IMPLEMENTAGION DE UN LABORATORIO DE METROLOGIA PARA VARIABLES DE TEMPERATURA, PRESION Y HUMEDAD RELATIVA JOHN MARIO BOLAÑOS C. LUIS FERNANDO TRUJILLO H. azg?11 GORPORAGÉN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DE OGCIDENTE DMSIÓN DE INGENIERíAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELÉCTRIGA SANTIAGO DE CAL¡ 1997 I9f "8i,u#to"o .Y' ililllltutülututLt|[tüllxilil I cf O c o P
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DISEÑO E IMPLEMENTAGION DE UN LABORATORIO DE
METROLOGIA PARA VARIABLES DE TEMPERATURA,
PRESION Y HUMEDAD RELATIVA
JOHN MARIO BOLAÑOS C.
LUIS FERNANDO TRUJILLO H.
azg?11GORPORAGÉN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DE OGCIDENTE
DMSIÓN DE INGENIERíAS
PROGRAMA DE INGENIERIA ELÉCTRIGA
SANTIAGO DE CAL¡
1997
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DISEÑO E IMPLEMENTAGION DE UN LABORATORIO DE
METROLOGIA PARA VARIABLES DE TEMPERATURA,
PRESION Y HUMEDAD RELATIVA
JOHN MARIO BOLAÑOS G.
LUIS FERNANDO TRUJILLO H.
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al titulo de
Ingeniero Eléctrico
Director:
f ng. Humberto Gironza Lozano
GORPORAGóN UNIVERSITARIA AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
DMSIÓN DE INGENIERíAS
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRIGA
SANTIAGO DE GALI
1997
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Nota de aceptación
Aprobado por el comite de gradoen cumplimiento de los requisitosexigidos por Ia CorporaciónUniversitaria Autónoma deOcidente para optar al titulo deIngeniero Eléctrico.
Jurado
Santiago de Gali, Septiembre de 1997
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan sus agradecimientos a::
LA CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE.
HUMBERTO GIRONZAL. Profesor de la división de Ingenierias de la
Corporación Universitaria Autónoma de Occidente y Director del trabajo.
SUSCRI PCIONES AUDIOVISUALES:
. Subgerencia Administrativa
. Dpto de Diseño
WALTER RÓTHLISBERGER & CO. LTDA.
LUIS ALBERTO BOLAÑOS PINTO
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DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mis padres, hermanas, a mi esposa, familiares y
amigos
LUIS FERNANDO TRUJILLO H
Dedico este trabajo a mis padres, hermanos, a mi esposa, familiares y
amigos.
JOHN MARIO BOLAÑOS C.
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CONTENIDO
Resumen
Introducción
1. Definiciones
1.1. Metrología
1.2. Recuento sobre Metrología
1.2.1 Marco legal de la metrología
1.3 Metrología de clasificación
1.3.1 Metrología legal
1.3.1.1 Organismos y servicios relativos a la metrología legal
1.3.1.1.1 Servicio nacional de metrología legal
1.3.1.1.1.1 Funciones
1.3.1.1.2 Instituto Nacional de Metrología legal
1.3.1.1.3 Actividades del servicio de Metrología legal
1.3.1.1.4 Ensayo de Modelo
1 .3.1 .1.5 Verificación
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1.3.1.1.6 Calibración
1.3.1.1.7 Punzonado
1.3.1.1.8 Certificado de Galibración (de evaluación)
1 .3.2 Metrología Científica
1.3.3 Metrología Técnica o Industrial
1.4 Las Mediciones
1.4.1 Métodos de Medición
1.4.2 Errores de Medición
1.4.2.1 Errores debido al aparato de medida
1.4.2.2lmperfecciones por el uso de los aparatos
1.4.2.3 Errores lmputables al operador
1.4.2.4 Errores de Paralelaje
1.4.2.5 Errores de posición incorrecta
1 .4.2.6 Errores Técnicos
1 .4.2.6.1 Error Puntual
1.4.2.6.1. 1 Error Absoluto
1 .4.2.6.1 .2 Error del conjunto
1 .4.2.6.2 Error de Iinealidad
1.4.2.6.3 Error de Histéresis
1.4.3 Los Patrones de Medición
1.4.3.'l Patrón Primario
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1 .4.3.2 Patrón Secundario
1.4.3.3 Patrón de Referencia
1.4.3.4 Patrón de Trabajo
1 .4.3.5 Patrón I nternacional
1.4.3.6 Patrón Nacional
1.4.3.7 Material Patrón de Referencia
2. Medidas y Unidades
2.1 Medida de Temperatura
2.1.1 lntroducción
2.1.2 Termómetro de vidrio
2.1 .3 Termómetro Bimetálico
2.1.4 Termómetro de Bulbo y capilar
2.1.5 Termómetros de Resistencia
2.1.6 Termistores
2.1.7 Termopares
2.2 Medidas de Presión
2.2.1 Unidades y Clases de Presión
2.2.2 Elementos Mecánicos
2.2.3 Elementos Neumáticos
2.2.4 Elementos Electromecánicos
2.2.5 Transmisores Eléctricos de equilibrio de fuerzas
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2.2.6 Transductores Resistivos
2.2.7 Transductores Magnéticos
2.2.8 Transd uctores Capacitivos
2.3 Medición de la Humedad
2.3.1 Definición
2.3.2 Humedad Relativa y Absoluta
2.3.2.1Contenido de humedad y humedad relativa
2.3.3. Principios de Cálculo
2.3.4 Transductores de Humedad
2.3.4.1 Higrómetro Resistivo
2.3.4.2 El cabello Humano como transductor de Humedad
2.3.4.3 Sicrómetros
3. Diseño de un Laboratorio de Metrología
3.1 Introducción
3.2 Definición de variables a medir dentro del proceso
3.3 Definición y adecuación delterreno
3.3.1 Area del terreno
3.4 Adecuación del Laboratorio
3.4.1 Aislamiento
3.4.1 .2 Aislamiento Físico
3.4. 1 .3 Aislamiento Térmico
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3.5 Condiciones Ambientales
3.6 Condiciones Eléctricas
3.7 Parte Operativa
3.8 Recurso Humano
3.9 Consecución de Equipos
4. lmplementación de un Laboratorio de Metrología para
variables de presión, Temperatura y Humedad Relativa.
4.1 lmplementación de un Laboratorio de Presión
4.1.1 Banco de pruebas de presión por comparación
modelo T-1200
4.1.1 Instrucciones de operación para el banco de prueba por
comparación T-1200
4.2 Equipo de monitoreo de Temperatura, Humedad Relativa y
presión en un proceso industrial.
5. lmportancia de las variables de temperatura, humedad relativa y
presión en un proceso industrial
5.llnmuniza S.A.
5.2Propal S.A.
5.3 lmportancia de la Metrología
6. Laboratorios
6.1 Laboratorio de Manotearía
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6.1.1 Objetivos
6.1.2 Preinforme
6. 1 .3 lntroducción Teórica
6.1.4 Material y Equipo
6.1.5 Procedimiento
6.1.6 Trabajo preparatorio e informe
6.2 Laboratorio de Temperatura y Humedad Relativa
6.2.1 Objetivos
6.2.2 Preinforme
6.2.3 Introducción Teórica
6.2.4 Material y Equipo
6.2.5 Procedimiento
6.2.6 Trabajo preparatorio e informe
7. Conclusiones
Recomendaciones
Glosario
Bibliografía
Anexos
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LISTA DE TABLAS
TABLA 1 Garacterísticas de sondas de resistencia
TABLA 2 Características de Termopar
TABLA 3 Designación de los termoelementos y su
composición Química
TABLA 4 Equivalencias de clases de presión
TABLA 5 Características de elementos mecánicos de los
manómetros
TABLA 6 Humedad absoluta en aire saturado.
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 Gurva de linealidad Pr vrs No.
FIGURA 2 Comportamiento de Histérisis Pr vrs No.
FIGURA 3 Jerarquía de patrones de presión
FIGURA 4 Campo de medida de los instrumentos de temperatura
FIGURA 5 Termómetro de vidrio
FIGURA 6 Termómetro bimetálico
FIGURA 7 Termómetro de bulbo y capilar clase 1B
FIGURA I Termómetro de bulbo y capilar clase 1a
FIGURA 9 Sistema térmico clase 11A
FIGURA 10 Sistema térmico clase 118
FIGURA 11 Sistema térmico clase 11C
FIGURA 12 Sistema térmico clase 11D
FIGURA 13 Curvas de resistencia relativa
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FIGURA 14 Tipos de sondas de inmersión
FIGURA 15 Gurvas características de termistores
FIGURA.l6 Curvas de estabilidad de termistores según el grado deenvejecimiento
F|GURA.17 Termopar
FIGURA. 1 I Efecto peltier
FIGURA 19 Efecto thomson
FIGURA 20 Curvas características f.e.m./ temperatura de lostermopares
FIGURA 21 Selección de termopares
FIGURA 22 Clases de presión
FIGURA 23 Instrumentos de presión y campo de aplicación
FIGURA 24 Sello volumétrico de lira
FIGURA 25 Sello volumétrico de diafragma
FIGURA 26 Sello volumétrico de fuelle
FIGURA 27 Transmisor eléctrico de equilibrio de fuerzas(detector de inductancias).
FIGURA 28 Transmisor eléctrico de equilibrio de fuerzas(tra nsformador d iferencial )
FIGURA 29 Transmisor eléctrico de equilibrio de fuerzas(detector fotoeléctrico)
FIGURA 30 Transductor resistivo
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FIGURA 31 Transductor de inductancia variable
FIGURA 32 Transductor de reluctancia variable
FIGURA 33 Transductor capacitivo
FIGURA 34 Diagrama de mollier
FIGURA 35 Higrómetro resistivo
FIGURA 36 Sicrómetro
FIGURA 37 Banco de prueba
FIGURA 38 Manómetro de caratula
FIGURA 39 Equipo Cal-3200
FIGURA 40 Transmisor eléctrico de humedad
FIGURA 41 Conexiones eléctricas
Ff GURA 42 Error sistemático en una curva de calibración
FIGURA 43 E vrs Pr curva de error.
Ff GURA 44 C vrs Pr curva de corrección.
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LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1 Valores de resistencia según la temperatura en 'C
para las sondas de resistencia Pt 100
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ANEXO 2 Instrumentos de indicación de humedad 188
ANEXO 3 Requisitos para la acreditación de laboratorios de metrología 190
RESUMEN
La tesis comprende el desanollo del " DISEÑO E IMPLEMENTAGION DE
UN LABORATORIO DE METROLOGIA PARA VARIABLES DE
TEMPERATURA, PRESION Y HUMEDAD RELATIVA".
Para fo cual se realizó, una investigación bibliográfica, visita a empresas,
entrevistas con profesionales, conocimiento de manejo y operación de los
equipos en la industria para variables de temperatura, presión y humedad
relativa.
En esta parte el desarrollo del texto comprende un recuento sobre
metrología, errores en las mediciones, patrones, medidas y unidades.
Con lo cual, se determina los conceptos básicos sobre metrología.
Con este soporte teorico se procede a realizar el "DISEÑO DE UN
LABORATORIO DE METROLOGIA", el cual, determina los pasos lógicos
para el diseño, asi como los requisitos para Ia acreditación de laboratorios de
metrología dentro del marco legal.
Posteriormente se desarrolla la "IMPLEMENTACION DE UN LABORATORIO
DE METROLOGIA PARA VARIABLES DE PRESION, TEMPERATURA Y
HUMEDAD RELATIVA"
el cual,se instaló en el laboratorio de instrumentación de la universidad y que
cuenta con los siguientes equiPos:
Banco de pruebas de presión por comparación , manómetros (patrón y de
prueba), controladores para monitoreo y transmisor de humedad.
En esa parte el desanollo del texto comprende la elaboración de protocolos
de calibración, guias de laboratorio y exposición del manejo y de la
importancia de estos equipos para variables de presión, temperatura y
humedad relativa.
INTRODUGGION
El actual régimen de intercambio exige a los empresarios nacionales mejorar
sus niveles de calidad y competitividad, con el propósito de permanecer en el
mercado internacional y enfrentar la competencia de productos importados.
Las normas técnicas, que son un elemento de conocimiento tecnológico, de
mejoramiento de calidad de productos y procesos, pueden también ser
utilizadas como una nueva forma de proteger el mercado; Y eso, es lo que
hoy ocurre en la mayorla de países desanollados
Los ingenieros egresados de la Corporación Universitaria Autónoma de
Occidente, no tienen los conocimientos necesarios para la utilización óptima
de los equipos empleados en control de calidad. Esto conlleva a deficiencias
dentro de un sistema de producción en el cual los productos salen al
mercado con un nivel de calidad poco competitivo con los productos
importados.
Una forma en que la Gorporación Universitaria Autónoma de Occidente
puede contribuir a mejorar este aspecto es con la creación de un Laboratorio
de Metrología y en el cual los futuros ingenieros puedan tener una mayor
capacitación por medio de prácticas para que puedan aplicar estos
conocimientos en sus sitios de trabajo asegurando asi un control de calidad
óptimo que verdaderamente redundará en productos de muy buena calidad.
Por lo tanto se pretende colaborar con la universidad en el Diseño e
lmplementación de un Laboratorio de Metrología para variables de
Temperatura, Presión y Humedad relativa.
I DEFINIGIONES
1.1 METROLOGIA
Campo de los conocimientos relativos a las mediciones'
1. los principales campos de la metrologia atañen a las unidades de medida
y sus patrones (su establecimiento, reproducción, conservación y
diseminación),
Las mediciones (sus métodos, su ejecución, la estimación de presición, etc.),
los instrumentos de medición (sus propiedades examinadas desde el punto
de vista de su utilización final).
Los observadores (sus cualidades referidas a la ejecución de mediciones,
por ejemplo la lectura de indicaciones de instrumentos de medición).
2l
2. La metrologia abarca todos los problemas tanto teóricos como prácticos
relacionados con las mediciones, cualquiera sea la precisión de las mismas.
3. Según la magnitud considerada, la metrologia se divide en: metrología de
longitudes, metrología del tiempo, etc, y según el campo de aplicación, en
metrología industrial, metrología técnica, metrología médica, etc.
4. También están comprendidas en la metrología las determinaciones de
constantes físicas y de propiedades de los materiales, así como de las
sustancias.
I.2 RECUENTO SOBRE METROLOGIA
La metrología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de los sistemas de
medida. El hombre ha sentido la necesidad de medir desde los tiempos
más remotos, los hombres primitivos tenían ya en su mente la idea de
"medida". Claro está que se trataba de un primer esfuerzo casi intuitivo y las
medidas se tomaban de una manera muy elemental; todos los testimonios
parecen indicar que las primeras que se establecierón fueron los relativos a
la longitud y a la masa; para la longitud se utilizaron como medios de
comparación al tamaño de los dedos, de la longitud el pie. Para la masa se
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desarrolló un medio de referencia para comparar la cantidad mediante
conchas, granos, piedras.
Sin embargo, el problema persistía pues estas medidas variaban de un
individuo a otro. Como primera solución se decidió entonces que ese pie,
esa palma, ese dedo, debían conresponder aljefe de la tribu, al príncipe o al
rey. Aunque esto representó un paso de avance, los patrones anatómicos
para medir eran distintos, entre pueblos, entre provincias y entre paises.
El rey Eduardo I de inglatena dio quizás el paso de avance más importante
en lo que posteriormente se conocería como ciencia de la metrologiia, al
ordenar la confección de una barra de hierro para que se utilizara como
patrón de medida en todo el reino. Así mismo estableció que la medida de
un pie debia ser igual a la tercera parte de una yarda, se dice que el origen
de la yarda, medida inglesa que ha prevalecido hasta nuestros días, es la
distancia entre la nanz y el pulgar, con el brazo extendido, del rey Enrique I
de lnglaterra. Sin embargo, fue en el siglo XVll cuando se produjo una
revolución dentro del campo de la metrología al nacer en Francia la toesa,
medida equivalente a 1 metro y 946 milímetros de longitud, materializada por
una barra de hierro que se fijó sobre uno de los muros del palacio de
Chatelet.
23
La toesa fue subdividida a su vez en 6 pies, el pie en 12 pulgadas y la linea
en 12 puntos , pero en 1668 se pudo comprobar que debido a influencias
externas, la barra de hierro se había deformado.
Conforme al avance tecnológico y el valor de los productos fue en aumento,
se hizo necesario lograr una mayor precisión en las medidas y como
consecuencia fue necesario mejorar las características de los patrones
primarios, construyéndolos con materiales preciosos para evitar su
destrucción por los elementos naturales y dándoles dimensiones más
exactas a medida que la sociedad requería mayor precisión en la
comparación.
La medida y la medición están relacionadas con el desarrollo de la
civilización- No es posible concebir nuestro mundo actual sin instrumentos
precisos de medir. Si se eliminara el metro al carpintero, el altímetro al avión,
los instrumentos de medir de los médicos, se obtendría como resultado la
paralización casi total de las actividades humanas. En la antigüedad, cada
pueblo imaginó las medidas de las cosas deacuerdo con las necesidades de
su existencia; de ahi la gran diversidad de sus sistemas. Esto dificultaba las
relaciones comerciales entre los pueblos, y por ello pénsaron en unificarlos.
El acuerdo de mayor trascendencia en este orden de cosas fue la adopción
por la mayoria de los países del sistema métrico decimal y, más
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rec¡entemente en 1960, del Sistema lnternacional de Unidades de Medida
(S.l), por la oficina internacional de Pesas y Medidas (B.|.P.M), compuesto
por siete unidades básicas: Metro para la Longitud; Kilogramo para la Masa;
Segundo para el Tiempo; Amperio para la Gorriente Eléctrica; Kelvin para la
Temperatura; Candela para la Intensidad luminosa y Mol para la Gantidad de
Sustancia.
La contrucción de un mercado sin barreras, pasa por garantizar la
comparabilidad de los resultados de las medidas realizadas en la industria,
en este punto surgen dos cuestiones primordiales. Primero, ¿cómo se
asegura la idoneidad de los patrones nacionales?, o lo que es lo mismo,
¿cómo estamos seguros de que la diseminación esta bien hecha y se
conoce la incertidumbre?, Segundo, ¿cómo se asegura la competencia
técnica de los laboratorios de calibración?.
Para dar respuesta a la primera pregunta se crea en Europa, Euromet,
organización que aglutina a los institutos nacionales de metrologia, con la
función de asegurar la comparabilidad de los distintos patrones nacionales
primarios y secundarios. Para ello, se organizan periódicamente campañas
de intercomparación para cada una de las magnitudes en la que se mide la
calidad de los distintos patrones y sus incertidumbres.
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Para la segunda pregunta se crea la acreditación, en el caso colombiano, la
Superintendencia de Industria y Comercio SIG, es el órgano encargado de
aplicar un sistema de acreditación con arreglo a criterios intemacionales,
como mecanismo que genera la confianza suficiente en la competencia
técnica de los laboratorios de acreditación.
La competencia técnica de los distintos organismos de acreditación se
asegura mediante la evaluacón mutua entre ellos mismos. En Europa, existe
la Europen Cooperation for Accreditation of laboratories EAL, con este fin.
Resultado de su actividad es la firma de acuerdos de reconocimiento mutuo
que garanticen la libre circulación de certificados de calibración entre sus
miembros. A escala internacional, existe el International Laboratory
Accreditation Cooperation ¡LAG, con idéntico objetivo. La Superintendencia
de Industria y Comercio viene trabando intensamente en la firma de
acuerdos de reconocimiento. El gobierno colombiano, precisamente solicitó
en los años sesenta cooperación técnica a Alemania en esta área y fue asi
como en 1966 se hicieron los primeros contactos a través de la embajada en
Bogotá, con el Instituto Físico Técnico Federal (Phisikalisch Technische
Bundesanstalt, PTB).
En 1977, empezó la fase activa del proyecto, por lo cual viajarón los
primeros profesionales colombianos a Alemania, con el objeto de
26
espec¡al¡zarse en este campo, hasta entonces muy poco conocido en el país.
Se enviaron los primeros equipos y el primer experto a largo plazo de la PTB
llegó a Colombia. También en ese año, se empezarón a acondicionar
algunas salas para laboratorios y oficinas, en unas instalaciones arrendadas.
Estas obras se terminarón dos años más tarde coincidiendo con el regreso
de los primeros expertos colombianos de Alemania.
En el marco del proyecto, hasta hoy en día se han realizado las siguientes
acciones:
. Permanencia y seguimiento del proyecto por parte de dos expertos
alemanes durante diez años cada uno.
. Capacitación de colaboradores colombianos en los laboratorios de Santa
Fe de Bogotá, a través de treinta visitas de expertos alemanes
especializados.
. Suministro de equipos y muebles para la instalación de quince
la boratorios a proximadamente.
Como se puede ver, el aporte de Alemania durante todo este tiempo hasta
hoy ha sido no solo de tranferencia de tecnología, sino también en dotación y
equipos para laboratorios. Hay que destacar igualmente, el aporte valioso y
continuo durante todos estos años del gobierno colombiano a través de la
Superintendencia de Industria y Comercio.
27
1.2.1Marco Legal de la Metrología.
Con el fín de promover la calidad de los productos, el aseguramiento
continuo de los procesos y proteger el consumidor.
En el año de 1993 el ministerio de desarrollo economico expidio el decreto
2269 por el cual se organiza el Sistema Nacional de Normalización,
Certificación y Metrología. Es decir se creo una red metrologica.
Asi mismo facultó a la Superintendencia de Industria y Comercio para
acreditar Iaboratorios.
La Superintendencia de Industria y Comercio Expidió la resolución
No 0140 de febrero de 1994 por la cual se establece el procedimiento para la
acreditación y se regulan las actividades que se realicen dentro del Sistema
Nacional de Normalización, Gertificación y Metrología. En el anexo No 004
de esta resolución, la S.l.C estableció los requisitos para la acreditación de
laboratorios de metrología. (ver anexo No 3).
28
MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMIGO
SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y GOMERCIO
RESOLUCION NUMERO 140
(4 DE FEB. tse4)
Por lo cual se establece el procedimiento para la acreditación y se regulan
las actividades que se realicen dentro del Sistema Nacional de
Normalización, Certificación y Metrología
EL SUPERINTENDENTE DE INDUSTRIA Y GOMERGIO
En ejercicio de sus atribuciones legales, en especial de las coferidas por el
artículo 20.Del Decreto 2153 de 1992 y porer decreto 2269 de lgg3, y
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GONSIDERANDO
Que en los términos de la letra a) del artículo 17 del decreto 2269 de 1g93,
corresponde a la Superintendencia de Industria y Comercio acreditar,
mediante resolución motivada, a las diferentes entidades que lo soliciten
para operar como organismos pertenecientes al Sistema Nacional de
Normalización, Certificación y Metrología, de conformidad con el reglamento
técnico expedido por esta entidad para tal fin.
I.3 METROLOGIA GLASIFIGAGION
1.3.1. Metrología legal. Parte de la metrología relativa a las unidades de
medida, a los métodos de medición y a los instrumentos de medición, en lo
que concierne a las exigencias técnicas y jurídicas reglamentadas
que tienen como fin asegurar la garantía priblica desde el punto de vista de
la seguridad y de la precisión conveniente de las mediciones.
r"- ^'-j liriiverrrJr-i Álll;loi¡:J i:lci,lüil i.:i.
''''-.?, :I
30
1.3.1.1 Organismos y Servicios Relativos a la Metrología Legal.
1.3.1.1.1 Servicio Nacional de Metrología Legal. Organismo nacional que
tiene como finalidad resolver los problemas de metrología en un país dado.
1.3.1.1.1.1 Funciones. Las funciones principales de un servicio nacional de
metrología legal consisten generalmente en:
1. Asegurar la conservación de los patrones nacionales y garantizar su
presición por la comparación de patrones internacionales, garantizar y de ser
necesario dar a los patrones secundarios una presición conveniente a su
empleo en el país por comparación con los patrones nacionales
2. Efectuar los trabajos científicos y técnicos en todos los campos de la
metrología y de métodos de medición, participar en trabajos de otros
organismos nacionales interesados en la metrología
3. Elaborar los proyectos de leyes referidos a la metrología legal y promulgar
la reglamentación correspondiente.
4. Reglamentar y aconsejar, supervisar y controlar la fabricación y la
reparación de instrumentos de medición.
3l
5. Controlar la utilización de estos instrumentos y las operaciones de
medición cuando esta utilización y estas operaciones están bajo el alcance
de la garantía pública.
6. Eventualmente detectar los fraudes de medición o de despacho de
mercadería y denunciar a sus autores
7. Coordinar la actividad de las autoridades de supervisión metrológica que,
aún cuando no le sean orgánicamente dependientes, colaboren con el
servicio para asegurar el respecto a las reglamentaciones de la metrología
legal.
8. Organizarla enseñanza de la metrología legal.
9. Representar al país en las actividades internacionales de metrología
legal.
1.3.1.1.2 lnstituto Nacional de Metrología Legal. Organismo del servicio
nacional de metrología legal encargado de ejecutar los trabajos científicos y
de investigación relacionados con la actividad de ese servicio.
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1.3.1.1.3 Actividades del servicio de metrología legal. Control de
instrumentos de medición que comprende:
1. El ensayo de modelos de instrumentos de medición, con vistas a su
aprobación.
2. La verificación o calibración de instrumentos de medición.
3. La supervisión metrologica.
1.3.1.1.4 Ensayo de Modelo. Exámen de uno o varios instrumentos de
medición de un mismo modelo que son presentados por un fabricante al
Servicio Nacional de Metrología Legal; tal exámen incluyen los ensayos
necesarios para la aprobación del modelo.
1.3.1.1.5 Verificación. Conjunto de operaciones efectuadas por un
organismo legalmente autorizado, oon el fin de comprobar y afirmar que el
instrumento de medición satisface enteramente las exigencias de los
reglamentos de la verificación y comprende el exámen y el punzonado.
1.3.1.1.6 Galibración. Conjunto de operaciones que establecen, bajo
condiciones especificadas, la relación entre los valores indicados por un
33
instrumento de medición, o los valores representados por una medida
materializada y el valor convencionalmente verdadero de la magnitud a
medir.
1) El resultado de una calibración permite estimar los errores de indicació del
aparato de medición o la medida materializada, o de asignar los valores a las
marcas sobre escalas arbitrarias.
2) Una calibración permite también determinar las propiedades metrológicas.
3) El resultado de una calibración puede ser expresado en forma de una
"curva de calibración" y puede ser consignado en un documento llamado
"lnforme de calibración".
4) El sello de "Calibrado" se otorga cuando el instrumento de medición
funciona con exactítud conveniente.
Observación:
La calibración puede efectuarse con objeto de permitir el empleo del
instrumento como patrón.
34
1.3.1.1.7 Punzonado, Conjunto de operaciones que tiene por finalidad la
aplicación sobre un instrumento de medición, de marcas para
indicar que este instrumento responde a los requerimientos de Ia verificación.
Algunas de estas marcas pueden proteger ciertos elementos del
instrumento, que tienen influencia sobre sus propiedades metrológicas,
contra modificaciones o alteraciones efectuadas después de la verificación.
1.3.1.1.8 Gertificado de Galibración (De evaluación). Documento por el
cual se certifica la calibración (la evaluación metrológica) de un instrumento
de medición indicando los resultados obtenidos en esta operación.
1.3.2 Metrología Gientífica. Parte de la metrología relativa al estudio de
las mediciones realizadas para consolidar teorias sobre la naturaleza del
universo o sugerir nuevas teorías. Estudio nuevos métodos de medida o el
perfeccionamiento de los mismos, estructura de un sistema de unidades.
1.3.3 Metrología Técnica o lndustrial. Parte de la metrología relativa al
estudio de las mediciones realizadas para asegurar la compatibilidad
dimensional, la conformidad con especificaciones de diseño necesarios para
35
el funcionamiento correcto o en general, todas las mediciones que se
realizan para asegurar la adecuación de algun producto con respecto a su
uso previsto.
Su campo de aplicación es el del control de las mediciones y de sus
resultados, que intervinieron en los estudios de la calidad de: materias
primas, materiales, aparatos, como también de los instrumentos de medición
utilizados para medir, controlar y definir tas exigencias concemientes a la
garantía de la calidad de la producción.
1.4 LAS MEDIGIONES
La medición es una técnica por medio de la cual asignamos un número a
una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha
propiedad con otra similar tomada como unidad.
En Io que se refiere a Ias mediciones la Metrología tiene que ver con los
métodos de medición, errores en la medición, ejecución de la medición y
precisión en la medición.
1.4.1 Métodos de Medición. Para la realización de una medición existente
gran número de métodos dependiendo de que fenómeno físico se va a
medir, algunos de esos métodos pueden ser:
36
- Método de medición directa
- Método de medición sin contacto
- Método de medición por contacto
- Método de medición fundamental
- Método de medición por comparación
- Método de medición por comparación directa
- Método de medición por sustitución
- Método de medición diferencial
- Método de medición por cero
- Método de medición coincidencia
- Método de medición por desviación
- Método de medición por completo
- Método de medición por interpolación
- Método de medición por extrapolación
Uno de los factores más importantes al realizar una medición son los errores
que se cometen y entre los más importantes tenemos:
1.4.2 Errores de medición. Las causas que provocan errores atribuibles al
instrumento, puede deberse a defectos de fabricación (dado que es
imposible fabricar aparatos perfectos), estos pueden ser deformaciones, falta
de linealidad, imperfecciones mecánicas, falta de paralelismo, etc.
37
1.4.2.1. Errores debido al aparato de medida. Los instrumentos de
medida tienen y producen errores en la medición. Es evidente que también
estos aparatos se han tenido que fabricar con unas tolerancias. Con el uso
se van haciendo imperfectos y comienzan a tener desajustes. Todo ello
unido a las deformaciones que sufren al utilizarse, hacen que una parte de
los errores se deban a ellos. Vamos a ver las causas más importantes.
1.4.2.2 lmperfecciones por el Uso de los Aparatos.El uso de los aparatos
de medición, como cualquier otro, trae consigo un envejecimiento que va
arrastrando cada vez más errores.
De aquí la necesidad de verificarlos periódicamente para comprobar si están
dentro de las especificaciones admisibles.
Los desgastes son las mayores causas de estos errores.
Nótese por ejemplo, que en todos los calibres fijos existe un "Límite de
desgaste" a partir del cual, se Ies considera inútil.
38
lgualmente, en todos los equipos de medición se desgastan por el uso de
sus ejes, se deforman sus palancas y al cabo de cierto tiempo estos erores
producen enores inadmisibles.
1.4.2.3 Errrores lmputables al Operador.
Los Errores de medición producidos por el operador son inevitables, aunque
pueden disminuirse sobre la práctica. Estos errores se deben a la agudeza
visual, al tacto a o a la sensibilidad del individuo. También influye
notablemente el cansancio del operador.
Además de estos factores, existen los errores debidos a la posición
incorrecta de la pieza a medir o al mal uso del aparato. Vamos a explicar
algunos de estos conceptos.
1.4.2.4 Errores de paralelaie.
Estos errores se producen cuando el operador no observa el indicador en
posición perpendicular a la escala o a la graduación.
Cuanto más separados estén entre sí, mayor es la posibilidad de que se
produzcan errores.
39
1.4.2.5 Errores de Posición Incorrecta.Son producidos por no colocar el
contacto de medición en posición perpendicular a la pieza. Estos defectos
son muy frecuentes con el uso de los comparadores, sobre todo cuando se
está trabajando con un tope de profundidad
1 .4.2.6 Errores técnicos
1.4.2.6.1 Error puntual
Hecha una sola medición de un punto dado se puede definir:
1.4.2.6.1.1 Error absoluto (7)
t = Prueba - Normal = Pr - No. (Unidades)
t = Experimental -Teórico = E-T (Unidades)
ej.: S¡ Pr = 9,99 bar, No. = 10,000 bar; t = -0,01 bar
Error relativo unitario o por unidad (8)
Prueba-Normal Pr-No
(adimensional)$=Normal No.
40
$=Experimental-Teórico ET¡-- I
= ---------
Normal
Experimental-Teórico E-T
Pr-No
x 100 = ------------ x 102 (adimensional)
No.
(adimensional)
Teórico T
ej.: S¡ Pr = 9,99 bar, No. = 10,000 bar; t = -0,001
Error relativo porcentual o por ciento (9)
Prueba-Normal
E = o/o=
E = o/o=
$= ppm =
ej.: S¡ Pr = 9,99 bar, No. = 10,000 bar; E = o/o = -0,1o/o
Error relativo por millón (10)
Prueba-Normal
Teórico
Normal
Experimental-Teórico E.T
x 1.000.000 = ------ x 1O0(adimensional)
T
= --------- = 102 (adimensional)
T
Pr-No
x1.000.000= x1Oo(adimensional)No.
$=ppm=Normal
41
ej.: S¡ Pr = 9,99 bar, No. = 10,000 bar;
(ppm es partes por millón)
t=ppm = -1000ppm
1.4.2.6,1.2. Error del conjunto. Hecha una serie de n mediciones en un
mismo punto (aplicable a mediciones que muestran diferencias de valor entre
sí a causa de los errores aleatorios y que en general se realizan bajo las
mismas condiciones de medición) los métodos de la matemática estadística
son de gran uso aqui.
La estadística permite conocer a valorar los errores de medición (error
estadístico) por medio de cantidades estadísticas bien definidas que se
pueden calcular a partir de las mediciones que se han realizado; entre ellas
que por su importancia y amplia aplicación que se deben mencionar, se dan
a continuación las siguientes:
Promedio aritmético (1 1)
EPrPr= (X = sumade)
n
Desviación o error típico por grupo (finito) (12)
Desviación standard por grupo (finito)
42
$= ./n
Desviación o error típico de la distribución (13)
Desviación standard de la distribución
o= ./n-1
Desviación o error típico (desviación standard) de la distribución para el
promedio, de n mediciones. (14\
Om={n
Varianza 02
NOTA: Es frecuente que aparezca en calculadoras programadas para datos
estadísticos otras nomenclaturas equivalentes o n por S, o n-l por o.
En puntos diferentes
Hecha una serie de mediciones en puntos diferentes de medición se busca
definir el error característico o el error representativo del conjunto
considerado como un todo. (Esta situación se presenta frecuentemente en
elementos e instrumentos de medición).
43
1.4.2.6.2. Error de linealidad
Se da a continuación la tabla de las mediciones efectuadas en orden
creciente. En cada punto se evalúa el error absoluto e que puede tomarse
entonces como un error por linealidad.
No.(Valor verdadero) Pr(Medición)
0
ñ,1
*2ñ,3
*.4fi.5
fi,6
^7ñ,8
La gráfica de tales valores muestra: ( f¡g. 1)
0
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
aB
e=Pr-Noei=ai -ñ.i
0
e1
e2e3e4e5e6e7eB
44
(e ),nn-
3
2
1
0
Figura 1. Curva de linealidad. Pr vrs. No.
Se define el error de linealidad usualmente como el error porcentual del enor
absoluto máximo encontrado respecto al mayor valor de los valores de
referencia: (15)
(e)máxo/o
=A,máxe5
x 100
100 (ver fig. 1)ej.: o/o =
45
Este error procura medir la alinealidad del conjunto midiendo cuánto se
aparta del buen comportamiento que para estas mediciones ha de ser el
comportamiento identidad, matemáticamente se expresá y = x o Pr = No.
(las mediciones sean iguales a las verdaderas)
1.4.2.6.3. Error de Histéresis
Se da a continuación la tabla de las mediciones afectadas la mitad de ellas
en orden creciente, posteriormente la otra mitad realizadas en orden
decreciente. En cada punto se evalúa el error absoluto e = PR J - pn t que
puede tomarse entonces como un error por histéresis.
No.(Valor verdadero)
0A.1
TEñ,3
fr.4
ñ.5
*.6h7ñ.8
P(Mediciónt)
0
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
aB
P(MediciónJ)
0A1
A2
A3A4A5A6A7A8
e=Prü-Prtei=Ai -ai
0
e1
¿2e3e4e5e6e7eB
La gráfica de tales muestra: (f¡g. 2)
46
(c ) max
Figura 2. Comportamiento de histéresis. Pr vrs No.
Se define el error de histéresis usualmente como el error porcentual del error
absoluto por histéresis máximo encontrado respecto al mayor valor de los
valores de referencia: (16)
47
(e)máxo/o = x 100
ñ.máx
e5ej.: o/o = -------- x 100 (verfig. 7)
ñ.8
Este error procura med¡r la anormalidad del conjunto midiendo cuánto se
aparta del buen comportamiento que para estas mediciones ha de ser que
las mediciones en subida sean respectivamente iguales a las de bajada..
1.4.3 LOS PATRONES DE MEDIGION
Al hablar de Patrón se dice define como instrumento de medición destinado
a medir o materializar, conservar o reproducir la unidad de medida de una
magnitud ( o un múltiplo o submúltiplo de esta unidad ) para transmitirla por
comparación a otros instrumentos.
1.4.3.1 Patrón primario. Patrón relativo a una determinada magnitud, que
presenta las más altas cualidades metrológicas en un determinado campo.
48
Observaciones:
1. La calidad de patrón primario es válida tanto para las unidades de base
como para las unidades derivadas.
2. El patrón primario en ningún caso se utiliza directamente para
mediciones; únicamente se utiliza para ser comparado con los patrones
secundarios.
1.4.3.2 Patrón Secundario. Patrón cuyo valor está fijado por comparación
directa o indirecta con un patrón primario o bien por un método patrón.
1.4.3.3 Patrón de referencia. Patrón secundario con el cual se comparan
los patrones de orden de presición inferior.
1.4.3.4 Patrón de trabaio. Patrón que, contrastado por comparación con un
patrón de referencia, se destina a verificar los instrumentos de medición
comunes, de menor presición.
49
1.4.3.5 Patrón internacional. Patrón reconocido por acuerdo internacional
para servir de base internacional para la frjación de valores de todos los otros
patrones de la magnitud dada.
1.4.3.6 Patrón Nacional. Patrón reconocido por decisión oficial nacional
para servir de base en un país para la fijación de los valores de todos los
otros patrones de la magnitud dada.
50
'tvu,tNgc oruolvuogyl
B r+++E ÉrEE: sEF*E I rlE -EeÉE
=
zo(t)trlEtr
f¡lo(r)E¡1z,OÉE-O.
trlñ
DGrEEf¡l
I
sgNnilocNol3l0gil g0 so,LNgnnu,LsNl
Ft-I:
!s c3E.lrlrdg-lo
3d
-dd
FI:
''1e'qNI'ISgocluggtu¡Id otuoJ,vuogvl
Figuro 3 Jerorquío de Potrones de Presión
5l
Observación:
En general, el patrón nacional de un país constituye también el patrón
primario.
1.4.3.7 Material patrón de referencia. Material o sustancia reconocida
oficialmente como patrón caracterizado en particular por la gran estabilidad
de una o varias propiedades determinadas, de índole física, química o
metrológica.
2 MEDIDAS Y UNIDADES
2.1 MEDIDA DE TEMPERATURA
2.1.1 lntroducción
La medida de temperatura constituye una de las mediciones más comunes y
más importantes que se efectúan en los procesos industriales. Las
timitaciones del sistema de medida quedan definidas en cada tipo de
aplicación por la precisión, por la velocidad de captación de la temperatura,
por la distancia del instrumento de medida y el aparato receptor y por el tipo
de instrumento indicador, registrador o controlador necesarios; es importante
señalar que es esencial una comprensión clara de los distintos métodos de
medida con sus ventajas y sus desventajas propias para lograr una selección
óptima del sistema más adecuado.
Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son
influidos por la temperatura y entre los cuales figuran:
53
a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, liquidos o
gases).
b) Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia);
c) Variación de resistencia de un semiconductor (termistores);
d) f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares);
e) intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de
radiación);
f) Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas,
frecuencia de resonacia de un cristal).
54
O CENTIGRADO
" KELVTN 12
Congelación del agua Ebullicicín de1 agua
-212 -270 -253 -250-250 -200 -100 0 2000 5000
L00 200 0 2000 s000 1-0000
BUtBo DE I,IERCUPJO
BUI,BO DE GAS
BUI,BO DE \TAPOR
1TTDRIO Y BIMETALICO
SOI¡DA DE RESISTENCIA DE NIQI'EI,
SO¡¡DA DE RESISTENCIA DE PIATINO
SENSOR DE GERIT{A¡IIO
TERMISTOR
|---r PUEDE IJTTLTZARSEH PERO NO SE RECOMIENDA
C ROIi{E L-CONSTAIi¡TN,¡
COBRE-CONST¡NTAN
HIERRO-CONSTANTA¡¡
CROMEI,-A¡,l'MEI.
PLATINO-PI,ATINO RODIO
RADIACION BAJO CAI.{PO
G RADrAcroN Atro cA!{Po
-
PIROMETRO OPTICO
-
+EsPEcTRoForoMETRo. e Dlplmcñf'¡Tl-ñ
E cEEr?rfrcl
Figura 4. Campo de medida de los instrumentos de temperatura.
De este modo se emplean los instrumentos siguientes:
55
Figura S..termometro de vidrio.
2.1.2 Termómetro de vidrio
El termómetro de vidrio (f¡g 5) consta de un depósito de vidrio que contiene
por ejemplo, mercurio y que al calentarse se expande y sube en el tubo
capilar.
Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:
-3S hasta + 2800 C
Mercurio (tubo capilar lleno de gas) -35 hasta + 4500 C
Pentano
Alcohol
Tolueno
-200 hasta + 20o C
-110 hasta + 50o C
-70 hasta +1000 G
56
2.1 .3 Termómetro bimetálico
,.b_ {;r.Tl_,;,,,_".;-l::*J,,{, h _.\
I t* i\ *i
'1; li -J-t"\-=-" .,..f
ri*'11'-'
{*;*¡ ffiijF' 1ft liiitr iiii
*l*, -^",.l.-'.i-liextremo fijo
Figura 6. Termómetro bimetalico.
Los termómetros bimetálicos se fundan en el distinto coeficiente de dilatación
de dos metales diferentes, tales como latón, monelo acero y una aleación de
ferroníquel o Invar (35,5% de níquel) laminados conjuntamente. Estás
láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices
(f¡g 6).
Un termómetro bimetálico típico contiene pocas partes móviles, sólo la aguja
indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y el propio
elemento bimetálico.
El eje y el elemento están sostenidos con cojinetes y el conjunto está
construido con precisión para evitar rozamientos.
57
La precisión del instrumento es de t 1% y su campo de medida de -200 a +
5000 c.
2.1.4 Termómetro De bulbo y capilar
Los termómetros tipo bulbo consisten esencialmente en un bulbo conectado
por un capilar a un espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o
el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse
moviendo la aguja sobre la escala para indicar la elevación de la temperatura
en el bulbo.
Hay Cuatro clases de este tipo de termómetros:
Clase l: Termómetros actuados por líquido
Glase Il: Termómetros actuados por vapor
Glase lll: Termómetros actuados por gas
Clase lV: Termómetros actuados por mercurio
Los termómetros actuados por líquido tienen el sistema de medición lleno de
líquido y como su dilatación es proporcional a la temperatura, la escala de
medición resulta uniforme. El volumen del líquido depende principalmente
de la temperatura del bulbo, de la del capilar y de la del elemento de
medición (temperatura ambiente). Por lo tanto, para capilares cortos hasta
5m, sólo hay que compensar el elemento de medición para evitar errores
58
debido a variaciones de la temperatura ambiente (Clase lB) (fig 7). Para
capilares más largos hay que compensar también el volumen del tubo
capilar (Clase lA) (fig 8).
Los líquidos que se utilizan son: alcoholy éter.
fig.7.
b- compensacion total(tubo capilar+caja)
fi9.8.
El campo de medición de estos instrumentos varía entre 150 hasta 5000 C,
dependiendo del tipo de líquido que se emplee. Los termómetros actuados
por vapor contienen un liquido volátil y se basan en el principio de presión de
vapor. Al subir la temperatura aumenta la presión de vapor del líquido.
a- compensacionen la caja
espiraldecomoensacion
59
fig. 9. Sistema térmico clase llA.
fig. 10. Sistema térmico clase llB.
La escala de medición no es uniforme, sino que las distacias entre divisiones
van aumentando hacia la parte más alta de la escala. La presión en el
sistema depende solamente de la temperatura en el bulbo. Por consiguiente,
no hay necesidad de compensar la temperatura ambiente. Si la temperatura
60
del bulbo es mayor que la temperatura ambiente, el capilar y el elemento de
medición están llenos de líquido (clase llA) (fig. 9), siendo necesario conegir
la indicación en la diferencia de alturas entre el bulbo y el elemento de
medición.
Si la temperatura del bulbo es más baja que la ambiente, el sistema se llena
de vapor (clase llB) (fig. 10).
La clase llG, opera con la temperatura del bulbo superior e inferior a la
temperatura ambiente (fig.11) y la clase llD trabaja con la temperatura del
bulbo superior, igual e inferior a la ambiente, empleando otro líquido no
volátil para transmitir la presión de vapor (fig. 12).
Figura 11. Sistema térmico clase llL.
6l
Figura 12. Sistema térmico clase llD.
Los termómetros actuados por gas estás completamente llenos de gas. Al
subir la temperatura, la presión del gas aumenta proporcionalmente y por lo
tanto estos termómetros tienen escalas lineales.
La presión en el sistema dependen principalmente de la temperatura, pero
también de la temperatura del tubo capilar y del elemento de medición,
siendo necesario compensar la temperatura del ambiente en el sistema de
medición.
Los termómetros actuados por mercurio(clase lV) son similares a los
termómetros actuados por líquidos (clase l). Pueden tener compensación en
la caja y compensación total (fig.7).
62
2.1.5 Termómetros de resistencia
La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de las
características de resistencia en función de la temperatura que son propias
del elemento de detección.
El elemento consiste usualmente en un anollamiento de hilo muy fino del
conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido
con un revestimiento de vidrio o de cerámica.
Ef material que forma el conductor se caracteriza por el llamado << coeficiente
de temperatura de resistencia > que expresa a una temperatura
especificada, la variación de la resistencia en ohmios del conductor por cada
grado que cambia su temperatura.
La relación entre estos factores puede verse en la expresión lineal siguiente:
Rt=Ro(1 +at)
en la que:
Ro = resistencia en ohmios a 0o G
63
Rt = resistencia en ohmios a f C
a = coeficiente de temperatura de la resistencia cuyo valor entre 0o y 100o C
es de 0,003850 o * Q-1 * oO-l en la escala práctica de temperaturas
internacionales (l PTS-68).
Si la relación resistencia - temperatura no es lineal la ecuación general pasa
a: Rt = Ro [1+A*t + Bt2+ C * (t- 100) *t3] válida de- 200 a 00 c
o bien
Rt = Ro * (1+ At + Bt') válida de 0 a 8500 C
y en la que A,B C..., son coeficientes de temperatura de la resistencia de
valores:
A=3,90802x10-3
B=-5,802x10-2
C=4,27350X10-12
En Ia (figura 13) pueden verse las curvas de resistencia relativa de varios
metales en función de la temperatura.
64
Los materiales que forman el conductor de la resistencia deben poseer las
sigu ientes características:
1. Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el
instrumento de medida será muy sensible.
2. Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una
temperatura dada tanto mayor será la variación por grado (mayor
sensibilidad).
3. Relación lineal resistencia-temperatura.
Rigidez y ductilidad, lo que permite realiza¡ los procesos de fabricación de
estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda, a fin de
obtener tamaños pequeños (rapidez de respuesta).
4. Estabilidad de las características durante la vida útil del material.
Los materiales que se usan normalmente en las sondas de resistencia son el
platino y el níquel.
El platino es el material más adecuado desde el punto de vista de precisión y
de estabilidad pero presenta el inconveniente de su coste. En general la
65
sonda de resistencia de platino utilizada en la industria tiene una resistencia
de 100 ohmios a 0o C.
Figura 13. Curvas de resistencia relativa de varios metales en funsión de Ia
temperatura.
El níquel es más barato que el platino y posee una resistencia más elevada
con una mayor variación por grado, sin embargo, tiene como desventaja la
falta de linealidad en su relación resistencia-temperatura y las variaciones
que experimenta su coeficiente de resistencia según los lotes fabricados.
El cobre tiene una variación de resistencia uniforme, es estable y barato,
pero tiene el inconveniente de su baja resistividad.
oo(ú
oot
o¿
.g-go.qocatt'6oÉ.
66
TABLA 1. Garácteristica de sondas de resistencia
En la tabla 1,se indican las caraterísticas de las sondas de resistencia de
platino, de níquel y de cobre, y en la tabla 2 (VER ANEXO) los valores de
resistencia de las sondas de Pt 100. El error en la lectura de los valores de
las sondas (tolerancia) es:
Clase Precisión,'C
A 0,15 + 0,002 x lt I
B 0,3 +0,005x1t1
I t I = módulo de la temperatura en oC sin signo.
Las bobinas que llevan arrollado el hilo de resistencia están encapsuladas y
situadas dentro de un tubo de protección o vaina de material adecuado al
fluido del proceso (acero, acero inox. 304, acero inox. 316, hastelloy, monel,
etc.). En la figura 14 pueden verse varios tipos de sondas.
M&.alRenri*i¿ridsd
V{t lcmCoeffiitzrttp.
f¿lf¡. .cbt¡trldoftillfie tcnp,oC
mínd,chúo
,tütl
Coatr
rdg;liw
Rg3ri, rondc
aú C,oÍmios
Pr¡nhiíroc
Pla!i49
Níquel
" 9.93
6.38
0.m385 :Ztr_ i 950_
-1fl] a il10
0s0,fE
Alo
Medio
25,1m--,ltl
1m
0,0-! .
05t10,0U63 a 0.ÍIFE
Cobre 1,56 oF4ZS -2ü a 120 0,05 Bajo 10 0,10
67.
"#%a) sonda
ffil
c) vaina
Figura 14. Tipos de sondas de inmersion.
Ia variación de resistencia de las sondas es medida con un puente de
Wheatstone
Otras características de las sondas de resistencia pueden verse en el anexo
1 ( valores de resistencia de las sondas Pt 100 )
2.1.6 Termistores
Los termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de
temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por lo que presentan
unas variaciones rápidas y extremadamente grandes para los cambios
relativamente pequeños en la temperatura. Los termistores se fabrican con
68
óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y
otros metales, y están encapsulados.
La relación entre la resistencia del termistor y la temperatura viene dada por
la expresión.
(1/Tt - 1/To )Rt = RoeB
en la que :
roE
10ü
=(Jx= 10*
O
g ro2El4lo-fr 1oog()z.6 1o-26UJE,
to{
r o-E-100 0 100 200 500 400
TEMPERATUM 'C
\
3 \\
PU tN0
Figura 15. Curvas características de termistores
69
Rt = resistencia en ohmios a la temperatura absoluta Tt
Ro = resistencia en ohmios a la temperatura absoluta de referencia To
B = constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas
En la (figura 15) pueden verse las curvas características de dos tipos de
materiales de termistores en comparación con la de platino.
Hay que señalar que para obtener una buena estabilidad en los termistores
es necesario envejecerlos adecuadamente, tal como se indica en la figura
6.16. Los termistores se conectan a puentes de wheatstone convencionales
o a otros circuitos de medida de resistencia. En intervalos amplios de
temperatura, los termistores tienen características no lineales. Al tener un
alto coeficiente de temperatura poseen una mayor sensibilidad que las
sondas de resistencia estudiadas y permiten incluso intervalos de medida de
1"C (span). Son de pequeño tamaño y su tiempo de respuesta depende de
la capacidad térmica y de la masa del termistor variando de fracciones de
segundo a minutos.
70
1,5
1,0
o=tJl=?É.2.r+r [¡JOF,., (n=(nÉ*-=|JJ l¡J(.)ov.o-
TIEMPO EN HORAS IO5 'C
Figura 16. Curvas de estabilidad de termistores según el grado de
envejec¡miento
La distancia entre el termistor y el instrumento de med¡da puede ser
considerable siempre que el elemento posea una alta resistencia comparada
con Ia de los cables de unión. La corriente que circula por el termistor a
través del circuito de medida debe ser baja para garantizar que la variación
de resistencia del elemento sea debida exclusivamente a los cambios de
temperatura del proceso.
Los termistores encuentran su principal aplicación en la medición,
compensación y el control de temperatura, y como medidores
temperatu ra d iferencial.
la
de
1 qño 5 oños
7l
2.1.7. Termopares
El termopar se basa en el efecto descubierto por Seebeck en 1821, de la
circulación de una corriente en un circuito formado por dos metales
diferentes cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión de referencia o
fría) se mantienen a distinta temperatura (f¡g. 17). Esta circulación de
corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto
Peltier que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de los
metales distintos cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto
Thomson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una
corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un
gradiente de temperaturas.
Figura 17. Termopar
METAL A
72
El efecto Peltier puede ponerse de manifiesto en el montaje de la
figura 18. En una cruz térmica formada por la unión en su centro de dos
metales distintos se hace pasar una corriente en uno u otro sentido con el
interruptor K2 abierto. Después de cada paso de corriente se abre K1
(desconectándose la pila) y se cierra K2 leyendo en el galvanómetro la
f.e.m. Creada, que es proporcional a la temperatura alcanzada por la cruz
térmica en cada caso.
Se observará que restando el calentamiento óhmico, que es proporcional al
cuadro de la coriente, queda un remanente de temperatura que en un
sentido de circulación de la corriente es positivo y negativo en el sentido
contrario. El efecto depende de los metales que forman la unión.
El efecto Thomson puede detectarse en el circuito de figura 19 formado por
una barra metálica MN, con un termopar diferencial AB aislado y una bobina
H para calentamiento eléctrico centrada con relación a AB. En régimen,
calentado con la bobina H uno de los puntos, el B por ejemplo, se presentará
una diferencia de temperaturas con el A, lo que se acusará en el
galvanómetro; si ahora se hace pasar una corriente por la barra MN, se
notará un aumento o disminución de la temperatura diferencial con el efecto
contrario si se invierte la corriente.
73
i-'*{!, i}* "-----"'--i '1.
.''' cRUz /i-\i /\. rERMlcA L#i q. -b_" .._-_r-ia=......-_ r
ii:,r¡;li i-,f,-* --"-i *4-r. '--L.fl ¡- -.i e-;c'l"c tAJL-.':r"- *ilg \-r- *1T 14r*r--Jir
tr
";;;;.Figura l8 efecto pelt¡er
b) Efecto Thomson
Figura 19 efecto thomson
La combinación de Ios efectos, de Peltier y de Thomson, es la causa de la
circulación de corriente al cerrar el circuito en el termopar.
Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido
establecer tres leves fundamentales:
74
80
70
BO
5d
¡10
30
UHION OE RFERENC]A
AfI T
É
Figura 20. Curvas caracteristicas f.e.m./temperatura de los termopares.
1. Ley del circuito homogéneo. En un conductor metálico homogéneo no
puede sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación
exclusiva de calor.
75
2. Ley de los metales intermedios. Si en un circuito de varios conductores la
temperatura es uniforme desde un punto de soldadura A a otro punto B, la
suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente
independiente de los conductores metálicos intermedios y en la misma
que si se pusiera en contacto directo A y B.
3. Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m. generada por un termopar
con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la
f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la f:e.lTl. del mismo
termopar con sus uniones a las temperaturas T2yT3.
Por estas leyes se hace evidente que el circuito se desarrolla una pequeña
tensión continua proporcional a la temperatura de la unión de medida,
siempre que haya una diferencia de temperatura de la unión de referencia.
Los valores de esta f.e.m. están tabulados en tablas de conversión con la
unión de referencia a 0'C. En la figura 19 se presentan las curvas
características de los termopares.
La selección de los alambres para termopares se hace de forma que tengan
una resistencia adecuada a la corrosión, a la oxidación, a la reducción y a la
cristalización, que desarrollen una f.e.m. relativamente alta, que sean
estables, de bajo coste y de baja resistencia eléctrica y que la relación entre
76
la temperatura y la f.e.m. sea tal que el aumento de ésta sea
(aproximadamente) paralelo al aumento de la temperatura.
Las tablas 2 y 3 muestran los termopares más comunes, la f.e.m. que
puede desarrollar, la temperatura más alta a que pueden trabajar
satisfactoriamente y su composición química.
TABLA 2 Garacterísticas de termopares
limihs de enor dellemo¡ar Cable de edension limlles de
Tipo lnbrolo de Tempe Enol
medida 0ase I flase 2 Hase 3 nt¡n ftenium ilomal
üomel-conshlgn
lrpo E "
.101tr['9
4laflJoC
t lÉ'C o t0,1 %
t2F'C ot0/5 j6
.m r1É'C
"a2m'c
0
-il alfloC t25'Cot15j6 r2SDobp c9n"9!q4p¡1
_
lipo T
-1[laHl'C t0,5'C 0t0,1% .tre
;s.i
t 0,5'C tloC-lflaHl'C t2F'C ot0/5 96 0
r05%0
-illallloC r0J5 j6
lieno crnstüntilr -10 a 7fl1'C t15'Cot0J% tloC r25'Cioo J -10 a 7fl1'C t25'C 0t075 j6 [Iilloc 0 0
t075 S tl"ES)omel-Alumel -10oCa1üIloC tl,5'Cot0l%
t15'C ot0fi %
tlo C t2.5" C
0ipo K -1[l'C a lllo C sil'c 0
-2f[ a1[JoC t25'Cot15% t0J5 % t25 %
tt+tffh lt?6 (üpo R) 0'C a lflIlo C tloC E t5o C
0oC a lflIl'C t15'C otOfi 96 e 0
+flAh l0% fiino Sl moc 1696
+Rh rTrlPr-Bl30z
rpo u
ill'C a lfü'!ilf'C¡ 17_f['C irdc oiú¡ r
E t5o C
tlF"lcqt.0tr%-a
moc0
-r5%
77
TABLA 3. Designación de los termoelementos y su composición química
Nota:
(1) El hierro, además de los elementos indicados , contiene en pequeña
proporción azuÍre y fósforo.
(2) Marca Hoskins manufacturing Co.
---i;;;;;il;;i;Cr Fe
"_ lúq S¡ N¡ Cu AI .Pl_ Rh
JP.Hierro fll
995 lnd. lnd. lnd. lnd. lnd.
JHoTNConstantan
45 55
rP 100
Cobre
KP 10 fltCromel f2lKN 2 I gtt 2..Alumnl f2lEPPlaüno con 137. de rodio
07 t3
SPilat¡no con i3l" dé rodio
90 t0
RNoSN 100PlaünoBPPlaüno con 6% de rodio 91 6Plaüno con 30% de rodio 60 3
78
1450'C
1350'C
950'C
BEO'C
550'C
280'C
D'C
-180'C
Figura 21. Selección de termopares
La figura 21 puede utilizarse como guía en la selección de termopares. En la
medición de las temperaturas elevadas que se encuentran en la fabricación
de acero en fusión se emplean cartuchos con termopares R o S que se
enchufan en una lanza. El operario sumerge ésta en acero y aunque el
cartucho se funde en unos segundos, da tiempo a que en un circuito especial
fije la máxima temperatura alcanzada.
Señalemos que el termopar tipo E, de cromel-constantán puede usarse en
vacío o en atmósfera inerte o medianamente oxidante o reductora.
79
Este termopar posee la f.e.m. más alta por variación de temperatura, y
puede usarse para las temperaturas entre -2OO a + 900"C.
El termopar tipo T, de cobre-constantán, tiene una elevada resistencia a la
corrosión por humedad atmosférica o condensación y puede utilizarse en
atmósferas oxidantes o reductoras. Se prefiere generalmente para Ias
medidas de temperatura entre -2OO a + 260"C.
El termopar tipo J, de hierro-constantán, es adecuado en atmósferas con
escaso oxígeno libre. La oxidación del hielo de hierro aumenta rápidamente
por encima de 550"C, siendo necesario un mayor diámetro de hielo hasta
una temperatura límite de 750'C.
2.2. MEDIDAS DE PRESION
2.2.1. Unidades y clases de presión
La presión es una Íuerza por unidad de superficie y puede expresarse en
unidades tales como pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro
cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada). En el Sistema Internacional
(S.1.) está normalizada en pascal de acuerdo con las Gonferencias
Generales de Pesas y Medidas 13 y 14 que tuvieron lugar en París en
80
octubre de 1967 y 1971, y según la Recomendación Internacional número
17, ratificada en la lll Gonferencia General de Ia Organización Internacional
de Metrología Legal. El pascal es 1 nevvton por metro cuadrado (1 N/m'z),
siendo el nevvton la tueza que aplicada a un cuerpo de masa 1 kg, le
comunica una aceleración de I m/s2. Como el pascal es una unidad muy
pequeña, se emplean también el kilopascal (1 kPa = 10-2 bar), el megapascal
(1 Mpa = 10 bar) y el gigapascal (1 Gpa = 10 000 bar). En Ia industria se
utiliza también el bar (1 bar = 10 Pa = 1,02 kg I cm2, si bien esta última
unidad, a pesar de su uso todavía muy extendido, se emplea cada vez con
menos frecuencia.
TABLA 4 eqivalencias unidades de presión
Metal Psi Pulqada Puloada ¡Aünosfera Kqlcm' cm c. mm c. Ear Pac. de aou¡ c. de Ho de a.
-d-e.-t-ls,
Psi 1 27EB 2.U36 OIEtr] 007ffi 7031 51.72 0.ffi8s 7142
Pulgadac- de a-
0.t1381 I 0.0735 8,m21 0,m25" 2,flq
":tfrF"€-0,m24 258.4
Pulgqd"a_
c- de Ho-0,4912 13,5 1 0,0334 0,0345 34,53 8,1 0,0333 3148
Atmosfera 14.7 4m.79 29s2 1 1 tr33 1038 760 1.0f 31 1 ,01x105Ko-lc¡nr 1422 3St.7 28,96 09678 1 10m 7358 0.98 981ftocm- c. de a- 0.0142 03s7 0.0289 0fln96 011010 1 0.7355 0.frrp 100mm c- de Hq- 0.tr83 0.ml3 0I¡013 0.mí3 1 0110133 133
Bar 14.5 408 nw 0987 1.U2 1024 750 1 105
Pa 0,00014 0,m3e 0,ffi29 0ffix10;e fl,lfl2xJtl+ 0,01 0,m75 1
81
La presión puede medirse en valores absolutos o diferenciales. En la figura
22, se indican las clases de presión que los instrumentos miden
comúnmente en la industria.
B"BB'VARIACIONES
Figura 22 Clases de presión
La presión absoluta se mide con relación al cero absoluto de presión (puntos
A y A'de la figura).
La presión atmosfér'ca es la presión ejercida por la atmósfera terrestre
medida mediante un barómetro. A nivel del mar, esta presión es próxima a
760 mm (29,9 pulgadas) de mercurio absolutos o 14,7 psia (libras por
pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presión ejercida por
la atmósfera estándard.
+r_I---f
I
CERO ABSOLUTO
82
La presión relativa es la determinada por un elemento que mide la diferencia
entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la
medición (punto B de la figura). Hay que señalar que al aumentar o
disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la
presión leída (puntos B'y B"), si bien ello es despreciable al medir presiones
elevadas.
La presión diferencial es la diferencia entre dos presiones, puntos G y C'. El
vacío es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la
presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica
(puntos D,D' y D"). Viene expresado en mm columna de mercurio, mm
columna de agua o pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la
presión atmosférica influyen considerablemente en las lecturas de vacío.
El campo de aplicación de los medidores de presión es amplio y abarca
desde valores muy bajos (vacío) hasta presiones de miles de bar. En la
figura 3.2 pueden verse los tipos de instrumentos y su campo de aplicación.
Los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: mecánicos,
neu máticos, electromecán icos y electrón icos.
83
6éñ'A ai=-o(}d
or 'ñ)¿ o_
6x104 106
104
4000
1000
500
(D.o
6.(Dtr.E.rlEsE€E=(l)oE(D
o(,Ig(l)oN
.(l)TL
oEE==E.o.gñ
tt$ffi
ñ(J'í>Eov,gd)¡<(l)CE
_9s(j
_16x103 105
6x102
250
60
30
6 100
2301150,3 5
0,06 1
1
rffi;P 10{
: lliE to{
+ 13i
+
ceroabsoluto
Figura 23 Intrumentos de presión y campo de aplicación
2.2.2. Elementos mecán¡cos
Se dividen en: 10 . elementos primarios de medida directa que miden la
presión comparándola conla ejercida por un líquido de densidad y altura
-E-á-Jl!3E
o*E-E--e * €--F-É-q--€-E;# 3-
_s_-s _s_8_ÉÉSfr
o(ts.oE¿!É.
84
conoc¡das (barómetro cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo
inclinado, maómetro de toro pendular, manómetro de campana), y 2o.
elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del
fluido que contienen.
Los elementos primarios elásticos más empleados son: el tubo Bourdon, el
elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y elfuelle.
El tubo Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi
completo, cerrado por extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo,
éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja
indicadora, por un sector dentado y un piñón. La ley de deformación del tubo
Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a
través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos.
El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero
inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y
monel.
Ef elemento en espiral se forma arrollando el tubo bourdon en forma de
espiral alrededor del eje común, y el helicoidal arrollando más de una espira
85
en forma de hélice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento
grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.
El diafragma consiste en una o varias cápsulas circulares conectadas
rígidamente entre sí por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada
cápsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos en
ampliada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que,
al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un
intervalo de medida lo más amplio posible con un mínimo de histéresis y de
desviación permanente en el cero del instrumento.
El material del diafragma es normalmente aleación de níquel o inconel x. Se
utiliza para pequeñas presiones.
El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible
axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento
considerable.
Hay que señalar que los elementos de fuelle se caracterizan por su larga
duración, demostrada en ensayos en los que han soportado sin deformación
alguna millones de ciclos de flexión. El material empleado para el fuelle es
usualmente bronce fosforoso y el muelle es tratado térmicamente para
86
mantener fija su constante de fuerza por unidad de compresión. Se emplean
para pequeñas presiones.
Los medidores de presión absoluta consisten en un conjunto de fuelle y
muelle opuesto a un fuelle sellado al vacío absoluto. El movimiento
resultante de la unión de los fuelles equivale a la presión absoluta del fluido.
El material empleado para los fuelles es latón o acero inoxidable. Se utilizan
para la medida exacta y el control preciso de bajas presiones, a las que
puedan efectuar las variaciones en la presión atmosférica. Por ejemplo, en el
caso de emplear un vacuómetro para el mantenimiento de una presión
absoluta de 50 mm, con una presión atmosférica de 760 mm. Si la presión
atmosférica cambiase a775 mm el vacuómetro indicaría:710 + 15 = 725 mm
con lo cual la presión absoluta en la columna sería controlada a 50 + 15 = 65
mm, es decir, a un 30% más de la deseada.
En la medida de presiones de fluidos corrosivos pueden emplearse
elementos primarios elásticos con materiales especiales en contacto directo
con el fluido. Sin embargo, en la mayoría de los casos es más económico
utilizar un fluido de sello cuando el fluido es altamente viscoso y obtura el
elemento (tubo Bourdon, por ejemplo), o bien, cuando la temperatura del
proceso es demasiado alta. Tal ocurre en la medición de presión del vapor
87
de agua en que el agua condensada aísla el tubo Bourdon de la alta
temperatura del vapor figuras 24, 25, 26
Se emplean así mismo sellos volumétricos de diafragma y de fuelle figura 25
y figura 26 que contienen un líquido incompresible para la transmisión de la
presión.
Manómetro
,*].iT*.-,,rtrtl ' ¿'\
,.! \\ "\j. '\'r. -li\ntirr.l
\,iIJ\-,.r-l-
III
-,."_--a, if \.iI Á Lrra1. .il\ ./l'\.-./ |
i
i
PROCESO
a)
Manómetro
¡Í;1r.... aL t 'i,t* \1, -\i' \h -iiL.,JtJ
'rl\ .¡''**-.*.--al
Manómetro
Tipos de sellos
Figura24 Figura 25 Figura 26
En la tabla 5 pueden verse las características de los elementos mecán¡cos
descritos
PROCESO
c)
88
Tabla 5 Características de los elementos mecánicos de los manómetros
2.2.3. Elementos neumáticos
Como elementos neumáticos consideramos los instrumentos transmisores
neumáticos cuyo elemento de medida es la presión adecuado al campo de
medida conespondiente. El tipo de transmisor queda establecido por el
campo de medida del elemento según la figura 23 es obvio que, por
ejemplo, un transmisor de 0-20 kg I cm2 utilizará un transmisor de equilibrio
de fuezas de tubo Bourdon mientras que unos de 3-15 psi será de equilibrio
de movimientos con elementos de fuelle.
Canpo de Precisirin en % de Temperatura Presion estáüca
toda la esc¡l¡ 4¡i¡i¡¡gde s_e*ruicig münma
lilometro cubeta 0.1-3 m cda 05-1 % Ambiente E bar
[ubo en U 02-1.2 m cda _" *qfrl %
I
10 bar
Ylubo inclinado 001-1,2 m cda
loro oendular 0.$10 m cda lfl}flIl bar
Ylanometro cümoünü 0ffi-1 m cda Almosfedca
lubo Bourdon 0,Sffi bar 900 c
I
Effi bar
ispiral 0,$25ül bar 25([ bar
{elicoidal 0.lfllfll bar 5ffi bar
Jiafraoma fll mm cd+2 bar 2 bar:uelle lfll mm cd+2 bar Y V üPresión absoluta 6-7Efl mm Hq ebs 1% Ambiente Atmosfedca
sello volumdtdco $ffIl bar 0,$1 % 4m'c Ef[ bar
89
2.2.4. Elementos electromecánicos
Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico
elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica
correspondiente. El elemento mecánico consiste en un tubo Bourdon,
espiral, hélice, diafragma, fuelle o una combinación de los mismos que, a
través de un sistema de palancas convierte la presión en una fuerza o en un
desplazamiento mecán ico.
Los elementos electromecánicos de presión se clasifican según el principio
de funcionamiento en los siguientes tipos:
Transmisores electrónicos de equilibrio de fueza.
Resistivos.
Magnéticos.
Capacitivos.
Extensométricos.
Piezoeléctricos.
90
2.2.5. Transmisores eléctricos de equilibrio de fuerzas.
En este instrumento el elemento mecánico de medición (tubo Bourdon,
espiral, fuelle...) ejerce una fuera sobre una barra rígida deltransmisor.
Para cada valor de la presión, la barra adopta una posición determinada
excitándose un trasductor de desplazamiento tal como un detector de
inductancia, un transformador diferencial o bien un detector fotoeléctrico. Un
circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores alimenta una
unidad magnética así un circuito de realimentación variando la corriente de
salida en forma proporcional al intervalo de presiones del proceso.
El detector de posición de inductancia y el transformador diferencial han sido
ya estudiados anteriormente.
En el transmisor de equilibrio de fuerzas con detector fotoeléctrico fig. 29, la
barra rígida tiene en su extremo una ventanilla ranurada que interrumpe total
o parcialmente un rayo de luz que incide en una célula fotoeléctrica de dos
elementos. Esta célula forma parte de un circuito de puente de wheaststone
autoequilibrado y, por lo tanto, cualquier variación de presión que cambie la
barra de posición, moverá la ventana ranurada y desequilibrará el puente. La
señal diferencial que se produce en los dos elementos de la célula es
9l
amplificada y excita un servomotor. Este, al girar, atornitla una varilla roscada
de Ia cual comprime un resorte de realimentación que a su vez aprieta la
barra de equilibrio de fuerzas con una Íuerza tal que compensa la Íuerza
desarrollada por el elemento de presión. De este modo, el sistema se
estabiliza en una nueva posición de equilibrio.
Figura 27 detector de inductancias (a)
Figura 28 transformador diferencial (b)
Figura 29 detector fotoelectrico (C)
92
ResorteUnidad magnética
I2l
Muellede acero
Figura 28
Señal salida
b- Transformador diferencial
Generadortacométrico
Oscilador
Figu' ZI a- Detector de inductancias
Presión
Figura 29 c- Detector fotoeléctrico
93
Este transmisor dispone de un contador óptico-mecánico acoplado al
servomotor que señala los valores de presión en una pantalla exterior.
Los trasductores eléctricos de equilibrio de fuezas se caracterizan por tener
un movimiento muy pequeño de la barra de equilibrio, poseen
realimentación, una elasticidad muy buena y un nivel alto en la señal de
salida. Por su constitución mecánica presentan un ajuste de cero y del
alcance (span) complicado y una alta sensibilidad de vibraciones y su
estabilidad en el tiempo es de medida pobre.
Su intervalo de medida conesponde al del elemento mecánico que utilizan
(tubo Bourdon, espiral, fuelle, diafragma...) y su precisión es del orden de
0,5-1o/o.
2.2.6. Transductores resistivos
Constituyen, sin duda, uno de los transmisores eléctricos más sencillos.
Consisten en un elemento elástico (tubo Bordón o cápsula) que varía la
resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión. El
potenciómetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien estar
arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal o no de resistencia. Existen
varios tipos de potenciómetros según sea el elemento de resistencia:
potenciómetros de gráfico, de resistencia bobinada, de película metálica y de
94
plástico moldeado. En la figura 30 puede verse un trasductor resistivo
representativo que consta de un muelle de referencia, el elemento de presión
y un potenciómetro de precisión. El muelle de referencia es el corazón del
trasductor ya que su desviación al comprimirse debe ser únicamente una
función de la presión y además debe ser independiente de la temperatura,
de Ia aceleración y de otros factores ambientes externos.
Al circuitode puentede Wheatstone
Figura 30. Transductor resistivo
Ef movimiento del elemento de presión se transmite a un brazo móvil aislado
que se apoya sobre el potenciómetro de precisión. Éste está conectado a un
circuito de puente de Wheatstone.
Presión
95
Los trasductores resistivos son simples y su señal se salida es bastante
potente como para proporcionar una corriente de salida suficiente para el
funcionamiento de los instrumentos de indicación sin necesidad de
amplificación. Sin embargo, son insensibles a pequeños movimientos dl
contacto del cursor, muy sensibles a vibraciones y presentan una estabilidad
pobre en el tiempo.
El intervalo de medida de estos transmisores corresponde al elemento de
presión que utilizan (tubo Bourdon, fuelle...) y varia en general de 0-0,1 a 0-
300 kg/cmz. La precisión es del orden de 1-2o/o.
2.2.7 . Trasductores magnéticos
' Se clasifican en dos grupos según el principio de funcionamiento.
a) Transductores de inductancia variable fig. 31 en los que el desplazamiento
de un núcleo móvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de ésta en
forma casi proporcional a la porción metálica del núcleo contenida dentro de
la bobina.
96
Figura 31 Transductor de inductancia variable
El devanado de la bobina se alimenta con una corriente alterna y la f.e.em.
de autoinducción generada se opone a la f.e.m. de alimentación, de tal modo
que al ir penetrando el núcleo móvil dentro de la bobina la corriente presente
en el circuito se va reduciendo por aumentar la f.e.m. de autoinducción.
El transformador diferencial estudiado en los transmisores electrónicos de
equilibrio de fuezas es también un trasductor de inductancia variable, si
bien, en lugar de considerar una sola bobina con un núcleo móvil, se trata de
tres bobinas en las que la bobina central o primaria es alimentada con una
corriente alterna y el flujo magnético generado induce tensiones en las otras
dos bobinas, con la particularidad de que si el núcleo está en el centro, las
dos tensiones son iguales y opuestas y si se desplaza a la derecha o a Ia
97
izquierda, las tensiones son distintas. Es decir, que el transformador
diferencial es más bien un aparato de relación de inductancias.
Los trasductores de inductancia variable tienen las siguientes ventajas: no
producen rozamiento en la medición, tienen una respuesta lineal, son
pequeños y la construcción robusta y no precisan ajustes críticos en el
montaje. Su precisión es del orden de t1o/o.
b) Los traductores de reluctancia variable fi1.3.7 consiste en un imán
permanente o un electroimán que crea un campo magnético dentro del cual
se mueva una armadura de material magnético.
El circuito magnético se al¡menta con una fueza magnetomotriz constante
con lo cual al cambiar la posición de la armadura varía la reluctancia y por lo
tanto el flujo magnético. Esta variación del flujo da lugar a una corriente
inducida en la bobina que es, por lo tanto, proporcional al grado de
desplazamiento de la armadura móvil.
98
Figura 32 Transductor de reluctancia variable.
El movimiento de la armadura es pequeño (del orden de un grado como
máximo en armaduras giratorias) sin contacto alguno con las partes fijas, por
lo cual no existen rozamientos eliminándose la histéresis mecánica tipica de
otros instrumentos. Los trasductores de reluctancia variable presentan una
alta sensibilidad a las vibraciones, una estabilidad media en el tiempo y son
sensibles a la temperatura. Su precisión es del orden de tO,S%.
Ambos tipos de trasductores posicionan el núcleo o la armadura móviles con
un elemento de presión (tubo Bourdon, espiral...) y utilizan circuitos
eléctricos bobinados de puente de inductancias de corriente alterna.
99
2.2.8. Trasductores capacitivos
Se basan en la variación de capacidad que se produce en el condensador al
desplazarse una de las placas por la aplicación de presión figura 33. La
placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos
placas fijas. De este modo se tienen dos condensadores uno de capacidad
fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse
en circuitos oscilantes o bien en circuitos de puente de Wheststone
alimentados con corriente alterna.
Los trasductores capacitivos se caracterizan por su pequeño tamaño y su
construcción robusta, tienen un pequeño desplazamiento volumétrico y son
adecuados para medidas estáticas y dinámicas. Su señal de salida es débil
por lo que precisan de amplificadores con el riesgo de introducir errores en la
medición. Son sensibles a las variaciones de temperatura y a las
aceleraciones trasversales y precisan de un ajuste de los circuitos oscilantes
y de los puentes de C.A. a los que están acoplados.-
th:.+. -..q.< .*.
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100
Figura 33 Transductor capacitivo
Su intervalo de medida es relativamente amplio, entre 0,05-5 a 0,5-600 bar y
su precisión es del orden de +0,2 a0,5o/o.
2.3. MEDICION DE LA HUMEDAD
2.3.1. Definición
Se entiende por humedad el contenido de agua de una substancia o materia.
En el caso de la humedad de aire, el agua está mezclada con éste de forma
homogénea en el estado gaseoso. Como toda otra sustancia cualquiera, el
aire sólo tiene una posibilidad limitada de absorción. Este límite se denomina
saturación. Por encima del punto de saturación, el aire húmedo no se
distingue a simple vista del aire seco, siendo este absolutamente incoloro y
transparente. Sobre el límite se saturación, la cantidad de agua en exceso se
precipita ya sea en forma de neblina o bien como pequeñas gotas de lluvia.
101
La cantidad de agua absorbida en caso de saturación depende de la
temperatura del aire y asciende progresivamente con ella. A los OoC ella es
de 4.9 g/m3, a los 20oC alcanza ya los 7,3 g/m3.
La humedad absoluta es la relación existente entre el peso del agua
contenido en el aire y el volumen de este aire húmedo ( g/m3 ).
El grado de humedad es la relación entre el peso del agua disuelta en el aire
y el peso del aire seco. Su unidad es el gramo por kilogramo ( g/kg. ).
La humedad relativa es la relación existente entre la humedad momentánea
del aire y la saturación del mismo aire a la misma temperatura. Se indica
generalmente en %.
La humedad absoluta se usa sobre todo en física. Su ventaja radica en que
su valor para la saturación es independiente de la presión del aire. Por el
contrario, el grado de humedad es particularrmente ventajoso cuando hay
que calcular los cambios de estado del aire húmedo a una presión más o
menos constante, ya que este valor permanece contante en caso de que la
temperatura cambie.
to2
La humedad relativa ha sido especialmente adaptada a la sensibilidad
humana, por ejemplo, la humedad relativa 90% con temperaturas por encima
de los 2OoC es sentida como sofocante, independientemente del hecho de
que por ello, la humedad absoluta se modifica considerablemente igual que
la temperatura.
La presión del vapor indica la presión parcial ejercida por el vapor de agua
(mm columna de mercurio)cuyo valor coincidencialmente entre temperaturas
de 10oC y 20oC es casi exacto con la humedad relativa.
El punto de condensación se define por la temperatura en la cual, el vapor
de agua presente en el aire está a punto de condensarse.
El déficit de saturación es la diferencia entre "humedad de saturación-
humedad absoluta".
Por entalpia se entiende la cantidad de calor necesaria para aumentar la
temperatura de 1kg de gas o de una mezcla gaseosa a una presión contante
desde OoC a toC. La cantidad de calor necesaria para aumentar la
temperatura en un grado ( 1oC ) se conoce como calor específico.
103
2.3.2. Humedad relativa y absoluta
Fórmula: e = f/fs
Ejemplo: Se tiene una humedad absoluta de f = 15,3 g/mt a una
temperatura tamu = 20"C. Según tabla se obtiene la humedad absoluta
mediante saturación fs = 17,3 g/m3 con ello, la humedad relativa será de:
g = 15,3 g/m3 I 17,3 g/m3 = 88%
TABLA 6 (Humedad absoluta del aire saturado en g/ma¡
2.3.2.1. contenido de humedad y humedad relativa
Pamb xFórmula: q = *
Temtr.t'C o 1 2 B 4 5 6 7 ü I-30...35 0.5 0.4 0.1 0.3 0.3 0.3-20... -29 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.8 0.6 0.5 0.5-10...-19 2.4 2.2 2.tr 0.8 1.7 1.6 f.5 1.4 1.3 1.2
0...-9 4.9 4.5 4.2 1.9 3.7 3.4 3.2 3.0 2.7 2.50....r9 4.9 5.2 5.8 3.9 8.4 6.8 7.3 7.4 8.3 8.810...19 9.4 10.0 10.7 11.4 12.1 12.9 13.7 14.5 15.4 16.3'¿u...2c 17.3 18.4 19.5 21.8 23.1 24.1 É.8 27.2 28.830...39 30.4 32.1 33.8 35.7 37.6 39.6 41.7 43.9 16-2 48.640...49 51.1 53.7 56.5 59.4 t2.3 65.4 68.7 72.O 75.5 79.150...59 EB.O 86.9 91.0 95.2 99.6 104.2 108.9 114.0 119.1 124.4bu...b9 141.5 .6 153.9 160.5 167.3 171.2 18.6 189.070...79 197.0 zJ4.9 213.4 231.1 24tr.2 .4 269.7 2t1.080...89 290.8 ill.7 313.3 325.3 337.2 349.9 04.9m...99 42[J.'l 433.6 1¡18.5 484.3 480.8 496.6 5f 4.3
ps 0,622 + x
t04
Ejemplo: Se tiene un contenido de humedad x = 8 g/Kg a una temperatura
tamb = 2O"C y una presión atmosférica Pamu = 957 bar. La presión de
saturación se lee en la tabla de vapor, ps = 23,4 bar. Con ello, la humedad
relativa será de:
957 bar*
0,008 Kg/Kgg= = 0,52= 52o/o
23,4 mbar 0,622 + 0,008 Kg/Kg
Siendo más usando el diagrama de mollier, el cual sinembargo admite una
ligera desviación al no tener en cuenta el valor correcto de la presión
atmosférica.
105
Diagrama de Mollier para del aire humedo
AirTempetaltüe I Tempentura{dl airc
t¿¡¡¡,f0) :1 . ,
ffiffi'. ,u,0, l
#ffi*rWw
Figura 34 diagrama de Mollier
106
Instrumentos de indicación de humedad, ver anexo 2
2.3.3. Principios de cálculo
Mecánico
La variación de la longitud de un caballo es una medida para la humedad
relativa, ampliamente independiente de la temperatura. La utilización del
cabello para medir la humedad es óptima para temperaturas bajo cero (0"C).
Dado que el cabello no posee una estabilidad de longitud, es aconsejable
cambiarlo con regularidad cuando el aire húmedo se satura.
El elemento sensor durotérmico es un material sintético con características
higroscópicas, y se diferencia del cabello por cuanto puede utilizarse en
temperaturas de hasta 110'C y no requiere tratamientos especiales.
Electrónico
Una laminilla de metal ha sido colocada sobre una lámina de material
sintético, por ambos lados. Dicha lámina es el dieléctrico de un condensador,
las capas de metal sus electrodos. La constante dieléctrica de lámina
determinada la capacidad serán transformadas en señales de salida.
r07
2.3.4. TRANSDUGTORES DE HUMEDAD
La humedad relativa que es la relación porcentual entre la cantidad de vapor
de agua que contiene el aire y la máxima cantidad de vapor de agua que
puede contener el aire a la misma temperatura.
2.3.4.1 Higrómetro resistivo
TERMINALES
CAPADE LICI
Figura 35 higrómetro resistivo
El higrómetro resistivo detecta la humedad por la influencia que ella ejerce
sobre el valor de una resistencia eléctrica.
Para construir un higrómetro resistivo se fijan e electrodos, aislados, sobre
una base plástica y el conjunto se cubre con una capa de material
higroscópico como cloruro de litio. Al aumentar la humedad el cloruro de litio
absorbe vapor de agua del ambiente provocando una disminución de la
108
resistencia entre electrodos. A menor resistencia corresponde un mayor valor
de la humedad relativa.
El higrómetro resistivo no puede medir humedades relativas superiores al
90o/o, pues si se sobrepasa ese valor absorbe demasiada agua, lo que puede
deteriorar el trasductor.
2.3.4.2. El cabello humano como trasductor de humedad
La propiedad que presenta el cabello humano de alargarse cuando aumenta
la humedad se aprovecha para medir la humedad relativa, llevando esa
elongación a un indicador o a un transmisor.
La longitud de un cabello humano varia en forma logarítmica con la
humedad, por eso la señal debe linealizarse con un sistema de eslabones y
enlaces mecánicos en instrumentac¡ón neumática, o mediante un circuito
acondicionador de señal en instrumentación electrónica.
109
2.3.4,3. Sicrómetros
TERMOMETROOEBULBO SECO
AGUA
TERMOMETRODEBULBOHUMEDO
VENTILADOR
Figura 36 sicrómetro
Los sicrómetros, dispositivos para la medición de la humedad relativa,
constan de 2 termómetros, uno de los cuales se cubre con una esponja
empapada en agua y se denomina de bulbo húmedo, mientras que el otro se
ha destapado y se denomina de bulbo seco. Ambos termómetros se instalan
en una cámara por donde un ventilador hace circular una corriente de aire.
Al pasar el flujo de aire por el termómetro de bulbo húmedo provoca cierta
evaporación de agua, disminuyendo la temperatura percibida por dicho
termómetro por debajo de la temperatura ambiente. Al mismo tiempo el
MECHA
b j,,,o".,o
I llnl"'r:r',ia,i ,i¡rl¡in,1nr? 4o r ^e:::;rlr Iü ,.lt'...ii'i r": 1; '
II
110
termómetro de bulbo seco mide la temperatura ambiente. Si el aire está seco
(baja humedad relativa) se evapora una mayor cantidad de agua y se reduce
más la temperatura del bulbo húmedo. Si la humedad relativa del aire es
alta, poca cantidad de agua se puede evaporar, permaneciendo la
temperatura del bulbo húmedo muy cerca a la del bulbo seco. En el caso
extremo en el que la humedad relativa del aire fuese del 100%, ninguna
cantidad de agua se podría evaporar y la temperatura del bulbo húmedo
sería igual a la del bulbo seco. Se puede concluir entonces que entre mayor
sea la diferencia de temperatura entre los dos termómetros menor va a ser la
humedad relativa.
3..DISEÑO DE UN LABORATORIO DE METROLOGíA
3.1. lntroducción
El diseño de un laboratorio de metrología es parte fundamental en el
aseguramiento de la calidad de un producto terminado. Ya que garantizando
unas excelentes condiciones tanto físicas como ambientales , reducimos la
probabilidad de error en una medición.
Dentro de los aspectos a tener en cuenta en el diseño de un laboratorio de
metrología debemos considerar :
3.2. Definición de Variables a medir dentro del Proceso
Debemos efectuar una inspección visual y realizar un recorrido por todas las
áreas de la planta para determinar cuales son las variables que se involucran
en el proceso desde la materia prima hasta el producto terminado.
rt2
Realizando este análisis podemos determinar cual o cuales son las variables
que revisten mas importancia y en cuales debemos tener mayor control
3.3. Definición y adecuación delterreno
Esta es la parte física del diseño donde se efectúan las diferentes
mediciones con los equipos de metrología por lo tanto debemos garantizar
las siguientes condiciones:
3.3.1. Area del terreno
Se recomienda que el laboratorio de metrología este dentro de la planta de
producción en un area no menor de 50 metros cuadrados.
3.4. Adecuación del Laboratorio
Debemos cumplir con los siguientes requerimientos:
113
3.4.1. Aislamiento
3.4.1 .2. Aislam iento físico
El laboratorio de metrología debe garantizar que cimientos y demás partes
estructurales como mesones, mensulas de pared soportes, presenten la
suficiente estabilidad y rigidez para que las vibraciones producidas por
maquinaria industrial y vehicular no influyan en el proceso de medida.
También se recomienda que a 50cm de la zona aledaña del perímetro del
laboratorio se realice una canalización de 50cm x 1m de profundidad donde
se recubre con un lecho de grava y arena
3.4.1.3. Aislamiento térmico
Para el aislamiento térmico del laboratorio se deben instalar paredes dobles
y a 15cm de distancia una de la otra se debe rellenar en su parte intermedia
con cascarilla de arÍoz.
rt4
3.5. Gondiciones Ambientales
Debemos tener un monitoreo dentro del laboratorio metrologico de
temperatura y humedad relativa. La norma técnica colombiana recomienda
unas condiciones ambientales de 23"Ct2"C (temperatura ambiente) y
5oo/ot2o/o (humedad relativa, sin condensación ).
Esto se logra a través de termostatos e higrostatos ambientales asosiados a
unidades manejadores de aire y deshumidificadores
3.6. Gondiciones Eléctricas
Se debe garantizar una estabilidad en el voltaje en cada uno de los tomas y
estas a su vez deben tener su propia malla de tierra
La norma recomienda que debe existir excelente luminosidad,
preferiblemente luz blanca fluorescente para evitar errores de paralelaje al
metrologo.
115
3.7. Parte operativa
Aquí definimos los requerimientos con los cuales se van a efectuar las
mediciones.
3.8. Recurso Humano
La persona encargada de efectuar las mediciones deben contar con la
suficiente capacitación teorica_practica en las variables mas importantes a
controlar en el proceso, recibiendo las respectivas pasantías en la
superintendencia de industria y comercio o en algún laboratorio de la red
metrologica Golombiana (Remec).
Preferiblemente se recomienda una persona profesional en el objetivo
comercial de la empresa, Ya que bajo esta recae la responsabilidad de:
o Verificación
. Expedir sellos y trazabilidad de los equipos.
o lnventario de los Equipos ( clasificación y codificación).
. Recopilar información teórica de cada uno de los equipos,(hojas de vida,
manejo de normas técnicas , catalogos,procedimientos de calibración.
. Gumplir con un sistema de aseguramiento de la calidad dentro de la
empresa.
il6
o Realizar auditorias internas de calidad en líneas de producción.
3.9. Gonsecución de equipos
Se deben adquirir equipos de alta precisión con una trazabilidad adecuada
para ser catalogado , mínimo como patrón secundario. La elección de estos
va en función de las variables que se manejen en la empresa.
Ejemplo (comparadores de masa, bancos de presión, bloques calibradores
de temperatura, mesas de calibración para contadores, etc.)
Nota: Esta es la parte general del diseño de un laboratorio de metrología,
pero para que el laboratorio sea acreditado como tal, se deben seguir unos
requisitos dados por la Superintendencia de Industria y Gomercio
Dichos requisitos se encuentran en el anexo # 3
Acontinuación presentamos un ejemplo de Schneider de Colombia, la cual
es una empresa de ensamble de equipos eléctricos de alta tensión como
interruptores, disyuntores transformadores de potencial y de corriente.
Esta empresa siguiendo sus políticas de aseguramiento de Ia calidad diseño
e implemento un laboratorio metrologico, cuyo objetivo principal es el de
tt7
controlar var¡ables eléctricas (Voltaje;Corriente,potencia,etc), pero teniendo
muy en cuenta las variables que se involucran en las condiciones
ambientales como temperatura y humedad relativa.
El diseño empezó por un inventario de los equipos de medición,
posteriormente se elaboro una hoja de vida de cada equipo, donde se
codifico y se clasifico según la función que cumplia en cada una de las
variables (presión, temperatura, humedad, etc.)
Este inventario determino equipos que tenían vida útil así como equlpos que
no servían por su estado de deterioro o por ser demasiado obsoletos.
Posteriormente se procedió a la calibración donde Se registran los datos
tomados en la hoja de vida, luego se identifico el equipo de acuerdo a su
estado, se calculo el porcentaje de error y si estaba dentro de la tolerancia el
equipo quedaba en condiciónes normales de operación.
Por fo tanto se debia realizar una inspección, verificación y ensayo siempre y
cuando se tengan los patrones necesarios.
Toda esta información se registran en un base de datos,que tiene el
metrologo de la empresa.
118
para la certificación de los patrones lo realizo una entidad que estuviera
homólogada por la Superintendencia de lndustria y Comercio.
Auditoría de Calidad:
Sirve para respaldar los procesos de medición y pueden ser internas o
externas.
En el caso de Schneider la Auditoría interna la realizó la casa matriz de
Francia, la cual dio unas recomendaciones para adoptar correctivos tomando
muy en cuenta las normas técnicas para el mejoramiento y continuidad de la
calidad después de realizar este trabajo y con el conocimiento de que
realmente las normas se están aplicando se solicita Auditoría extema, la cual
es realizada por el Gobierno (lcontec) y certifica a la empresa de que cumple
la norma.
No obstante en el desarrollo del laboratorio metrologico de schneider se
encontraron dificultades, como en información acerca de la documentación
técnica.
No fue muy fácil de obtener, por no haber una divulgación por parte de los
académicos y ademas se ve restringida a organismos estatales en las cuales
ll9
los trabajos de calibración y patronaje tienen costos altos y el tiempo de
duración puede retrasar la producción de un determinado producto de una
empresa, es más, son pocas las empresas que tienen una certificación en
todas sus líneas de producción de su funcionamiento en general lo más
usual es una certificación parcial trayendo consigo una estabilidad regular de
producto en el mercado y una baja competencia internacional.
! Ltn:vr,iit
4. IMPLEMENTAGION DE UN LABORATORIO DE METROLOGIA PARA
VARIABLES DE PRESóN, TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA
4.I. IMPLEMENTACóN DE UN LABORATORIO DE PRESION
Teniendo en cuenta el soprte teorico dado en los capitulos anteriores
pasamos a la parte practica de nuestra investigación.
Para el laboratorio de presión trabajamos, e instalamos el siguiente equipo:
4.1.1. banco de pruebas de presión por comparación modelo T-1200: es
un equipo utilizado en los laboratorios metrológicos cuyo trabajo consiste en
la verificación, calibración de manómetros tipo bourdón indutriales tipo
burdon y carátula del proceso de producción.
El banco está diseñado para calibrar manómetros en un rango de 0 a 700
bar (10.000 ps¡) y la precisión (clase) del instrumento viene dada por la
estación de referencia (manómetro patrón).
r2l
El pr¡ncip¡o de funcionamiento del banco es hidráulico, en el cual el
desplazamiento de un pistón, a una determinada área genera la presión de
trabajo requerida para la calibración de diferentes manómetros con distintos
rangos.
A continuación se relaciona las especificaciones y características del equipo
así como su instalación y modo de operación.
Teniendo en cuenta las consideraciones del diseño, identificamos los
equipos.
4.1.2. Instrucciones de operación para el banco de prueba por
comparación T1200
(Máximo rango de presión 700 bar / 10.000 psi.)
Montaje:
La instalación del banco debe ser segura y estable para un óptimo trabajo,
se puede montar en una mesa o en una plataforma, para lo cual viene
provisto en su base de cuatro orificios para su anclaje.
r22
Conecciones:
r Conecte en el Iado izquierdo del banco el manómetro de referencia
(patrón), con su respectivo adaptador.
r Se conecta en el lado derecho el manómetro a calibrar (114", 112", 314") y
ajustar a la rosca del banco (rosca sentido antihorario).
r Verificar que los sellos (o'ring) entren en el adaptador para evitar fugas
delfluído.
lnpoñante:
Asegúrarse que cualquier ajuste esté libre de contamincación por ejemplo:
(polvo, líquidos corrisivos, sales, residuos de teflón, etc.), ya que éstos
pueden producir daños en la válvula generando posibles goteos.
Fluídos Compatibles:
Se pueden utilizar como medio de transmisión de la presión los siguientes
flupidos:
r23
a) Agua desmineralizada
b) Aceite vegetal
c) Aceite mineral
d) Alchol industrial
los cuales van alojados en el reservorio del banco diseñado para este
propósito.
purga del banco
Prueba mecanica para los equipos que tinen que ver con la parte hidraulica
1) Verificar que el timón esté completamente adentro y que la válvula del
reservorio esté abierta.
2) Levante la tapa del reservorio (21) la cual está provista de un resorte (22)
girándola 180'
3) Lfene el reservorio (21) aproximadamente Yo de su capacidad con el fluído
escogido.
4) Cierre la válvula del reservorio
5) Saque eltimón completamente y abra la válvula del reservorio.
r24
6) Deje la válvula del reservorio abierta e introduzca el timón completamente
durante esta operación aparecen burbujas en la base de la válvula
ensamblada en el reservorio.
7) Repita los paso de 4 a 6 hasta que desaparezcan las burbujas en el
reservorio.
Importante:
El proceso de purga puede en algún momento producir un vacio
aproximadamente del 85%. Si esto sucede abra la válvula del reservorio
lentamente hasta equilibrar las presiones.
125
Válvula de Receruorio
Figura 37 banco de prueba (vista lateral)
126
Figura 37 banco de prueba (vista frontal)
El complemento del banco de pruebas es el manometro de caratula, el cual
definimos como manometro tipo bourdon
r27
Carátula de indicación Dentadura
Tubo Bourdon
Terminaldeltubo
Palanca
Sector dentado
Base sopoÉe tubo
Figura 38 manometro de caratula
Para el laboratorio de temperatura y humedad relativa trabajamos
instalamos el siguiente equipo:
4.2. Equipo de monitoreo de temperatura y humedad relativa
Para el monitoreo (indicación) de las variables de temperatura y humedad
relativa se implementó un sistema hibrido compuesto por dos indicadores-
controladores y un transmisor eléctrico de humedad relativa y temperatura.
f"f 1
:it
&?
128
Su fincionamiento se basa en convertir una señal análoga eléctrica a una
señal eléctrica digital la cual va a ser visualizada en el display del indicador.
La señal análoga es generada por el transmisor eléctrico, el cual consta de
un elemtento sensor que percibe la humedad relativa y la temperatura del
ambiente.
A continuación se describen los equipos a implementar:
1) Indicador - controlador Cal 3200
Es un controlador-indicador basado con microprocesador el cual posee
diferentes funciones de acuerdo al tipo de entrada a utilizar. En el caso
específico de la implementación se utilizará la entrada de MV para conectar
el transmisor. Algunas de las características principales son:
Figura 39 equipo cal-3200
129
Afinado automático de valores PID, control de acercamiento y cálculo
del tiempo de ciclo ideal
adapta automáticamente las carácteristicas de control con la aplicación
Salida doble : Relé 2A + arrasúre SSR
canal de control más alarma o calor-enfriamiento
Panel frontal hermetizado NEMA 4X/1P66
a prueba de medios de trabajo adversos y lavado
Visualizador de 4 dígitos LED brillanúes a 7" /0,7" in "C/F
se puede leer con cliaridad distancia incluso con luz intensa
5 modos de alarma con opción de secuencia y enganche
satisface los requerimientos de alarma sin alarmas de energización espureas
Iodos los sensores son seleccionables
.9 termopares, RTD / Pt100 y entradas de proceso lineales
Menú nemónico fácil de usar con bloqueos del operador
para facilidad de reglaje y seguridad de funcionamiento.
130
Voltage de línea
90-264V 50-60H2
Suministro eléctrico en modo de comunicación
Visualizador digital
4 dígitos LED de 1Omm (0,4 pulg), verdes de brillo intenso
Visualización
Temperatura de proceso (PV) o punto consignado (SP) en:" oC o oF (Bar,
PSl, Ph, rh visualizados, procesados como'C)
Nemónica opcional / funcional
Mensajes de error
Indicadores SP1 /2 (parpadeantes)
Bloqueo numérico
3 teclas táctiles elastrométricas
Microordenador: Intel 83C51
8 Bits 16k PROM,0,25k RAM, 12MHz,
Retención de datos: 1Oaños sin energía
131
Datos medioambientales
Prueba de conformidad enero 93
Seguridad; UL873, VDE41 1 -1
cs{22.2l 142-M1987
Emisión EMC
EN50 081-1, VDE0871 178-81
Reglamento FCC 15 s/parte J, Clase A
Inmunidad EMC:: EN50 082-2 I B
Ambiente: 0-50'C (32-1 30'F)
Peso: 1009 (3,5 onzas)
Molduras: Policarbonato FR
Envuelta: Estireno reciclable / 6
r32
Panel frontal hermetizadolavado'NEMA 4X / lP65
Punto consignado Principal:SF1, indicador de salida(LED parpadeante)
Teclas tdctiles,ampliamenteespaciadas
Visualizador LED de 4dígitos grandes brillantes
Segundo puntoconsignado: SP2,indicador de salida (LEDparpadeante)
Rebaje para la etiqueta del cliente
r33
Visualizacion normal:Temperatura de proceso
Punto consignadocon unidad {'C, 'F, etc)
Ajusten del punto consignado
Entrada de modo de programa
Visualizacion alterna: Afinadoautomatico {ilustrado), alarma, etc.
Para proceder a programar el equipo Cal 3200 se deben ajustar unos
parámetros los cuales se definen según la aplicación.
El Cal-control posee cuatro niveles de programación los cuales se describen
a continuación:
t34
Nivel I
punto de entrada de programa
PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO SPl
tunE Selección de afinado automático, aparcamiento
bAnd Ganancia / banda, proporcional o hitéresis
int.t Reposición / tiempo integral
dEr.t Ritmo / tiempo derivativo
dAC Control de acercamiento derivativo
CyCt Tiempo de ciclo proporcional o CONEXION / DESCONEXION
oFSt Reposición manual / desviada
SP.Ly Bloqueo de punto consignación principal SP1
PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO SP2
Set.2 Ajuste de punto consignado SP2
bnd.2 Selección de histéresis SP2 ó banda proporcional
cyc.2 coNEXlÓN / DESCONEXION SP2 o tiempo de ciclo
Nivel 2
MODOS DE CONTROL MANUAL
SP1.P Lectura de o/o de potencia de salida SP1
135
hAnd Control manual de.oÁ de potencia SPl
PL.1 Ajuste deo/o de límite de potencia SP1
PL.2 Ajuste deo/o de límite de potencia SP2
MODOS DE FUNCIONAMIENTO SP2
SP2.A Modo de funcionamiento principal SP": Estrategia de alarmas /
enfriamiento.
SP2.b Modo subsidiario SP2 Alarma (enganche / secuencia)
SELECCIÓ¡'I OE ENTRADA Y ALCANCE
d¡SP Selección de resolución de visualizado¡ 1"10,1"
h¡SP Ajuste de escala completa
Lo.SC Ajuste de escala mínima
inPT Selección de sensor de entrada
unit Selección 'C /'F o unidades
CONFIGIJARACION DE SALIDA
SPl.d Lectura de dispositivo de salida SP1
SP2.d Lectura de dispositivo de salida SP2
136
Nivel 3
burn Protección contra fusión
rEU.d Selecclón de modos de i salida: Directiva / lnversa
rEU.L Selección de modos SPl / 2 LED
SPAn Ajuste de extensión de sensores
2Ero Error de sensor cero
rEAd:
ChEy Monitor de control de presión
dAtA Lectura de datos de afinado automático
Uer Versión de software
rSEt Reposición de funciones
Nivel 4
NIVEL DE SEGURIDAD
dEr.S Sensibilidad derivativa
d¡S.S Sensibilidad visualizadora
no.AL Avisador de desviación -AL- alarma
ProG Desactivar programa salida automática
LoCy Bloqueo de seguridad
r37
Salidas y conexiones eléctricas
Las salidas dobles son standard, solo hay que teclear el dispositivo de salida
para el punto consignado principal (SP1), de modo que se adapte a la
aplicación. Se selecciona el impulsor de relé de estado sólido (SSd) para
conmutar un SSR remoto, o el relé de 2 amperios/250V. La salida remanente
es asignada automáticamente al segundo punto consignado (SP2).
Entradas de proceso lineal
0-20mV 4-2OmV VisualizadorNo. Visualizadores Visualizadores Alcance
1
2
3
4
5
0-100
0-1000
0-2000
0-400
0-100 -25-400
0-3000
0-1000 -250-3000
0-3000
Transmisor eléctrico
Normalmente donde se necesita acondicionar el clima es factor
determinante la humedad relativa y la Temperatura, bien sea en laboratorios,
procesos industriales, almacenes de víveres, etc.; En el sistema que
138
implementamos se utilizó un transmisor de humedad relativa y temperatura
marca Luff de tecnología Alemana el cual consta:
De un transmisor instalado en un sistema compacto y aprueba de agua más
un sensor de temperatura y la humedad relativa, especialmente equipado
con filtros Sinter.
El transmisor y el indicador deben ser calibrados simultáneamente.
El instrumento emite una señal ya sea en amperios o en voltios. Para las
lecturas se estima adecuado utilizar un sistema digital o en su defecto uno
análogo.
139
Datos técnicos
Modelo 5610
Escala
Figura 40 transmisor electrico de humedad
Exactitud
(a los 25"C)
temperatura 0 .. +50"C bzw. -30 .. +70'C
hum. rel 0 .. 100% hum. rel
temperatura + l- 0,1"C
hum. rel + | -2o/o (20Yo ..95o/o hum. rel)
hum. rel + | -3o/o (<20o/o ioder >95% hum. rel)
¡¡, .- | i
140
Elemento sensor hum. rel: HC500,
Hysterese superior al 1,5o/o hum. rel
temperatu ra: PT1 OOO-compatible
exactitud conforme al lEG751
Márgenes de
temperatura -30.. +70"C
Desviación temp. + l-0,02o/o hum. rel/ k
Salida temperatura: 0 .. 20mA ó 0 ..10v
(0 .. +50"C ó -30 .. +70'C)
hum. rel: 0 .. 20 mA ó 0 .. 10v
(0 .. 100% hum. rel)
Capacidad máx. Rmax = (UHE-I0v / 20 mA)
Voltaje 24v = (20.. 26v), polarizado
Consumo 40 mA (l(temp) = l(humedad) = 0 mA)
Material estructura sintética
Protección lP54
Conexión cables atornillables
Color del material ABS, gris
Dimensiones 160 x 80 x 55 mm
Peso aprox. 1109
t4l
Nr. De Modelos 0 .. +50'C, amperior Nr. de Modelo 5610.00
0 .. +50"C, voltios Nr. de Modelo 5610.01
-30 .. +70"G, amperior Nr. de Modelo 5610.02
-30 .. +70"C, voltios Nr. de Modelo 5610.03
INSTALAGION DEL SISTEMA HIBRIDO
EI siguiente esquema ilustra la conexión del sistema de monitoreo de
temperatura y humedad relativa:
cal-controlconexión de equipos
transmisor
142
Transmisor
Figura 41 conexiones electricas
monitorea Temperatura
humedad
=lf¿
110V
de H.R.
I I
FUENIE L N
24v DC
+tl
LNCal 3200 que
;H
:1 l+UB
GND
fl+
J+GND
t*,iRr _l
li.Rr
l"l':":"jll¡lr ü ¡Itl Cal3200 que monitorea
5. IMPORTANGIA DE LAS VARIABLES DE TEMPERATURA, HUMEDAD
RELAT¡VA Y PRESIóN EN UN PROGESO INDUSTRIAL:
Durante nuestra investigación y desarrollo del proyecto de grado tuvimos
oportunidad de visitar y conocer diversidad de procesos en diferentes
industrias del Valle del Gauca, Fue así que recopilamos suficiente material y
conocimos en Ia practica la importancia de las 3 variables como presión,
temperatura y humedad relativa que a su vez los equipos que indicaban,
controlaban y registraban el comportamiento en el tiempo de las variables
mencionadas, estuvieran calibradas para cumplir con las expectativas de
calidad del producto.
Hacemos referencia a continuación de dos ejemplos que encontramos en
empresas delValle del Cauca: Inmuniza y Propal S.A.
144
5.1. lnmuniza S.A.
El objetivo comercial de inmuniza es la transformación, adaptación y
aplicación de la madera al sector de la construcción, siendo algunos de sus
productos claves, la fabricación de maderas para la construcción de puentes,
casas, chalets, postes de madera.
Algunos de sus mejores clientes son las empresas publicas de Medellin e
Industrias Lenher y actualmente están exportando madera inmunizada a
México y Perú.
Básicamente se manejan dos procesos independientes que son:
1. Secado de la Madera.
2. lmpregnación del inmunizante al producto.
se debe garantizar un buen secado de la madera ya que si este es
defectuoso el producto final que va a llegar al cliente, tendrá problemas tales
co mo fisu ras, ag rietamientos, deformaciones etc.
El proceso empieza con la adquisición de materia prima (generalmente de
bosques cultivados por ellos) en los cuales después de una rigurosa
selección se toma solo la mejor madera, esta llega con un contenido de
145
humedad del 80% a la planta, en donde se somete al proceso de aserado
(cortar el tronco y convertirlo en tablones), esta madera entra encastillada a
Ia cámara de secado, organizada de tal forma que por la superficie de ella
pase ef aire caliente a una determinada temperatura para garantizar un buen
secado.
El 80% de contenido de humedad que tiene la madera inicialmente, hay que
bajarfa a una condición entre el 12o/o y 15o/o (condiciones optimas que exige
el cliente o humedad de equilibrio), para lograr esto se exige una calidad del
vapor muy buena, este vapor es generado por una caldera, el cual se debe
garantizar que salga a una presión constante de 60 psi, si no se cumple con
este requerimiento el vapor se puede condensar y ocasiona problemas de
secado, este vapor es dirigido por una tubería al cabezal, el cual esta en un
punto común de las tres cámaras. Aquí se divide y dependiendo de la
cámara que este trabajando, el vapor se dirige hacia ella siempre a una
presión de 60 psi, en este punto y a lo largo del cabezal y tuberías, se
encuentran 9 manómetros en acero inoxidable, generalmente de 4" de
diámetro con un rango de 0 a 100 ps¡ clase 1-6, los cuales están
monitoreando la presión requerida, lógicamente estos manómetros deben
estar calibrados con respecto a un patrón, ya que una variación por error del
instrumento en + 1 psi puede generar condensación y echar a perder el
proceso de secado. El vapor llega a unos intercambiadores de calor , este lo
146
calienta a través de los serpentines y en este momento se activan I
ventiladores que empiezan a girar pasando el aire a través de la madera
para calentar la superficie y se comlenza a evaporar el agua que tiene el
producto.
Una vez controlados el flujo del aire y el tiempo debemos garantizar que la
humedad relativa ambiental decrezca del 90% al 620/o y se establezca una
temperatura constante de 54oC para obtener una humedad de equilibrio del
12o/o,la humedad de equilibrio es a lo que tiene que llegar la madera para
adaptarse a una condición ambiental.
Esta humedad de equilibrio es importante ya que si se logra llegar a este
12Yo se garantiza que la madera no va a tratar de ganar o perder humedad,
por ejemplo en un flete a una ciudad a nivel del mar, a una altura
determlnada etc. La madera por ser un elemento altamente higroscópico
(Absorbe humedad fácilmente), si llegase a tomar humedad elevada cuando
esta se seque va a quedar en un valor aproximado a la humedad de
equilibrio.
Se recomiendan los valores de H.R del620/o y temperatura del 54o C, pero la
temperatura del ambiente es t 28 o C y hay que ir subiendo gradualmente la
temperatura ( a una rata aproximada de 4 a 50 grados por hora), esta parte
se conoce como calentamiento del proceso.
t47
El programa de secado controla la humedad de equilibrio a través de Ia
humedad relativa, si el ambiente se empieza a saturar se abren
proporcionalmente unos Dampers o Ventilas para renovar aire si es
necesario y mantener la humedad relativa constante a 640 C. Para lograr
esto se necesita que la información proveniente del transmisor de humedad
relativa y temperatura sea fiable y este debidamente calibrado, en esta parte
del proceso encontramos 6 higrómetros por cámara de secado e igual
numero de termómetros para monitoreo del proceso, información valiosisima
para que el operario tome decisiones, vale la pena decir que cada dos horas
se abre una válvula para rociar en forma de sprite agua durante dos minutos
para homogenizar el ambiente.
Este proceso puede durar alrededor de 8 horas y se concluye cuando la
madera esta en el punto de saturación de fibra (contenido de humedad entre
11o/o o 12o/o), ya logrado este objetivo se realiza el acondicionamiento final
donde la madera es rociada con vapor de agua para humectar un poco las
paredes celulares, por ultimo se realizan Ias pruebas de tensión al lote que
se acaba de secar. La madera esta lista para ser inmunizada o sea
introducir componentes de sales para protegerlos contra hongos e insectos
en una autoclave la cual tiene una capacidad de 13m3 a una presión de
vacío de 30 Hg".
148
5.2. Propal S.A.
El objetivo comercial de Propal S.A es la fabricación de papel con una amplia
gama de variedades, pasando desde las resmas hasta la producción de
cartón y cartulina, siendo las plantas ubicadas en Yumbo y Galoto las
encargadas de satisfacer el mercado interno y externo para Latinoamérica.
Dentro del proceso de elaboración del papel vamos a conocer la importancia
de la humedad relativa y temperatura en el producto terminado, es decir en
el almacenamiento en bodega.
Normalmente cuando el producto esta terminado debe almacenarse a una
condiciones ambientales para evitar deformaciones en el papel, estas
condiciones son evaluadas en una ficha técnica para garantizar a su cliente
que se esta entregando el producto en condiciones optimas. Estas debe ser
de 23o C + 20 C y 50% t2% H.R. sin condensación, durante el transporte del
producto se pueden alterar las propiedades físicas (higroscópicas) y por
ende su resistencia mecánica , por lo tanto el cliente debe verificar la ficha
técnica para comprobar los parámetros de calidad del producto para su
adquisición.
149
Este análisis de la ficha técnica consta de pruebas y ensayos de rigidez
mecánica, contenido de humedad y brillo. El cliente antes de introducir el
papel al proceso, debe establecer un tiempo de acondicionamiento el cual se
determina con un instrumento llamado termohigrometro de espada; A
continuación describimos un ejemplo, se introduce el sensor en un producto
terminado (Resma de papel) y nos indica una determinada humedad relativa
y temperatura, posteriormente se retira el sensor y se mide la humedad
relativa ambiental y su respectiva temperatura ambiente. Dependiendo del
AH.R vamos a una tabla en donde se estima un tiempo de
acondicionamiento en minutos para que el producto pueda ser introducido al
proceso de transformación.
5.3. lmportancia de la Metrología
1) La metrología es cotidiana en la actividad comercial e Industrial.
según la revista semana del mes de agosto de 1996 se realizó un sondeo
acerca de las pérdidas por lucro cesante debido a malas calibraciones en los
instrumentos de medida presentes en la producción de ciertas empresas
como Ecopetrol, lngenio Río Paila, Bavaria.
150
Ef estudio arrojo como resultado que Si se cometiera un error del 1o/o en las
mediciones a la hora de producir cantidades las perdidas serian de millones
de dólares
Hasta 1982la Industria azucarera no tenía un buen control metrológico y
para satisfacer los clientes del bloque asiático exportaba un 3% adicional,
dicha práctica duró 20 años, para poder cumplir con su mercado.
Si esta falencia ocurriera hoy en día el Ingenio del Gauca que exportó el año
pasado 43.000 millones de pesos estaría regalando el 3o/o que sería 1.315
millones de pesos anuales.
Por lo tanto la Metrología significa dinero por perdida en costos y otro
impacto es en cuanto a la calidad del producto cuando utilizamos
instrumentos mal calibrados ejemplo: máquina cortadora de lámina para
realizar unos ángulos en los cuales la especificación pedía que se doblaran
con una precisión menor de un milímetro y la máquina no daba más que un
milímetro, otro ejemplo puede ser un tratamiento térmico en los cuales las
medidas no son confiables el impacto será de un producto de mala calidad.
6. LABORATORIOS
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OGGIDENTE
DIVISION INGENIERIAS . FAGULTAD DE INGENIERIA ELEGTRIGA
LABORATORIO DE METROLOGIA
6.1. LABORATORIO DE MANOMETRIA
6.1.1 Objetivos
1 Conocer Ios diferentes tipos de instrumentos que se utilizan en la
medición de la presión.
2 Conocer los patrones utilizados en la calibración de los instrumentos de
presión.
3 Conocer los métodos utilizados para hallar errores.
4 Conocer los métodos utilizados para hacer los ajustes en los instrumentos
de presión.
152
6.1.2. Preinforme
1. Consultar sobre unidades y clases de presión.
2. equipos utilizados para medir presión.por comparación
6.1.3. Introducción teórica
l. Glases de Presición para Manómetros de carátula
Según el error de linealidad o de histérisis porcentual respecto al rango del
manómetro, los manómetros son clasificados por grupos en una de las
clases de presición siguientes:
CL. 0,1 ; CL. O,2i CL. 0,6; CL. 1,0; CL. 1,6; CL. 2,5; CL.4.O.
Las fórmulas 15 y 16 pueden aquí aplicarse y reunirse en una sola para
definir la PRESICIÓN en manómetros de carátula, la cual puede ser
expresada como:
(e) máx
e=o/o=CL - x100 (Fórmulal)Rango
Para el cálculo y clasificación respectiva de manómetros se tomara el mayor
de los errores (en valor absoluto) Hallados por alinealidad o por histérisis.
ls3
Nota: El centro de Controlde calidad y Metrología de la Superintendencia de
industria y comercio CCGM/SIC ha propuesto al comité de normas adoptar
CL. -; este símbolo para definir clase está deacuerdo con la norma japonesa
JIS sobre manómetros (23). Lanorma DIN (Alemania Federal) (11) adopta
KL.-; la NF (Francesa) (14) CLASSE.-; la ANSI (7) (Americana) ACCURACY
-o/oY algunas otras se adoptan simplemente -%FS (Full Scale) o -%Of Span
(Del rango).
2. Tolerancia de los Manómetros de carátula
Dado un manómetro perteneciente a una determinada clase de presición la
cual sea conocida de antermano, se puede por medio de la formula de
presición para manómetros ( ecuación 17) calcular el error absoluto maximo
para la alinealidad o para la histérisis que puede tolerarse o aceptarse para
el manómetro de tal clase; de la ecuación mencionada por despeje se
obtiene la tolerancia para el manómetro la cual es:
CL(t) máx= x Rango
100
(Formula 2)
Ejemplo: Si el nümero es de 100 bar y de CL.2,5 la tolerancia permitida es
(e)máx= t2,5bar.
154
3. Ajuste de Manómetros de Garatula
Cuando un manómetro está fuera de su clase de presición o es posible
mejorarla y el error de linealidad está efectuado fundamentalmente por un
error sistemático esto se puede ver por el signo de los errores de alinealidad
en Ios puntos calibrados o por medio de la curva de calibración real, (ver
figura), se puede utilizar el metodo de los diagramas de enor para la
determinación del error sistemático y así mismo proceder al ajuste respectivo
del manómetro.
Pr ¡.
I
155
Figura 42 E¡ror sistematico en una curva de calibración (Pr vrs No)
a) sin corregir b) ya conegido
4. Método de los Diagramas de error
Obtenidos todos los erores absolutos por alinealidad Ei de los puntos
calibrados parael manómetro se procede a sacar el enor mayor definido
matematicamente, "b" y el minimo na" con su signo respectivo y se colocan
en ef diagrama de error para proceder con el método esquematizado que se
da a continuación. (El comportamiento ideal de los errores es que alternen
balanceadamente tanto en signo como en valor alrededor del enor cero;
base del método que se desanolla).
156
-(b-a) -(b-a)
Diagramas de error
El ajuste total es la suma del ajuste primero más el ajuste segundo; la aguja
del manómetro se corre o desplaza en esa misma cantidad ( + se adelanta -
se atraza), este ajuste corresponde a la conección del manómetro debido al
error sistemático que se hallaba presente. Los enores del manómetro
quedan ahora compredidos entre:
b-at ------
2
Ejemplo: si b=-3 bar ; a=-5 bar entonces el ajuste total es de +4 bar, los
errores oscilaran entre +-1 bar.
ii) Ajuste primero: de -a
o b-a
^,.\
iii) Ajuste segundo: O" I
0
157
5. Gurvas de Error y Gorrección
El uso de un instrumento de medición puede dar lugar a que lo sea
empleado en uno de los siguientes casos:
1. AI necesitarse definir o controlar a un valor bien definido y dado (con un
error minimo posible) alguna magnitud dada por medio del aparato de
medición en uso; y, puesto que es general los valores de lectura tomado
directamente en el instrumento son inexactos debemos en este problema
aclarar o saber cuál es el valor de lectura a leerse en el instrumento a fin de
que la magnitud referida sea controlada al valor dado requerido.
En esta situación debemos saber Pr cuando conocemos No, para ello
acudimos a la definición de error absoluto (ec. 14) que reordenada es:
Pr=No+ t (Fórmula3)
Ejemplo: Se debe regular en una linea de presión 50bar. El manómetro que
se usa tiene un error de +2 bar en ese punto. Luego se debe leer en el
manómetro 52 bar.
158
Nota: El error de apreciación que es la imposibilidad física del instrumento o
del observador para estimar las pequeñas partes de lectura en la escala del
instrumento imposibilita que se pueda leer exactamente.
El error que así se introduceen las mediciones se llama finalmente
incertidumbre de medición. El error de apreciación o la incertidumbre de la
medición se puede disminuir utilizando un instrumento de mejor división de
escala o en general trabajar con un instrumento de mejor clase.
2. Hacer la medición de una magnitud dada para determinar posteriormente
el valor exacto de dicha medición o el valor verdadero de ella (siempre habrá
un pequeño error o error de incertidumbre). En este caso sabemos cuál es
Pr pero no sabemos cuánto es No; No, se determina por medio de la misma
definición de error absoluto (ec..14) agrupada de manera diferente, asi:
No=Pr-€
Esta ecuación puede darse de una manera más conveniente como:
NO=Pr+G, C=-t
C es llamada valor de corrección.
(fórmula 4)
ls9
Ejemplo: El manómetro de una linea de presión indica 50 bar.
El error del manómetro en dicho punto es de +2bar.
Luego la presión de linea es de 48 bar.
La ecuación anterior puede interpretarse en el lenguaje común al decirse
que el valor verdadero de una magnitud medida es el correspondiente al
valor de Iectura corregida del instrumento.
Los valores de e y C como ha sido ilustrado en los ejemplos anteriores
tendrán que ser previamente conocidos, éstos como se ha visto
secciones anteriores pueden ser obtenidos por medio de las tablas
calibración del instrumento que se use.
Debido a que muy frecuentemente es más cómodo y práctico (facilita la
visualización, interpretación e interpolación de datos) trabajar con gráficos y
diagramas convenientes que en vez de hacerlo en tablas numéricas, los
datos tabulados son graficados; como así lo es también para nuestro caso,
procedemos entonces a la respectiva graficación. El error de alinealidad para
cada punto de medición calibrado (e1,82, t3,...) se coloca en un sistema
de ejes cartesianos en función del valor respectivo de la variable Pr o lectura
def instrumento (Pr1 , Pf2, Pr3,...), la línea contínua que una apropiadamente
en
de
fa:*."*".:.--I Univarsídzl 4.üf6n0nr d" .::;crntc
1
I Si.CCtOii i-;:Bi.iil r_. { !%,<.*--._
_--¡
r60
tales puntos da lugar a la curva llamada CURVA DE ERROR del instrumento
calibrado o en general grafico de E y Pr (E vrs. Pr) (ver figura 48). De manera
similar se puede definir y hacer el gráfico de C vrs Pr y tener la CURVA DE
CORRECCION con parejas de Cl,Pr1; C2,Pr2; C3,Pr3; I Ci = -€i, (ver
figura 43).
Finalmente para concluir podemos destacar la importancia de tales curvas de
Error y Corrección con lo cual se conoce de manera muy fácil con solo mirar
sus gráficos respectivos, el valor de e o C para cualquier Pr que sea de
interés.
Nota: Hay tanto en € J, CJ (en subida) como un t J, CJ (en bajada) para
i nstru mentos nu méricos.
En situaciones no muy precisas se podrá tomar el promedio de los dos E, C;
en las más precisas tendrán que ser tenidos en cuenta cada uno de los
comportamientos examinados los cuales dan en definitiva un total de cuatro
curvas.
161
Figura 43 E vrs Pr Curva de error
Figura 44 C vrs Pr curva de corrección
162
6.1.4. Material y Equipo
1. Manómetro patrón
2. Manómetro a calibrar
3. Banco de presión por comparación T1200
4. Formato para toma de datos
6.1.5. Procedimiento
1) Abra Ia válvula del reservorio y saque el timón comletamente
2) Cierre la válvula del reservorio.
3) Introduzca el timón incrementando la presión del sistema en carga
ascendente y saque el timón descendiendo la presión del sistema con
carga descendinte. Esto se realiza pa'a observar la linealidad del
manómetro a calibrar.
Nota:
-El manejo del timón sebe ser Iento y a una velocidad constante para evitar
desequilibrios en la presión.
-Nunca abra la válvula del reservorio para reducir presión ya que una
repentina caida en el sistema de presión puede casar daños a las piezas
fijas.
163
l.Galibración de Manómetros de Garátula
Se compara directamente el instrumento a prueba o a calibrar con el patrón
adecuado, éste por supuesto que sea apto para hacerlo (buena presición y
patronado),por medio de un banco de pruebas para manómetros que según
sea el caso será de líquido (en general aceite hidráulico) o de aire corriente,
esto con el fin de determinar los valores de Pr (lectura del instrumento a
calibrar) y compararlos con los valores verdaderos No del instrumento
patrón.
Las mediciones tendrán que cubrirtoda la extensión de la escala de medición
hechas de manera creciente hasta alcanzar su valor máximo o rango y
posteriormente, despues de un lapso de tiempo en carga de presión máxima
conveniente a fin de permitir que se manifiesten los efectos de histérisis,
repetir las mediciones ahora pero de manera creciente hasta regresar a su
valor de partida.
Una calibración Seria requiere de que por lo menos se tomen unas diez
mediciones (tanto en subida como en bajada) espaciadas regularmente,
comenzando la primera aproximadamente en el 1oo/o de la escala y con un
tiempo en carga en el intermedio de la prueba menor a diez minutos.
164
Las mediciones deberán hacerse lo más rápido posible y debiéndose, antes
de cada lectura, golpear suavemente el manómetro para liberar o aliviar al
mecanismo de fricciones y obtener así una buena Iectura.
Para el calculo de los errores de alinealidad y de histérisis y clasificación de
manómetro a una clase de presición se procede como se vio en las
secciones anteriores, ERROR DE LINEALIDAD, ERROR DE HISTERISIS Y
CLASES DE PRESICION PARA MANOMETROS DE CARATULA usando la
fórmula 1.
(e) máx(E)=o/o= Q ------ x100
Rango(fórmula 1)
Ejemplo: Para un manómetro de 100 bar; si el error encontrado por
alinealidad e histérisis respectivamente (€ ) máx = -2,0 ba¡ y (E ) máx = +1,5
bar entonces t = o/o CL = -2,0 o/o ! el manómetro será de CL.2,5.
El instrumento patrón puede ser un manómetro a pstón (presición mejor al
0,07o/o puntual en instrumentos patronados), un manómetro de presición fino
(CL 0,1; CL.0.2; CL.0,3) o un manómetro en general corregido; se deberá
165
tener como se dijo que el error del patrón sea mucho menor o despreciables
respecto al error de aquel sometido a prueba en la proporción de 1/10.
El error que se dá a continuación:
E=E+ETotal Pr No
Que es el error total que ha de asignarse al instrumento a calibrar recibe
tanto el error propio a él como el error del patrón; sólo si E es despreciable
frente a E, podremos decir que el error total se debe a sí mismo, entonces:
6.1.6. Trabajo Preparatorio e Informe
l
1. Presentar gráficas del manómetro patrón y del manómetro a calibrar.
2. De acuerdo a estos resultados hacer análisis y diagnóstico.
3. Hallar la incertidumbre de medición del instrumento.
4. Hallar el porcentaje de error máximo.
5. Mencione cuatro pasos que deben tomarse para obtener una medida
exacta con el manómetro.
E=ETPr
166
6. En qué difiere la exactitud de la sensibilidad ?.
7. Cuando se ésta calibrando un manómetro es posible que tenga que
ajustarse para compensar la carga. Por qué ?.
8. Observaciones
9. Conclusiones
10. Bibliografía
167
LABORATORIO DE IIIIETROLOGIAAREA DE TAilOHETRIA
CALIERACIOil DE TA}IOTETROS
INDENTIFICACION:-MARCA:-RANGO:-DIV. DE ESCAIA:-
LOCALIZACION:
VALOR NORMAL
DEL INSTRUMENTC
PATRON SIN CORR
CORRECCION
VALOR
NORMAL
CORREGIDO
LECTURA DEL
INSTRUMENTO
A CALIBRAR
VALOR
NORMAL
CORREGIDO
ERROR
GORPORAGION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OGCIDENTE DIVISION
DE INGENIERIAS - FAGULTAD DE INGENIERIA ELECTRIGA
I.ABORATORIO DE METROLOGIA
6.2. LABORATORIO DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA
Laboratorio de tempertura y humedad relativa
6.2,1. Objetivos:
1. Conocer el equipo de laboratorio para medir Temperatura y Humedad
relativa.
2. Conocer los métodos utilizados para hacer los ajustes en los instrumentos
de medición de Temperatura y Humedad relativa.
3. Verificar la humedad relativa ambiente y temperatura en el area del
laboratorio de metrologia
r69
6.2.2. Preinforme=
1. Consultar sobre medidas de Temperatura.
2. Consultar sobre medidas de Humedad Relativa
6.2. 3. I ntrod u cció n teórica
Hemos expuesto a lo largo de la investigación la importancia de la
temperatura y de la humedad relativa en los procesos industriales.
Deacuerdo a la implementación se busca que el estudiante aprenda a
manipular y ajustar el punto cero de un sistema de monitoreo digital para dos
variables y a su vez programe los parametros de funcionamiento del sistema.
Acontinuación presentamos las tablas de configuración de los equipos
digitales y su respectiva conexión con el transmisor de humedad
t70
TABLA DE GONFIGUAGION PARA LOS EQUIPOS CAL 32OO
CON SENSORES DE HUMEDAD Y TEMPERATURA MARCA LUFF
CON SALIDA DE SEÑAL DE 4 A 20 MA.
CONFIGURACION PARA LA SEÑAL DE TEMPERATURA
LEVELI LEVEL2 LEVEL3
TUNE.OFF
BAND.O.1
INT.T.OFF
DER.T-OFF
DAC-I.5
CYC.T.ON OF
OFST.O
SP.1-OFF
SET.2.O
BAND.O.1
cYc.2-oN oF
sPt.P-0
HAND.OFF
PL.1-100
PL.2-100
SP2.A.NONE
SP2.B-NONE
DI.SP.1
Hr.sG-(70)
LO.SC-0
INPUT-LIN 1
UNIT.C
SP1.D.RLY
SP2.D.SSD
BURN.UPSC
REUD.I R 2D
REUND.1.1N 2N
SPAN.O
zERO-o
CHEY-OFF
READ-UARO
DATA-CTA
VER.l
t7l
TABLA DE CONFIGUAGION PARA LOS EQUIPOS GAL 32OO
CON SENSORES DE HUMEDAD Y TEMPERATURA MARCA LUFF
CON SALIDA DE SEÑAL DE 4 A 2OMA
CONFIGURACION PARA LA SEÑAL DE HUMEDAD.
LEVELI LEVEL2 LEVELS
TUNE-OFF SPI.P.O SP1.D.RLY
BAND.O.1 HAND-OFF SP2.D-SSD
INT.T.OFF PL.1-1OO BURN-UPSC
DER.T.OFF PL.2.1OO REUD-1R 2D
DAC.1.5 SP2.A-NONE REUND.I.1N 2N
CYC.T.ON OF SP2.B.NONE SPAN.O
OFST-O DI.SP-1 ZERO-O
SP.1.OFF HI.SC-IOO CHEY-OFF
SET.2-O LO.SC.O READ.UARO
BAND.O.1 INPUT.LIN 1 DATA-CTA
CYC.2.ON OF. UNIT.RH VER.1
172
conex¡ones
monitorea Temperatura
Transmisor
humedad
La alimentación para los controladores Cal 3200 las puede tomar de L,N de
la fuente (osea los 110 voltios).
=lf¿
1 10V
FUENTE L N
24v DC
+ll
LNCal 3200 que
de H.R. ;H
:1 l+UB
GND
fl+
J+GND
¿I4
1RI
iRr
l RI
l"l':":elü':',:'l Cal3200 que monitorea
r73
n P3oo *-FlPsotnp100 *-
6.2,4. Material y equipo:
1. Transmisor de Humedad Relativa
2. Equipo de monitoreo Humedad relativa (cal 3200)
3. Equipo de monitoreo Temperatura (cal 3200)
4. Fuente de poder 24 D.C (voltage), 1 amperio
5. Cables de conexión.
174
6.2.5. Procedimiento=
Instalación (según gráfica), configuración de los Cal 3200
Procedimiento para calibrar el Transmisor de Humedad y Temperatura Luff:
1. Verificar la Humedad y Temperatura del lugar donde se tomarán las
medidas con un instrumento patrón (Psicrómetro)
2. Medir el voltaje de salida del transmisor con respecto a la Humedad y
Temperatura.
3. Medir la entrada de señal de el cal 3200 (mV) con respecto a la señal de
equivalencia.
E Pgoo --EPgot
-EPtoo -
|tr,'tdf6fdtdr6i.mmJrflImÍD2,2=-ZB o¡ o o
175
NOTA:
Después de medir el voltaje de salida del transmisor Luff.
El potenciometro P300 es para la humedad.
El potenciometro P100 es para la temperatura.
El instrumento tiene salida de 4 a 20mA y para convertir dicha señal de 4 a
20mV, solo se coloca en paralelo una resistencia de 1 ohmio con la entrada
de cada señal
TOMA DE DATOS
Ejemplo
Transductor de temperatura / humedad
LUFT Hl 7660, salida 4 . . .20 mA
176
canal de temperatura : 0. . 70"C
canal dehumedad : 0...100%H.R.
Canal de temperatura
SPAN LINEAL = 70
SPAN CLIENTE = (+70'C (-100'C)) = 30'C
Entrar entonces:
Parámetro inPt = Lin 2
Parámetro h¡.SC = 70
Parámetro Lo.SC = Q
70Parámetro SPAN = (30-70 )
* ---- = -4070
Parámetro ZERO = -40
177
6.2.6. trabajo preparatorio e informe
1) Enumere los pasos lógicos para programar un equipo Cal-3200 con
indicación de temperatura.
2) Enumere los pasos lógicos para programar un equipo Cal-3200 con
indicación de humedad.
3) explique la formula que define la humedad relativa
GONGLUSIONES
1. Con la implementación de un laboratorio de metrologia para variables de
presión, temperatura y humedad relativa en la Universidad Autónoma se
da inicio a un estudio formal de la metrologia, la cual involucra un
aseguramiento de la calidad
2. Un estricto control de calidad no es suficiente para obtener un producto de
alto nivel, si no existe una capacitación y concientización en las personas
que se encuentran en la industria.
3. El ingeniero de hoy tiene la misión de crear un laboratorio de metrología
para implementar el aseguramiento de la calidad.
4. En la industria moderna se dan diferentes aplicaciones alcontrol de
calidad, una de estas es la que se hace en los instrumentos y equipos.
Se tiene en cuenta tanto sus cualidades como su precisión.
179
5. Teniendo equipo óptimo y confiable, para que lo utilize personal altamente
capacitado dentro de un laboratorio metrológico, se puede tener un
aseguramiento de la calidad, el cual ofrece ciertas ventajas como son:
o Aumento en la calidad de productos y servicios.
o Reducción de costos e incremento en la productividad.
o Eliminación de barreras técnicas al comercio internacional.
. Tener control sobre el mercado interno del país
. Competir con el mercado intemacional
lT.''-'-:---'-.¡saI Uni",ürsir'ád ¡.0tónoma de Occidante II Stciitijf\ Bt6Lt0T!üA Ih-
REGOMENDAGIONES
1. Se recomienda a la Corporación Universitaria Autónoma de Occidente
fomentar el desanollo de la Metrología como laboratorio y como materia
debido a que en las grandes empresas se esta tomando conciencia de la
importancia del aseguramiento metrológico
2. Se recomienda en las empresas tener personal capacitado para que
realice mantenimiento a los equipos de medición
GLOSARIO
ALCANCE (SPAN): es la diferencia algebraica entre los valores superior e
inferior del campo de medida del instrumento
CAMPO DE MEDIDA: Espectro o conjunto de valores de la variable medida
que estan comprendidos dentro de los limites superior e inferior de la
capacidad de medida o de transmisión del instrumento; viene expresado
estableciendo los dos valores extremos.
ERROR: Es la diferencia algebraica entre el valor leido o transmitido por el
instrumento y el valor real de la variable medida
HISTERISIS: La histérisis es la diferencia maxima que se observa en los
valores indicados por el índice o la pluma del instrumento para el mismo
valor cualquiera del campo de medida, cuando la variable recorre toda la
escala en los dos sentidos, ascendente y descendente.
182
MANOMETRO: Instrumento de medición simple que mide la presión con
respecto a la altura de un líquido; se emplea comunmente como patrón de
calibración
MARGEN: Diferencia entre el valor más alto y el valor más bajo que un
instrumento puede medir.
PARALELAJE: llusión óptica que a menudo hace que la indicación del
manometro parezca que cambia si se observa desde un ángulo.
PATRONES DE CALIBRAGION: Instrumentos que se emplean para
proporcionar un valor de entrada conocido para la calibración.
PERTURBAGIÓN: Cambio que hace cambiar la variable det proceso de su
punto de referencia.
PRECISION: La precisión es la tolerancia de medida o de transmisión del
instrumento y define los límites de los errores cometidos cuando el
instrumento se emplea en condiciones normales de servicio.
PRESION DIFERENCIAL: La diferencia entre dos presiones relacionadas;
por lo general se refiere a delta P.
183
PROCESO: Todas o parte de una serie de operaciones que actuan sobre
sustancias o materias primas para lograr un producto final.
PRUEBA DE BANCO: Un procedimiento de prueba dentro del laboratorio en
la que la respuesta de salida de un instrumento, a entradas conocidas, se
mide para todo su alcance.
LINEALIDAD: La aproximación de una curva de calibración a una linea recta
especificada
RESISTENCIA: Característica de un proceso por la que se opone a los
flujos, tales como elflujo de la corriente, del gas, del líquido, o del calor.
SENSIBILIDAD: Es la relación entre la variación de la respuesta de un
instrumento de medición y la variación de la carga que la origina.
BIBLIOGRAFIA
Catalogo Lufft, anuario 1997
Catalogo CAL Controls
Catalogo T12OO (banco de prueba de presión por comparación
CREUS SOLE , Antonio. Instrumentación lndustrial
INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS
MEDINA, GARZON, Jorge y Soto, julián. Fundamentos de metrología.
Bogotá: SENA, 1987.
SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO
ANEXO 1 : Valores De resistencia según la temperatura en oG para sondas
de resistencia Pt-100
TABLA 6.2 Valores de resistencia según la tenrperatura en oC para las soncias de resis-tencia Pt 100 con coelicienie de variación de resistencia 0,00395 según Dlf.¡ 43.7e0 (lpTS-66)
cc 0123456789
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- 2r0
- 200
- t90
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- l?0- 160
- r50
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- t30- r20
- lr0- r00
-90-80-70-60-50_40-30-20-10
0
0¡0203040
50ó07090
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t45,82ó t¡6,¡jó 3.t6,.t153'18,916. t¿9.1!5 319,533-1.f t.t95 352.30! 352.óbi.r-15,06t 355.tó7 -155.613t58.t t7 3.18.{!! 358,?26
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.r!9,572 3!9.tSt-1,?2.t2!. ¡-13.0-16ll!.s6t 33ó.¡?¡-r¡8.9SE i39.300312.t03 3¡2.{l{
-¡4.1.:tr, -l¡5.-(l?-14t.:99 .r¡s.6os35l.tso J5t.ósttS¡.3.9 3_r¡,?-r5.r5?.S07 t5r.s |l-r60.s5t ¡ó0.65?.ró3,S87 lót.s9o.166.6t0 36ó.9t!¡69.62t 369,9t!312,621 l?t.9!o
3?-r.609 3?-r.9673?8,5S6 l7¡,ES338 t,55t -:8 t.34?.111..-(0¡ SS.t,799.ls?.{¡6 .18?.7.t0
t90.!??
3¡6.754 j{7,06{3¡9.8¿t 350.t{93-.!,916 _153 223l.(5,979 3-q6,185359,03t 3.(9,i56
36i,07t -i62.t755ó5.t00 5ó5,{0136S.t t7. 3ó9.1 t83?t,t23 ¡7t,{22t?¿t,¡ 16 374.4t5
377.099 377,?96360.070 -180,3663E3,0:9 .is3,3?{3S-r,977 386.!7t388.913 3S9.:06
3 | 5.5?1l$,7?5
t,96¡ft2
33 t.r633-r.r,60?337,73.93¡0,E58j43,9ót
ANEXO 2 : Instrumentos de indicación de humedad
Order No./Ref,rvo. i 5098.00
-10"C ... +50"C, 0 ...'tOOi" RHt HRx1'C I l3oh RWHR (0...40"C,90 ...95% RI{/HF)1"C l'-l.a RI{./HRBi-metal/DurothermBase in grey paintedsteel, grey plaslicfront ringRed, €xternally adjuslabte,for hum¡dity indicationScale 1 15 mmDiameter ol hous¡ng150 mmapprox. 260 g
frer No./Bef ,Vo.: 3229,5Suppoñ I ApoW
Modef / Modelo 51OO
Chrome-plaled brasshousingFlange diameter120 mmapprox. 220 g
Construcción enaleación cromadaDiámetro pan aaple120 mmaprox.220 g
fre¡ NoJFlef./Vo.; 5002.00
-10'C ... +40"C, 20 ... 1OO% RW HRt1.5'C / xío/oRHlHB2'C 120/" RH/HRDurothermAluminium housingDiameter ol housing90 mmapprox. 45 g
Order No./8ef./t/o..' 5003. 0O
-1OoC ... +40"C, 20 ... 1009,.x1.5"C l*4.ÁRHIHR2 ...50 g/ms2'C lZorc RHIHF|DurothermAluminium housing,chromed lronl nng
Diameter ol housing105 mmapprox. 110 g
BimetaUDurotérmi@Soporte de acerogr¡s, pulido an¡llolrontal sintético, grisItñicacAcr cle humdadrqo, regul. por luenEscala 115 mmDiámetro del instru-mento 150 mmaprox.260 g
Durotérmi@Moclelo en alum¡nioD¡ámatro del instru-mento 90 mmaU@( 45 g
RHIHR
DurotermiaMúelo en alumin¡o.anillo en aleacióncroÍEdaDiámetrc det instru-mento 105 ñmaprox. 1 10 g
-10"C ... +50"C, O ... 100% RHTHRxloC / *37c RlllHR (O... 40'C, 30 ...95/o RII|HR)1"c / 1"b AHIHRB¡-metayDurothem Bimetat/Durotérmtuns1 00.99Bi-metayHá¡r B¡metal/Cahilo 51OO.9g
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ANEXO 3 :Requisitos para la Acreditación de Laboratorios de Metrología.
REQUISITOS PARA LA AGREDITAGION DE
LABORATORIOS DE METROLOGIA
1. OBJETIVO Y ALGANCE
Este documento establece los requisitos que determinan la competencia
técnica de los laboratorios de metrología.
Los requisitos contenidos en este documento deberán ser cumplidos por los
laboratorios de metrología que solicitan acreditación y serán utilizados por la
Superintendencia de Industria y Comercio para evaluar la competencia
técnica de los mismos.
Dependiendo de las áreas de calibración o medición para las cuales se
solicite la acreditación se exigirán los requisitos aplicables contenidos en
este documento y los adicionales que la Superintendencia de Industria y
Comercio considere necesarios.
2. DOGUMENTOS DE REFERENGIA
fSO/lEC, Guía 2. Términos generales y sus definiciones, relativas a
normalización y actividades conexas.
ISO/IEC, Guía 25. Condiciones generales relativas a la competencia
técnica de laboratorios de calibración y ensayo.
ISO/lEC, Guía 38. Condiciones generales para la acreditación de
laboratorios de calibración y ensayo (en revisión).
ISO/IEC, Guía 45. Directrices para la presentación de los resultados de los
ensayos.
Normas técnicas Colombianas serie 3000. Sistemas de acreditación de
laboratorios de ensayo.
Norma Europea. En 45001. Griterios generales para el funcionamiento de
los laboratorios de ensayo.
ISO 10012-1. Requisitos de aseguramiento de la calidad para equipos de
medición.
International Vocabulary of Basic General Terms in Metrology. BIPM-IEC-
tso-otML.
OIML R-5, Principios para el establecimiento de esquema de jerarquía de
instrumentos de medida.
OIML R-6, Documentación para los patrones y los dispositivos de
comprobación.
OIML R-10, Recomendaciones para determinación de los intervalos de
calibración o comprobación de equipos de medición, utilizados en
laboratorios de calibración y de ensayo.
OIML R-14, Calificación del personal en metrologia legal.
OIML R-16, Principios de aseguramiento de Control Metrológico.
OIML, Planificación de laboratorios de Metrología y Ensayo.
WECC Documento 19, Guía para la expresión de la incertldumbre de
medición en las calibraciones.
3. DEFINICIONES
Para los fines de este documento se aplican las definiciones incluidas en el
Decreto 2269 de 1993, en la Guía lSOllEC 2. "Términos generales y sus
definiciones relativas a la normalizactán y a las actividades conexas y el
Vocabulario Internacional de Metrología OIML/ISO/IEC.
4. ALGANCE DE LA ACREDITAGION
La acreditación de un laboratorio de metrología está referida conjuntamente
al laboratorio, a las calibraciones o mediciones y a los métodos empleados
en estas.
-En relación con el laboratorio: La acreditación se otorga a unidad
técnica específica.
En relación con las calibraciones o mediciones: La acreditación se
otorga para realizar calib¡aciones o mediciones sobre una o varias
magnitudes, definiendo para cada una el rango de medición, los
instrumentos o patrones que puede calibrar y la incertidumbre mínima
asignable a cada calibración. Las distintas magnitudes para las que
se otorga la acreditación, se llaman áreas de calibración y por cada
una de ellas se puede otorgar una clasificación distinta, que exige una
tramitación específica.
- En relación con los métodos: Los métodos y procedimientos de
calibración o medición, a los que se haga referencia, deben ser
descritos en un documento específico.
5. IMPARCIALIDAD, INDEPENDENCIA E INTEGRIDAD
El laboratorio de metrología y su personal no estarán sometidos a presiones
comerciales, financieras o de otro tipo que pueda influenciar eljuicio técnico
o resultados de las calibraciones o las mediciones.
Deberá evitarse cualquier influencia sobre los resultados de las calibraciones
o mediciones, ejercida por personas u organizaciones ajenas al laboratorio.
El laboratorio no debe hacerse cargo de ninguna actividad que pueda poner
en peligro su integridad e independencia de juicio en lo referente a sus
actividades de metrología.
La remuneración del personal a cargo de la realización de las calibraciones o
las mediciones, no dependerá ni de la cantidad de calibraciones o
mediciones realizadas, nide sus resultados.
Cuando se realizan calibraciones o mediciones por laboratorios que forman
parte de organizaciones que participan en la concepción, diseño, producción
o venta, (como por ejemplo los fabricantes) deberá existir una clara
separación de las diferentes responsabilidades y hacer una declaración
apropiada sobre tal hecho.
- Cuando el laboratorio forme parte de una organización que lleve a
cabo actividades a las de metrología, los documentos que describan
su funcionamiento deberán garantizar la imparcialidad, independencia
e integridad del laboratorio (por ejemplo, estatutos, convenios, etc.)
- El laboratorio como tal no deberá tener responsabilidad en el
diseño, fabricación, venta o utilización de los elementos que mide o
instrumentos que calibra.
- Deberán estar por escrito en el documento apropiado (Manual de
Calidad, Declaración de la Gerencia, estatutos, etc.) las diferentes
responsabilidades, relaciones y recursos para la realización de las
calibraciones y mediciones para las cuales se solicita la acreditación.
6. GESTION Y ORGANIZAGION
Ef faboratorio debe ser competente para realizar las mediciones o
calibraciones para las cuales solicita la acreditación. Deberá tener una
estructura organizacional y los equipos e instrumentos de medición
necesarios, que le permita mantener la capacidad de ejecutar
satisfactoriamente funciones técnicas para las cuales solicita la acreditación.
El laboratorio debe estar organizado de tal forma que cada empleado esté
informado del alcance y límites de su área de responsabilidad.
La organización deberá establecer un sistema de supervisión de las
cafibracfones o las mediciones, que será realizada por capacitado y
conocedor de los objetivos, procedimientos, métodos y resultados de las
mismas. La relación entre el personal dedicado a la supervisión y quienes
realizan las calibraciones o las mediciones, deberá ser tal que asegure una
adecuada supervisión y control.
La organizaciín y la distribución de las responsabilidades del laboratorio
constará en un documento el cual estará en todo momento disponible y
actualizado.
El laboratorio deberá ¡ealizar las calibraciones y mediciones, según una
norma técnica o documento técnico validado científicamente.
Cada una de las personas del laboratorio que realice actividades que afecten
la calidad de las calibraciones o mediciones deberá tener definido por escrito
sus funciones y responsabilidades. Deberán identificarse las personas
responsables. Deberán identificarse las personas responsables y sus
sustitutos en caso de ausencia.
Entre otras deberán identificarse las personas responsables de:
- Aseguramiento de Calidad
- Formación, entrenamiento y calificación de Personal.
- Mantenimiento de los equipos e instrumentos de medición.
- Calibración Interna.
- Mantenimiento de las condiciones ambientales.
- Control de Documentos y archivo de registros.
Ejecución y supervisión de las mediciones y calibraciones.
Elaboración, revisión y aprobación de los certificados de calibración.
Deberá existir un organigrama actualizado que refleje claramente
organización del laboratorio, los niveles de relación, autoridad
responsabilidad.
El organigrama debe incluir toda la organización y no sólo la unidad técnica
que solicite la acreditación. Deben existir organigramas parciales de cada
sección o departamento.
El laboratorio deberá tener un responsable general de todas las operaciones
técnicas del laboratorio así como del sistema de calidad y su
implementación. El responsable del sistema de calidad deberá tener acceso
al más alto nivel de administración donde las decisiones sobre políticas y
recursos del laboratorio son tomadas. En los laboratorios cuya organización
lo permita, los cargos de representante autorizado y jefe de laboratorio
podrán se desempeñados por la misma persona.
El laboratorio deberá tener políticas y procedimientos documentados para
asegurar la protección de la información confidencial de los clientes y los
derechos del propietario.
la
7. PERSONAL
El laboratorio debe contar con el personal necesario para llevar a cabo las
calibraciones o mediciones, en el área o las áreas en las que solicita
acreditación, el cual contará con la debida titulación, formación,
conocimientos técnicos y experiencia adecuada para el desempeño de las
funciones asignadas.
El laboratorio asegurará la formación, entrenamiento y actualización
permanente de su personal.
El laboratorio debe mantener actualizadas las informaciones relativas a la
calificación, la formación y la experiencia de su personaltécnico.
El laboratorio deberá establecer claramente y definir por escrito todo lo
relativo a:
- Los requisitos de formación, entrenamiento específico, experiencia,
habilidad profesional y la descripción del puesto de trabajo, incluyendo
sus líneas de relación, autoridad y responsabilidad.
- Las medidas adoptadas para garantizar que únicamente las
personas con la debida calificación desempeñen las funciones
encomendadas.
- Garantizar que todo el personal que realice los ensayos, las
calibraciones o las mediciones, esté calificado, entendiendo por
calificación, el reconocimiento formal de la capacidad de una persona
para ejecutar correctamente la actividad que le sea asignada.
- Procedimientos para monitorear el desempeño del personal técnico
del laboratorio y chequear la validez de los resultados producidos por
el laboratorio.
- Procedimientos para la selección de las personas a las cuales se les
auto¡izará firmar los informes de ensayo, o los certificados de
calibración, del laboratorio acreditado.
8. INSTALAGIONES Y GONDIGIONES AMBIENTALES
8.1 lnstalaciones:
Las instalaciones del laboratorio deben ser compatibles con los
niveles de tolerancia de las mediciones (capacidad óptima de medida)
para las cuales se solicita Ia acreditación.
Debe darse especial énfasis a detalles como espacio, iluminación y
temperatura, mesas de trabajo y espacio para almacenamiento.
La construcción y acabados internos como paredes, piso y techo
deben ser compatibles con el control ambiental exigido.
El laboratorio debe estar situado lejos de fuentes de vibraciones,
choques mecánicos y fuentes de interferencia electromagnética. Las
instalaciones deben estar libres de polvo, humedad, vapores ruido y
humedad. Guando la localización del Iaboratorio no sea la ideal,
deben ser usados los medios de aislamiento local, para eliminar los
efectos de las condiciones externas adversas. Las instalaciones de
aire acondicionado pueden ser una fuente de vibraciones y ruidos, por
lo tanto es preferible localizarlas fuera o aislarlas de modo eficiente del
área de trabajo del laboratorio.
Las instalaciones serán lo suficientemente espaciosas. El mobiliario y
equipos deben estar dispuestos de tal forma que la manipulación de
kis instrumentos de medición sea fácil, reduciendo al mínimo las
posibilidades de daño de los instrumentos o riesgo para la integridad
física de los operarios.
Debe haber espacio suficiente para la ubicación adecuada del
operario de forma que pueda observar y registrar los resultados de las
mediciones con la facilidad y precisión necesarias.
La ubicación y el espacio que ocupa el laboratorio debe estar
perfectamente definido y su distribución interna contemplará por lo
menos cuatro áreas:
- Areas de recepción de instrumentos de medición.
- Area de medición o calibración.
- Area para almacenamiento de los instrumentos de medición
calibrados.
- Area para oficina deljefe de laboratorio y archivo.
Se debe controlar y restringir el acceso y uso de todas las áreas que
puedan afectar la calidad de actividades de medición o calibración; se
establecerán condiciones para la entrada de personas ajenas al
laboratorio.
El laboratorio deberá definir los requisitos para acceder a los locales
en donde se realicen las calibraciones, o las mediciones, a fin de:
- Salvaguardar la confidencialidad de los ensayos, las
calibraciones o las mediciones que realiza.
- Garantizar en todo momento el mantenimiento de las
condiciones ambientales establecidas.
- Prevenir cualquier acto que pueda falsear los resultados de
las calibraciones o las mediciones.
Se deben tomar las medidas adecuadas para asegurar el buen
mantenimiento y limpieza en los laboratorios de metrología. Estas medidas
variarán de un laboratorio a otro, pero lo siguiente son los ejemplos típicos
de lo que se puede requerir:
- Instrucciones generales fácilmente accesibles a todo el personal
referentes a la operación del laboratorio.
- Reglas de higiene y seguridad bien definidas para el buen
fu ncionamiento del laboratorio.
- Disposiciones para asegurar que las construcciones, reparaciones o
trabajos de mantenimiento, que forzosamente se lleven a cabo en el
laboratorio no perjudiquen las funciones del mismo.
- Suministrar ropa de protección adecuada, para el personal del
laboratorio y visitantes en el caso de que sea necesario.
- Establecer un pro grama de limpieza del laboratorio en la forma
adecuada para su función.
- Establecer prácticas de seguridad y de conservación ambiental
adecuadas.
Es responsabilidad del laboratorio cumplir con los requisitos legales sobre
salud y seguridad relevantes.
Otras actividades diferentes de aquellas para las cuales fue concedida la
acreditación pueden ser realizadas en el área del laboratorio, siempre que no
afecten las condiciones ambientales. Actividades que puedan provocar su
ciedad, polvo, choques, vibraciones o daños de cualquier naturaleza deben
ser evitados.
Todos Ios servicio necesarios deben estar convenientemente dispuestos
para cumplir con los propósitos de la medición. El suministro de energía
debe ser estabilizado de manera adecuada en el punto de entrada del
laboratorio, con el fin de minimizar interferencias externas, como
sobrecargas y fluctuaciones. Los generadores de emergencia deben ser
instalados en un sitio separado de las áreas en donde se realizan las
mediciones. En todos los casos en que los servicios , por ejemplo
electricidad, gas, aire comprimido, entre otros, puedan afectar críticamente
los resultados de las mediciones, es necesario contar con los procedimientos
y medios de monitoreo específicos para el control de tales suministros.
8.2 Gondiciones am bientales
Cuando se realiza una medición o la calibración de un instrumento de
medición, es importante tener presente, la necesidad de mantener
controladas las condiciones ambientales dentro de las cuales se realiza la
medición o la calibración. S¡ estas no son las mismas, al repetir la
calibración de un instrumento, las variables introducidas pueden crear una
substancial incertidumbre en los resultados. Por lo anterior es obvia la
neces¡dad de conocer y mantener estables los factores ambientales
asociados con los diferentes topos de patrones e instrumentos de medición.
Adicionalmente esto ayudará a reducir el número de correcciones
necesarias, para aquellas mediciones que son afectadas por condiciones
ambientales adversas.
Las condiciones ambientales en que se lleven a cabo las calibraciones o Ias
mediciones, no deben afectar o invalidar Ios resultados de estas,
especialmente cuando estas se efectúen en lugares distintos a las
i nstalaciones del laboratorio.
Cuando sea necesario deberán ser instalados controles de temperatura y
humedad conjuntamente con dispositivos para el monitoreo, control y
registro de las condiciones ambientales. Estos registros proporcionarán
evidencia de que las condiciones ambientales son mantenidas
continuamente dentro de los límites prescritos.
Dependiendo del grado de exactitud y repetibilidad deseado en las
mediciones, las recomendaciones de control ambiental para un laboratorio
de metrología serán más o menos estrictas. Los laboratorios que
pretendan lograr un buen nivel de exactitud en sus mediciones deberán tener
en cuenta las siguientes recomendaciones:
- La humedad en el interior del laboratorio no debe estar por
encima del punto de condensación. La humedad relativa debe
ser mantenida entre el40o/o y 60%.
- El nivel de ruido acústico dentro del laboratorio no debe ser
superior a 65 dB.
- La iluminación debe ser adecuada a la naturaleza de los
servicios realizados. Un nivel de 500 a 1000 lux debe ser
normalmente previsto en los lugares de trabajo; un nivel más
elevado podrá ser exigido para ciertas tareas. El uso de
baterías o hileras de lámparas debe ser evitado en la medida
de lo posible, teniendo en cuenta que estas lámparas son
fuente de calentamiento local. Para un buen control de
temperatura la iluminación puede originar interferencias en
frecuencias del orden de 1 Mhz. Por lo tanto, deben efectuarse
chequeos regulares cuando se utiliza iluminación fluorescente,
para asegurar el nivel de interferencia exigido.
- El laboratorio debe tener una eficiente línea a tierra.
- Las condiciones de temperatura en las áreas donde se
realizan las mediciones o calibraciones deben estar dentro de
los siguientes rangos:
MEDIGIONES
Longitud, geométricas, dimensiones
Eléctricas
Fueza
Presión
D,yreza
Masa
Volumen y Densidad
Tiempo y Frecuencia
TEMPERATURA
20 0c
23oC a25oC
23 0C
20 0c
23 0C
20 0c
20 0c
24 0C
VARIAGION
+10c
+ 20c
+ 2oc
+ 2oc
+ 20c
+ 2oc
+ 20c
+ 2oc
- Para garantizar un control eficaz de la temperatura, la posición de
los difusores del aire acondicionado, como de sus controladores debe
ser tal, que evite la formación de áreas de temperatura no uniforme.
- La franja de variación de temperatura especificada, es apropiada
para la mayoría de mediciones o calibraciones, sin embargo para
mediciones de mayor nivel de exactitud, donde los efectos de
variación de temperatura contribuyen de manera relevante para el
aumento de la incertidumbre de la medición, deben ser adoptados
controles más rigurosos.
I Universidad Anlónoirr_. q., ..1,::: i - ,lr :
I -tl.illüN :::ür.. ;. . r I
- En las áreas donde se realizan mediciones eléctricas y mediciones
de tiempo y frecuencia, se debe dar la debida atención a la presencia
de materiales ferrosos, la localización de transformadores y cables
que puedan originar campos magnéticos indeseables. Estos
laboratorios deberán dotar el sistema de alimentación de sus equipos
con dispositivos de seguridad contra corto circuito, caídas de tensión,
etc.
La División de Metrología de la Superintendencia de Industria y Comercio,
podrá especificar otras exigencias adicionales para la realización de ciertas
mediciones o calibraciones específicas.
9. EQUIPOS
El laboratorio estará provisto de todos los instrumentos de medición y
equipos necesarios para la correcta ejecución de las calibraciones, o las
mediciones para los cuales solicita la acreditación.
La palabra "equipo" abarca entre otros lo siguiente:
-lnstrumentos de medición.
-Patrones primarios y patrones de trabajo.
-Equipos auxiliares (Cámaras climáticas, Hornos, Baños térmicos,
etc.)
Cuando se utilicen equipos diferentes a los requeridos por el procedimiento
de calibración o método de medición establecido deberá existir un estudio
comparativo que demuestre la equivalencia de los métodos o
procedimientos.
Todos los instrumentos de medición y equipos del laboratorio de metrología
deberán ser calibrados antes de ser puestos en servicio y se les dará el
manten i miento preventivo y correctivo necesario.
Los procedimientos de operación y mantenimiento de los instrumentos de
medición y equipos y accesorios deben estar disponibles para todo el
personal operativo del laboratorio.
El laboratorio dispondrá por escrito de planes de mantenimiento y calibración
que cubran todos sus instrumentos de medición y equipos, definiendo las
actividades a realizar y su periodicidad.
Cualquier instrumento de medición o equipo que haya sufrido una
sobrecarga o haya sido objeto de un uso inadecuado o proporcione
resultados dudosos, deberá ser puesto fuera de seryicio, claramente
etiquetado y almacenado en un lugar específico, hasta que haya sido
reparado y se confirme por calibración que su desempeño es satisfactorio.
El laboratorio deberá evaluar los efectos de este defecto, en las
calibraciones o mediciones precedentes.
Se debe llevar y tener siempre actualizado, un registro por cada uno de los
equipos de medición y ensayo que posea el laboratorio. Este registro debe
comprender los datos siguientes:
-El nombre del equipo;
-El nombre delfabricante, la identificación del tipo o modelo, y el
número de serie;
-Clave de identificación o número de inventario.
-La fecha de recepción y la fecha de puesta en servicio;
-El emplazamiento habitual, si aplica;
-Su estado cuando fue incorporado (por ejemplo, nuevo, usado,
reacondicionado);
-Copia de las instrucciones delfabricante, cuando estén disponibles;
-Fecha y resultados de las calibraciones y los controles periódicos y
fechas de la siguiente calibración y revisión;
-Detalles sobre el mantenimiento realizado y planeado para elfuturo;
-Historial del equipo, indicando cualquier daño, mal funcionamiento,
modificación o reparación.
Los instrumentos de medición y equipos deberán tener un número o clave de
identificación o de inventario como marca permanente, además de una
etiqueta o estampilla, de ser posible sobre el instrumento, la cual debe
indicar la fecha de la última calibración ylo la fecha en la que deberá
realizarse la siguiente.
10. METODOS DE GALIBRAGION O MEDIGION Y SUS
PROCEDIMIENTOS
El laboratorio dispondrá de las adecuadas instrucciones escritas sobre la
utilización y el funcionamiento de todos los equipos e instrumentos de
medición pertinentes; sobre la preparación y manejo de los instrumentos de
medición sometidos a la calibración o medición y sobre las técnicas, métodos
o procedimientos de calibración o de medición, normalizadas, cuando la
ausencia de estas instrucciones pudiera comprometer la eficacia de la
calibración o la medición.
Todas las instrucciones, normas, mas usuales y datos de referencia útiles
para el trabajo del laboratorio se mantendrán al día y serán fácilmente
accesibles al personal.
Los métodos de medición deben ser seleccionados de acuerdo a las
características del equipo de laboratorio y del instrumento a medir, tomando
como referencia métodos utilizados vigentes de organismos nacionales o
internacionales. Esta especificación técnica debe estar a disposición del
personal que realiza la medición o calibración.
Ef faboratorio rechazará solicitudes para realizar calibraciones o mediciones,
según métodos que puedan comprometer la objetividad de los resultados o
que tengan una validez dudosa.
Cuando sea necesario emplear métodos y procedimientos d medición o
calibración que no se haya normalizado, debe presentarse evidencia objetiva
de que están plenamente documentados o validados, (es decir que pueden
ser reproducibles). Si el método fue desarrollado por el laboratorio, éste se
acompañará del análisis estadístico de reproducibilidad y repetibilidad del
método en cuestión.
Cada uno de los métodos debe contemplar, donde sea aplicable, los
siguientes puntos:
-Título
-Objetivo
-Campo de aplicación
-Generalidades
-Equipo e instrumentos de medición utilizados
-Condiciones ambientales
-Procedimiento
-Fórmulas de cálculo para resultados y correcciones
-l nterpretación de resultados
-lndices de reproducibilidad y repetibilidad
-Bibliografía o Referencias
Todos los cálculos manuales o transferencias de datos deberán someterse a
verificaciones apropiadas para minimizarla posibilidad de errores.
Si los resultados provienen de técnicas informáticas de procesamiento de
datos, el sistema deberá tener fiabilidad y estabilidad apropiada para que la
exactitud de los resultados no quede comprometida. Esto implica que el
sistema deberá tener la capacidad de detectar fallos eventuales durante la
ejecución del programa y tomar las medidas adecuadas.
11. SISTEMA DE CALIDAD
El laboratorio tendrá implantado un sistema de calidad apropiado al tipo,
alcance y volumen de sus actividades. Los elementos de este sistema
estarán descritos en un manual de calidad que será mantenido al día por un
miembro responsable del laboratorio, designado por la dirección del mismo.
El manual de calidad deberá contener como mínimo:
a) Una declaración que exprese la política de la calidad;
b) La estructura de la organización del laboratorio (organigrama);
c) Las actividades funcionales y operacionales relativas a la
calidad, de manera que cada persona afectada conozca la
extensión y limites de su responsabilidad;
d) Procedimientos de aseguramiento de calidad específicos;
e) Según el caso, una referencia a los procedimientos de
aseguramiento de calidad específicos de cada calibración o
medición;
f) La "capacidad óptima de medida" del laboratorio en las
diferentes áreas de calibración o medición;
g) Listado de los patrones de referencia e instrumentos de
medición principales del laboratorio;
h) Cuando sea necesario, una referencia a las pruebas de aptitud,
estabilidad de los patrones de referencia, etc;
i) Las disposiciones adecuadas relativas a información sobre
seguimiento de las calibraciones y mediciones y sobre acciones
correctivas cuando se detecten anomalías en el curso de las
calibraciones o las mediciones;
12.
j) Un procedimiento para el tratamiento de las reclamaciones o no
conformidades;
El sistema de calidad será revisado sistemática y periódicamente por la
dirección del laboratorio, con el fin de asegurar su eficacia permanente y, en
caso necesario, iniciar las acciones correctivas del caso. Estas revisiones
quedarán registradas, así como los detalles de cualquier medida correctiva
que se haya tomado.
GERTIFIGADOS DE CALIBRAGION
El certificado de calibración es el documento que resume y difunde el trabajo
realizados por el laboratorio emisor, debe presentar de una forma exacta,
clara y sin ambigüedades los resultados de la calibración o las mediciones
efectuadas y cualquier otra información útil.
Los certificados de calibración pueden referenciarse a calibraciones
propiamente dichas o a mediciones, pero en todo caso, tiene la
consideración de certificados de calibración, por cuanto se refieren a
medidas de similar rigor y están sujetos a condiciones comunes.
Todo instrumento calibrado por un laboratorio de metrología acreditado, será
provisto de un certificado de calibración emitido por este, el cual deberá
contener todas y cada una de las especificaciones que se indican en éste
documento de acuerdo con los formatos que se anexan.
El número con el que se identifica el certificado de calibración deberá ser el
mismo de la estampilla de calibración que se utilizará para marcar el
instrumento. Este número será único y servirá para registrar la calibración o
medición en el sistema de información que mantiene la Superintendencia de
Industria y Comercio.
Es necesaria una identificación adecuada del elemento calibrado o medido.
La ausencia de dicha identificación determinará la imposibilidad de emisión
de un certificado de calibración. A estos efectos se tendrán en cuenta que
un mismo certificado puede referirse a varios elementos distintos, a
condición de que todos ellos tengan la misma calidad metrológica y se
calibren por el mismo método. Por tanto, la única diferencia admisible entre
ellos sería el rango de medida. Se admitirá que haya una identificación única
para un elemento colectivo (cajas: de bloques, de pesas, etc.).
Los certificados serán emitidos por lo menos en original y copia y llevarán el
nombre y Ia firma autógrafa del profesional o técnico que realizó la
calibración, y la del jefe del laboratorio. El original será entregado al
propietario del instrumento calibrado o medido, y la copia será archivada por
el laboratorio.
Las mediciones efectuadas para certificar una calibración o una medición
deberán pertenecer a las magnitudes, rangos y campos de medida
registrados como vigentes por la Superintendencia de lndustria y Comercio
para el laboratorio emisor.
Así mismo, la incertidumbre asociada a los resultados no podrá ser inferior a
la admitida y registrada durante la acreditación como "Capacidad óptima de
medida" para el laboratorio emisor. Sin embargo no se considera adecuado
usar como incertidumbre de las mediciones efectuadas, la incertidumbre
correspondiente a la capacidad óptima de medida. Es conveniente
determinarla para los diferentes instrumentos, mediciones o calibraciones.
No se emitirán certificados de calibración de elementos averiados o que, por
cualquier otra razón, el laboratorio acreditado estime que no están en
condiciones de ser calibrados. Se exceptúa el caso de los elementos
colectivos, instrumentos con escalas múltiples, u otros casos similares en los
que se admite el mal funcionamiento parcial, siempre y cuando la exclusión
de las escalas defectuosas, sea debidamente reseñada, sin ambigüedad
posible, en el certificado de calibración.
No se harán correcciones, supresiones ni adiciones a un certificado ya
emitido. Cualquier modificación que fuese necesario introducir en un
certificado ya emitido se realizará en un documento complementario,
debidamente auténtico titulado: "Modificación o Suplemento al Certificado de
Calibración No. ..."
Los certificados deberán emitirse consecutivamente de acuerdo a la
numeración de las estampillas de calibración y en riguroso orden
cronológico. Toda inobservancia de esta regla podrá acarrear la suspensión
o revocatoria de la acreditación.
Los cinco primeros días de cada mes, los laboratorios de metrología
acreditados, enviarán a la División de Metrología de la Superintendencia de
Industria y Comercio (Centro de Control de Calidad y Metrología - CCCM),
un informe o reporte de todos los certificados emitidos en el mes
inmediatamente anterior; este informe se elabora de acuerdo al formato que
se anexa.
Los certiicados de calibración solamente pueden reproducirse en su
integridad. Para reproducciones parciales se necesita el permiso escrito del
laboratorio emisor, a fin de prevenir usos inapropiados de la información
parcial.
El certicado de calibración hará la recomendación sobre el período máximo
de recalibración del instrumento de acuerdo con el documento OIML R-10,
"Recomendaciones para la determinación de intervalos de calibración o
comprobación de los equipos de medición, utilizados en laboratorios de
calibración de ensayo"; la cual quedará también registrada en las
estampillas de calibración.
REGISTROS Y ARCHIVOS
El laboratorio deberá contar con un sistema de archivo de registros que
responda a sus caracteristicas particulares y este de acuerdo con las
posibles disposiciones legales en vigor.
Deberán conservarse todas las observaciones iniciales, memorias de
cálculo, resultados derivados de éstos, registros de calibración y los
certificados de calibración emitidos por el laboratorio durante un período de
cinco (5) años.
13.
Los registros de cada calibración o medición, contendrán la información
suficientes para permitir su repetición.
El registro de la información proveniente de una medición o calibración
deberá tener en cuenta las siguientes recomendaciones.:
a) Utilizar un sistema uniforme en todas las áreas del laboratorio.
Ver formato para registro de mediciones que se anexa.
b) Registrar todas las observaciones iniciales, los resultados
parciales y finales de las mediciones y los cálculos realizados.
Estos registros se harán con tinta oscura, nunca con lápiz;
cualquier error de anotación podrá ser tachado y el valor
correcto anotado a un lado, pero nunca borrado. Cualquier
modificación de este tipo debe incluir las iniciales del técnico o
supervisor responsable que la efectuó.
c) Los registros deberán incluir la identificación del personal
encargado de la calibración o de la medición.
d) Todos los trabajos y cálculos deben ser revisados por un
supervisor competente, quienes deberán firmar las formas
correspondientes para dejar constancia de esta labor.
El laboratorio debe de contar con un sistema de control y mantenimiento de
archivo. Esto implica que el archivo debe tener información completa, en un
orden funcional, de tal manera que permita localizar cualquier información
relacionada con usuarios, certificados de calibración, registro de mediciones,
o cualquier otra información relevante. Al archivo sólo deberá tener acceso
personal autorizado.
ALMACENAMIENTO Y MANEJO DE LOS INSTRUMENTOS DE
MEDICION PRESENTADOS A GALIBRAGION O MEDIGION
Deberá aplicarse a un sistema para identificar los instrumentos de medición
a ser calibrados o medidos, mediante el uso de los documentos apropiados o
por marcado, de manera que no pueda haber confusión alguna entre la
identidad del instrumento de medición sometido a calibración y los resultados
obtenidos.
Deberán registrarse los aspectos relativos a las condiciones y estado en que
se encuentran los instrumentos de medición en el momento que son
14.
recibidos para calibración o medición y en el momento que son devueltos al
cliente.
Cuando sea necesario, deberá existir un procedimiento específico para el
almacenamiento de ciertos instrumentos de medición enviados para
calibración o medición.
En todas las fases de almacenamiento, manipulación y preparación de los
instrumentos de medición para calibración, se adoptarán precauciones para
evitar cualquier deterioro de los mismos, causados, por ejemplo por
contaminación, corrosión o por aplicación de esfuezos que pudiera invalidar
los resultados.
Se recomienda al laboratorio, como buena práctica, constituir las pólizas de
seguros necesarias para amparar cualquier daño que pueda presentarse a
los instrumentos de medición entregados para calibración o medición.
Si el procedimiento de calibración incluye ajuste del instrumento de medición,
deberá en lo posible, solicitarse al cliente una copia del manual de
mantenimiento del equipo, con el fin de garantizar que dicho ajuste se
realice en forma correcta.
16.
15. GONFIDENCIALIDAD Y SEGURIDAD
El personal del laboratorio deberá guardar secreto profesional sobre todas
las informaciones obtenidas en el desempeño de sus tareas.
El laboratorio respetará los términos y las condiciones requeridas por el
usuario de sus servicios para asegurar la confidencialidad y la seguridad de
sus prácticas.
SERVICIOS DE SOPORTE Y SUMINISTROS EXTERNOS
Cuando el laboratorio obtiene servicios de soporte y suministros extemos de
soporte a las calibraciones y mediciones que realiza deberá usar únicamente
aquellos servicios y suministros que son de la calidad adecuada para
mantener la confianza en las calibraciones o mediciones que realiza el
laboratorio.
Con el fin de asegurar la calidad de los servicios de soporte y suministros el
laboratorio deberá tener procedimientos documentados para la compra de
equipos, instrumentos de medición, materiales, suministros y servicios de
soporte, para asegurar que cumplen con los requisitos especificados. El
laboratorio deberá, siempre que sea posible, asegurarse que el equipo
comprado y los materiales de consumo que interviene en sus procesos de
calibración o medición, no sean usados hasta que no sean inspeccionados,
calibrados o revisados directamente en el laboratorio y se comprueben que
cumplen con las especificaciones relevantes.
El laboratorio debe mantener registros de todos los proveedores de quienes
obtienen los servicios de soporte o suministros requeridos para las
calibraciones o mediciones.
COOPERACION
17.1 Gooperación con los clientes
El laboratorio de Metrología acreditado ofrecerá una cooperación al cliente o
a su representante para que éste pueda definir correctamente su pedido y
resolver cualquier duda sobre los procedimientos o métodos de medición
utilizados y así mantener la confiabilidad en los trabajos que realiza el
laboratorio.
17.
Esta cooperación se refiere principalmente a:
-Permitir el acceso del cliente, o de su representante, a los sectores
del laboratorio donde se ejecutan las mediciones o calibraciones para
presenciarlos. Se entiende que tal acceso no debe perturbar en
ningún caso el buen desarrollo de los trabajos del laboratorio, ni las
reglas de confidencialidad relativas a los trabajos realizados para otros
clientes, ni perjudicar la seguridad.
-El laboratorio deberá disponer de un procedimiento específico para el
tratamiento de las reclamaciones. Este procedimiento será por escrito
y estará disponible para cuando se solicite.
-Existirá un registro con todas las reclamaciones recibidas y de las
acciones tomadas por el laboratorio para su solución.
-Siempre que una queja o cualquier otra circunstancia, dé lugar a
dudas concernientes a la "capacidad óptima de medida" del
laboratorio o los requisitos establecidos por este documento, el
laboratorio debe aseguar que aquellas áreas de actividad y
responsabilidad involucradas son inmediatamentesupervisadaso
editadas de acuerdo a lo establecido en este documento.
17.2 Gooperación con otros laboratorios y con los organismos de
normalización o reglamentación.
Los laboratorios deberán participar, cuando sea apropiado, en la
elaboración de las normas nacionales o en la revisión de normas
internacionales en el área de la metrología en que están acreditados.
Los laboratorios deberán tomar parte, cuando sea adecuado, en el
intercambio de información con otros laboratorios que desarrollan
actividades en el mismo campo técnico, con el objeto de disponer de
procedimientos de medición o de calibración uniformes y para mejorar
o mantener Ia calidad de los mismos.
Con el fin de mantener la exactitud requerida, cuando sea necesario, se
organizará regularmente una comparación de resultados, mediante prueba
de intercomparación de mediciones.
18. TRAZABILIDAD DE LAS MEDIGIONES
Los instrumentos de medición utilizados en el laboratorio, deberán calibarse
antes de la puesta en servicio a intervalos regulares de tiempo de acuerdo a
un "plan de calibración" establecido. Para este propósito debe consultarse el
Documento OINL R-10, "recomendaciones para la determinaciÓn de
intervalos de calibración o comprobación de los equipos de medición,
utilizados en laboratorios de calibración y de ensayo".
El "plan de calibración" debe consevirse y aplicarse de forma que pueda
asegurarse la trazabilidad de las medidas efectuadas por el laboratorio con
relación a patrones nacionales o internacionales.
La planificación de la calibración sistemática y organizada del total de los
patrones, instrumentos de medición o medidas materializadas, de un
laboratorio de metrología, recibe el nombre de "plan de calibración", y es una
secuencia de operaciones y cálculos imprescindibles para poder estimar la
incertidumbre con que se efectuan las mediciones.
La duración del intervalo de tiempo que transcurre hasta volver a calibrar
cada instrumento, sea de calibración externa o interna, deberá constar en el
Certificado de Calibración. Sobrepasar este intervalo sin recalibrar los
instrumentos de medición que requieren calibración extema, oon llevaría a la
suspensión de la acreditación y por lo tanto el laboratorio no podrá emitir
certificados de calibración en el área respectiva.
Los patrones de referencia de un laboratorio de metrología deben ser
calibrados por la División de Metrología de la Superintendencia de Industria y
Comercio (CCM) o por el organismo competente que posea los Patrones
Nacionales de Referencia, para garantizar la trazabilidad de las mediciones
hasta el patrón primario del Sistema Internacional de Unidades (Sl).
En el caso de no existir en Colombia, Patrones Nacionales de Referencia
técnicamente válidos y oficialmente declarados como tales, el laboratorio
solicitante de la acreditación podrá establecer sus líneas de trazabilidad con
los patrones primarios, por intermedio de Laboratorios Nacionales de
Referencia de otros países o laboratorios de metrología reconocidos
internacionalmente. La Superintendencia de Industria y Comercio por
intermedio de su División de Metrologia (CGCM), evaluará la validez de la
cadena de trazabilidad propuesta y presentará su informe al Consejo
Técnico Asesor parala Acreditación. Los certificados de calibración emitidos
por esos laboratorios, deberán en su cláusula de trazabilidad, describir
claramente la trazabilidad de Ios patrones utilizados con los patrones
primarios y la incertidumbre mínima de los patrones utilizados,
adicionalmente se deberá anexar el certificado emitido por la entidad
internacional encargada de Ia calibración de los patrones de referencia del
Iaboratorio.
19.
Los patrones de referencia a cargo del laboratorio solo se utilizará para la
calibración de los instrumentos de medición en servicio, excluyéndose
cualquier otro uso.
Cuando procedan los instrumentos de medición utilizados en la calibración o
medición estarán sometidos comprobaciones en servicio, entre las
cal ibraciones periódicas.
GAPACIDAD OPTIMA DE MEDIDA
Se IIama "capacidad óptima de medida", para cada magnitud a medir y para
cada campo de medida, la incertidumbre que se puede asignar a un
laboratorio de metrología.
Esta incertidumbre será determinada mediante la evaluación de todos los
posibles factores, razonablemente esperados, que contribuyan a la
incertidumbre, según el método de medición utilizados y será comprobada
mediante los resultados de una o varias comparaciones de mediciones
trazables.
En la evaluación de la competencia de los laboratorios de metrología, la
"capacidad óptima de medida" deberá determinarse para cada magnitud y
campo de medida especificado.
La capacidad óptima de medida de cada laboratorio se publicará en el
catalogo de posibilidades de calibración que publicará la Superintendencia
de Industria y Comercio y deberá ser objeto de revisión en cada visita de
control o seguimiento que se efectúe a los laboratorios.
Es obligación del laboratorio de metrología acreditado informar a la
Superintendencia de Industria y Gomercio, sobre cualquier variación que se
produzca respecto a su "capacidad óptima de medida" y que revista carácter
permanente. A estos efectos se considera permanente una variación cuya
duración previsible sea superior a seis meses. La Superintendencia de
Industria y Comercio procederá a suspender la acreditación en esta área
específica y registrar esta variación en el sistema de información.
CERTIFICADO DEGALIBRACION
Certificate of Gal ibration
Superintendencia de Industriay Gomercio
Número:Number
LABORATORIO :
Laboratory
DIREGGION :
Address
INSTRUMENTO :
Apparatus
FABRICANTE :
Manufacturer
MODELO :
Model
NUMERO DE SERIE :
Serial Number
SOLIGITANTE :
Customer
FECHA DE CALIBRAGION :
Date of calibration
NUMERO DE PAGINAS DEL CERTIFICADO INGLUYENDO ANEXOS :
Number of pages of this certificate and Documents Attached
Este laboratorio es supervisado y controlado por la División de la Superintendencia deIndustria y Comercio (CGCM), para asegurar el mantenimiento de la trazabilidad de lospatrones de referencia del laboratorio con los correspondientes Patrones Nacionales olnternacionales
This laboratory is under surveillance and control by the Metrology Division of the Superintendencia deIndustria y Comercio (CCCM), in order to ensure keeping of the traceability of reference standars usedin the laboratory with corresponding National and Intemational Standars.
Este certificado se expide de acuerdo con las condiciones de aprobación otorgadas por laSuperintendencia de lndustria y Comercio, y expresa fielmente el resultado de las medicionesrealizadas. No podrá ser reproducido parcialmente, excepto cuando se haya obtenidopreviamente permiso por escrito del laboratorio que lo emite.
This certificate is issuued according to the conditions for aproval of the Superintendencia de lndustria yComercio de Colombia, and it is an accurate record of the results of measurements performed. ThisCertificate may not be partially reproduced, except with the prior written permission of the issuinglaboratory.
CERTIF]CADO DE CALIBRACION NO. Página No. deLaboratorio XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
ESQUEMA DEL CONTENIDO DEL GERTIFICADO DE CALIBRAGION:
r) slTto DONDE sE REALIZA LA CALIBRACION O MEDIGION:En caso que sea diferente de la dirección del laboratorio.
2l TRABAJO REALIZADO:
3) METODO DE MEDIGION:
4l RESULTADOS DE MEDICION (o GALIBRAGION):
5) TRAZABILIDAD:
6) OBSERVAGTONES:
F|RMA (S) AUTORTZADA (S)Autorized signatory fies)
EIaboró: Revisó:
(Espacio para la firma)
(Nombre).ffi (Nombre).W(Cargo) Jefe de Laboratorio
Los resultados contenidos en el presente certificado se refieren al momento y condiciones enque se realizaron las mediciones. El laboratorio que lo emite no se responsabiliza de losperjuicios que puedan derivarse del uso inadecuado de los instrumentos calibrados.
The results of this refer to the moment and conditions in wich the measurements were made. Theissuing Laboratory assumes no responsabilig for damages ensuing misuse of the calibratedinstruments.
FORMATO PARA REGISTRO DE MEDICIONES O GALIBRAGIONES
Gertificado No.
Fecha: Pág No._ de
Laboratorio:
Registro No. :
Solicitante:
Area:
Obieto a medir :
Instrumento utilizado :
MEDIGIONES :
Elaboró: Revisó :
FORMATO INFORME CERTIFICADOS DE CALIBRACION EMITIDOS
Giudad y Fecha
Laboratorio Acreditado :
Período:
Registro No.:
Página No. _ de
Elaboró: Gargo:
Gertificados: No.: aNo.
No. Cert. FECHA SOLICITANTE INSTRUMENTO CLASE OMM/DD/AA INCERTIDUMBRE
Vo. Bo. Jefe de Laboratorio :
(Firma y sello)
