Información de interés

Aprovechando que estamos en la Universidad y una de sus funciones es difundir el conocimiento, en esta página se presentan someramente algunos conceptos y se contestan a algunas preguntas  relacionadas con el mundo de las calibraciones.

Lo primero que debemos tener en cuenta es que el objetivo fundamental de toda la estructura metrológica internacional es  conseguir que cuando dos personas en lugares diferentes del mundo midan el mismo mesurando (cantidad a medir), obtengan resultados compatibles (lo ideal es que fuese el mismo resultado).

Dado que la mayor parte de las transacciones económicas llevan asociadas una o varias medidas, para poder desarrollar una economía global es necesario alcanzar el objetivo de medidas compatibles, pues ofrece confianza en las transacciones económicas internacionales. Por ejemplo, si alguien quiere comprar 100 g de oro, quiere estar seguro de que no recibe menos de 100 g y el que vende quiere asegurarse de que no entrega más de 100 g.

La compatibilidad de las medidas se consigue con tres pilares básicos: Un sistema de medida común, la trazabilidad de las medidas y la determinación correcta de la incertidumbre de la medida. La trazabilidad de las medidas es precisamente lo que justifica la necesidad de la calibración de los equipos.

1. ¿Qué es la trazabilidad de una medida?.
2. ¿Qué es una calibración de un instrumento?.
3. ¿Por qué se debe calibrar un instrumento?.
4. ¿Qué equipos son los que tengo que enviar a calibrar?.
5. ¿Qué es la incertidumbre de medida?.
6. ¿Qué diferencia hay entre incertidumbre y tolerancia/especificación?.
7. ¿Cómo puedo utilizar el resultado de un certificado de calibración?.

1. ¿Qué es la trazabilidad de una medida?.

La trazabilidad es una propiedad de la medida y su definición se recoge en el vocabulario internacional de metrología, VIM, como: “Propiedad del resultado de una medida donde el resultado puede ser relacionado con una referencia a través de una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones, todas ellas con sus incertidumbres“. La referencia citada puede ser la definición de la unidad de medida o un estándar de medida.

En la figura siguente se visualiza lo que es la trazabilidad con un ejemplo sencillo de una medida de masa.

2. ¿Qué es una calibración de un instrumento?

De nuevo acudimos a la definición del VIM: “Operación que establece una
relación entre los valores de las cantidades aplicadas con sus incertidumbres
provistas por estándares de medida y las correspondientes indicaciones con sus
incertidumbres“.

Básicamente en una calibración se aplica el valor de un mensurando con incertidumbre conocida y se obtiene la indicación del instrumento, a la que se le asigna una incertidumbre que se debe calcular.

Es fácil darse cuenta que la incertidumbre del valor indicado por el instrumento será mayor que el del valor aplicado, por ello las incertidumbres van aumentando a medida que descendemos por la cadena de trazabilidad.

3. ¿Porqué se debe calibrar un instrumento?

Los instrumentos se deben calibrar por los siguientes motivos:

• Para establecer y demostrar la trazabilidad.
• Para asegurarse que las medidas realizadas por el instrumento son consistentes con las de otros.
• Para determinar la exactitud de las medidas realizadas con el mismo.
• Para establecer la fiabilidad del instrumento. Tras su calibración podremos tomar la decisión de si el instrumento se puede utilizar o no para tomar las medidas que esperamos realizar con él.

Y estos son básicamente los motivos técnicos, pero si no los ves suficientes y tienes implantada la ISO-9001, o quieres implantarla, tendrás que hacerlo por mandato imperativo pues en el apartado 7.6 ítem a) dice: “Cuando sea necesario asegurarse de la validez de los resultados, el equipo de medición debe calibrarse o verificarse, o ambos, a intervalos especificados o antes de su utilización, comparado con patrones de medición trazables a patrones de medición internacionales o nacionales“.

4. ¿Qué equipos son los que tengo que enviar a calibrar?

En principio todos los equipos con los que tenemos que realizar medidas deberían calibrarse, pues de lo contrario nunca estaremos seguros de su fiabilidad. La calibración de los equipos puede ser interna (en la empresa) o externa (en un laboratorio de calibración especializado). Los parámetros que se tienen en cuenta para decidir cuándo se calibra internamente o externamente son:

• Número de equipos iguales o similares. Si hay que calibrar muchos equipos iguales, tal vez pueda ser rentable adquirir un calibrador y calibrar externamente solo el calibrador.
• El coste del calibrador o referencia. Los calibradores son generalmente costosos y su calibración también, por lo que a la amortización del equipo hay que añadir el coste anual de su calibración. Por otra parte, un calibrador, como cualquier referencia requiere de un seguimiento que asegure su funcionamiento.
• La calibración de los equipos se hace en recintos con las condiciones ambientales controladas, por lo que hay que habilitar uno en la empresa.
• Para calibrar hace falta un procedimiento de calibración y experiencia, por lo que se requiere personal cualificado

Atendiendo a estos parámetros tenemos los siguientes casos:

• Calibración externa del mínimo número de equipos. Es el caso de empresas grandes o muy grandes donde es rentable la creación de un departamento de calibración, que trabajaría como si fuese un laboratorio de calibración externo.
• Calibración externa de todos los equipos. Es el caso de las empresas pequeñas donde al tener pocos equipos no les sale rentable comprar equipamiento para calibrar y no necesitan contratar personal cualificado. La persona encargada de la calidad solo tiene que preocuparse del plan de calibración de los equipos.
• Por último tenemos el caso intermedio donde no se llevan todos a calibrar, pues con la calibración externa de alguno de ellos se pueden calibrar internamente otros similares. Por ejemplo, si seleccionamos adecuadamente un juego de pesas, podríamos calibrar diversos tipos de balanzas.

5. ¿Qué es la incertidumbre de medida?

Otra vez tenemos que echar mano del VIM, cuya definición es; “Parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de los valores de la magnitud que se atribuyen a un mesurando, sobre la base de la información utilizada“. Esta definición se entiende en toda su dimensión cuando eres un experto en la materia, pero no creo que sea clarificadora para los neofitos, por lo que se va a intentar arrojar un poco de luz sobre ella.

Incertidumbre hace referencia a duda y cuando se hace una medida siempre tendremos una duda de si el valor que se ha medido es exactamente el valor del mesurando. Por lo que se puede afirmar que no basta con hacer la medida si no que debemos ser capaces de calcular la incertidumbre que tiene el valor de la medida. La incertidumbre de medida puede ser determinada de varias formas. El método más extendido, empleado y aceptado es el recomendado por la ISO “Guide to the expression of Uncertainty in Measurement” (GUM) y lo más recomendable es que se calcule según se establece en dicha guía.

Cuando obtienes un valor de incertidumbre de medida aplicando la GUM, puedes calcular los límites de tu error de medida, con un 95,45% de probabilidad. Veamos esto con un ejemplo donde el valor medido es 100,00 V y la incertidumbre de la medida calculada según la GUM es de 0,06 V:

Valor medido = (100,00 ± 0,06) V. El valor real estará comprendido entre 100,06 V y 99,94 V con un 95,45% de probabilidad.

Por tanto ya estamos en condiciones de decir que la incertidumbre es la medida cuantitativa de la calidad del resultado de una medida, permitiendo compararlo con otros resultados, valores de referencia, especificaciones o estándares.

El cálculo de la incertidumbre de una medida debe hacerse por necesidad, pues hay que conocer la calidad de la medida, pero tiene otras utilidades como determinar si dos o más medidas son compatibles o si una determinada cantidad se encuentra o no dentro de una tolerancia y por extensión nos permitirá decidir si un instrumento está dentro de especificaciones o no.

6. ¿Qué diferencia hay entre incertidumbre y tolerancia/especificación?.

Dado que la tolerancia, en algunos casos, se puede expresar prácticamente igual que la incertidumbre, muchos usuarios tienden a pensar que es lo mismo. La incertidumbre ya se ha visto lo que es, por lo que se va a explicar ahora qué es la tolerancia.

La tolerancia es un concepto relacionado con la metrología industrial y se debe a la imposibilidad de fabricar piezas o elementos que cumplan exactamente con las medidas nominales. La tolerancia es el margen de valores entre los que se debe encontrar la cantidad a medir para que se acepte como válida. Veamos un ejemplo de una masa de 100 g de clase M1, que según la OIML el máximo error permitido , m.e.p., es de ±5,0 mg.

Para que pertenezca a dicha clase, la pesa debe pesar más de 99,995 g y menos de 100,005 g, con total seguridad.

La cuestión es qué pasa con la incertidumbre de medida cuando medimos la pesa para saber si está dentro de clase o no. La solución nos la da la norma ISO 10576, que nos indica que a la tolerancia habrá que restarle la incertidumbre de medida para tener una seguridad del 95,45% de que la medida está dentro de tolerancia. Sigamos con el ejemplo de la pesa de 100 g M1 y supongamos que la incertidumbre de medida es de ±1,6 mg.

Para estar seguros al 95,45% de que está dentro de clase, el valor medido deberá estar comprendido entre 100 g ±3,4 mg, es decir 99,9966 g y 100,0034 g.

7. ¿Cómo puedo utilizar el resultado de un certificado de calibración?

Tenemos dos casos a considerar:

• Equipos sencillos. En el caso de equipos sencillos como pesas, resistencias, etc., donde solo se mide un solo valor de una determinada magnitud, lo normal es que el certificado te ofrezca el valor “real” y la incertidumbre de calibración. Cuando se utilice dicho equipo, se podrá emplear el valor del certificado y se tendrá en cuenta la incertidumbre.
• Equipos complejos. Es el caso de equipos que se calibran en diferentes puntos del rango de medida, como por ejemplo piés de rey, voltímetros, luxometros, etc., donde lo normal es que el instrumento mida un valor que no aparece en el certificado de calibración. En este caso tenemos dos opciones:

1. Si todos los puntos medidos de una magnitud reflejados en el certificado de calibración se encuentran dentro de las especificaciones del fabricante, se puede deducir que el valor medido también lo estará, por lo que se puede tomar el valor medido por el instrumento como valor real y la especificación como un termino del mensurando.
2. Si el valor medido se encuentra entre dos valores medidos en el certificado de calibración o cerca de uno, se puede obtener una tendencia del error cometido por el instrumento y corregirlo, por lo que el valor real será el valor corregido y la incertidumbre de dicho valor será la del certificado. Posteriormente habrá que tener en cuenta un término que contemple el posible error de interpolación.