CALIBRACION

De acuerdo con el Vocabulario Internacional de Metrología (VIM), se entiende por calibración lo siguiente: “Conjunto de operaciones que establecen, en unas condiciones especificadas, la relación que existe entre los valores indicados por un instrumento o sistema de medida, o los valores representados por una medida materializada, y los correspondientes calores conocidos de una magnitud medida”.

Por tanto para calibrar un instrumento es preciso disponer de otro que posea mayor precisión, y que nos proporcione el valor “convencionalmente verdadero”, al aplicar sucesivamente la comparación cada vez ascendiendo a patrones de mayor precisión y más próximos al patrón referencia, establecemos la trazabilidad del instrumento y por tanto de las medidas que con él se efectúen al poder otorgarle una incertidumbre conocida.

La determinación de la incertidumbre de las medidas de un instrumento no puede hacerse con rigor metrológico si el instrumente no se calibra periódicamente.

La finalidad de la calibración es poner de manifiesto las discrepancias que existen entre el instrumento o el patrón que se está calibrando “el calibrado” y un elemento de referencia con características metrológicas estables y conocidas.

La calibración es una operación imprescindible para el establecimiento de la trazabilidad de los instrumentos industriales de medida, aunque la información de la calibración debe ser complementada por otra relacionada con las condiciones de utilización de dicho instrumento o patrón, para poder asignar una incertidumbre final a los resultados de la medida.1

Patrón.

Objeto o instrumento que permite materializar y reproducir una unidad de medida o bien un múltiplo o submúltiplo de ella.

Los patrones desde el punto de vista operativo pueden ser:

Patrones primarios: También llamados fundamentales o básicos, son los que materializan y reproducen las unidades básicas del SI de acuerdo con su propia definición.

Patrones secundarios: Son aquellos cuyo valor se fija por comparación con un patrón primario y que se utiliza para la calibración de otros patrones o instrumentos.

1 MORO PIÑERO, María. Metrología: Introducción, conceptos e instrumentos. Oviedo. Publicaciones Universidad de Oviedo. 2000. 188p.

Patrón de referencia: Es aquel que posee el mayor rango. Ocupa el vértice en la pirámide metrológica, bien sea de una nación, de un laboratorio o de un centro de medición y se utiliza para calibrar los que están bajo él, ya se trate de otros patrones o de instrumentos de la magnitud que se materializa.2

Trazabilidad.

Es por definición recogida en el Vocabulario Internacional de Metrología (VIM) la “Propiedad del resultado de una medida o de un patrón que le permite relacionarlo con referencias determinadas, generalmente nacionales o internacionales, a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones todas ellas con incertidumbres determinadas”.

La correcta trazabilidad de un laboratorio metrológico es garantía de los resultados que éste proporciona y de las incertidumbres que asigna a los mismos.

La trazabilidad se consigue por medio del mantenimiento de un plan de calibración permanente y también por medio de la periódica participación en intercomparaciones de medidas.3

HIGROMETROS

La humedad atmosférica es la cantidad de vapor de agua que contiene el aire. Se denomina humedad relativa del aire al cociente entre la cantidad de aire contenido y la cantidad que debería contener para alcanzar el punto de saturación (todo ello para una determinada temperatura, ya que si la temperatura disminuye se necesita menos cantidad de vapor para alcanzar la saturación).

La humedad relativa se expresa en % y los aparatos para medirla puedes ser dos, en este caso hablaremos de los higrómetros.

Existen diferentes tipos de higrómetros:

Higrómetros químicos. Higrómetros de condensación o punto de roció. Higrómetros de absorción. Higrómetros eléctricos.

Higrómetros químicos: Se basan en la propiedad que presentas diversos solidos de retener agua por absorción. Si se dispone de un aparato como el de la figura

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32, MORO PIÑERO, María. Metrología: Introducción, conceptos e instrumentos. Oviedo. Publicaciones Universidad de Oviedo. 2000. 188p.

relleno de un material absorbente como el gel de sílice o como el cloruro cálcico, y por el hacemos pasar un volumen perfectamente medido de aire húmedo, el vapor de agua quedara retenido en el tubo mientras que el aire continuara su camino. Si se pesa el tubo en U antes de la experiencia y después de él, la diferencia de peso será el agua retenida. Conociendo el volumen de aire que pasa, se puede expresar la humedad como kg agua / kg aire seco.

Para obtener datos más exactos se dispone de cuatro tubos en serie rellenos de la misma forma para estar seguros de que toda la humedad ha quedado retenida, el último tubo deberá pesar lo mismo antes y después de la experiencia, lo que nos indicara que se ha conseguido la máxima eliminación de vapor de agua en los tubos anteriores.

Un método practico para determinar la eficiencia del aparato, es colocar con el absorbente por ejemplo una sal de cobalto, la cual tiene un color rosado en medio húmedo, y azul si está seco, de manera que el ultimo tubo deberá permanecer siempre azul, mientras de observará avanzar un frente rosado en los otros tres.

Higrómetros de condensación o punto de roció: Este método y el anterior, son procedimientos de laboratorio; dan buena exactitud en la medida pero son demasiado lentos para ser aplicados en la industria. Está basado en el principio de Watt de la pared fría, el cual dice que si en un recinto las paredes están a distintas temperaturas, la presión parcial del vapor, no puede ser mayor que la presión de vapor correspondiente a la temperatura de la pared más fría. (Ver figura anexa) La figura muestra un recipiente en el cual una de sus paredes es metálica que contiene éter y el bulbo de un termómetro. Por el sistema hace circular aire que hará evaporarse el éter produciéndose un descenso de la temperatura.

La disminuir la temperatura, la cantidad de vapor de agua que puede retener el aire disminuye, aumentando consecuentemente su humedad relativa. Al alcanzarse la temperatura de punto de roció, el aire es incapaz de retener toda el agua que contiene y condensa sobre la pared metálica. Entonces se lee la temperatura del termómetro, que será la temperatura de roció. En un diagrama de Mollier, para una humedad relativa correspondiente a la saturación y para la temperatura de roció determinada, se busca la humedad absoluta correspondiente, como se indica en la siguiente figura. La temperatura del aire se mide directamente con otro termómetro y el punto de corte de la humedad absoluta con esta temperatura nos da la HRE.

Determinación de la HRE mediante el diagrama de Mollier.

En el caso de los higrómetros de punto de roció, la muestra se coloca en una cámara de equilibrado que contiene un pequeño espejo en el que el roció formado puede detectarse mediante celular fotoeléctricas. Dos termopares (o sensores de infrarrojos) permiten determinar la temperatura de la muestra y la del espejo al alcanzarse el punto de roció. La instalación se completa con un sistema refrigerante. Tras un tiempo de estabilización de la muestra, el aire en equilibrio con ella es impulsado contra el espejo que se va enfriando progresivamente. Al alcanzarse la temperatura del punto de roció, el vapor condensa sobre el espejo y es detectado por la celular fotoeléctrica de manera que el termopar registra la

temperatura en ese momento. Normalmente estos aparatos llevan unas tablas de doble entrada, a las que entra leyendo una temperatura seca y la de roció y dan directamente la aw.

Higrometros de absorcion: Estos instrumentos de basan en la propiedad que presentan algunos materiales solidos de variar su longitud con el contenido de humedad. Naturalmente, el contenido de humedad de los mismos dependerá directamente de la humedad relativa del ambiente. El material duele ser cabello humano o una fibra sintética poliamida. Los equipos son baratos y si se sigue un procedimiento de calibración estandarizado y un buen mantenimiento del mismo, la reproducibilidad puede llegar a ser de 0.01. Se emplean mucho en laboratorios meteorológicos, puesto que es un procedimiento más cualitativo que cuantitativo.

Higrómetros eléctricos: Se basan en los cambios de conductividad eléctrica de distintos materiales higroscópicos al equilibrarse a diferentes humedades relativas (la conductividad eléctrica varía según el material, y la cantidad de agua presente).Prácticamente se mide la intensidad de corriente que pasa cuando se aplica una tensión. La medida de la intensidad es una función de la conductividad del material y por lo tanto de la humedad relativa del aire. 4

TERMOMETRO

El termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales.

Principalmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento es fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrando en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada.

Existen diferentes tipos de termómetros entre los que están:

Termómetro de máxima y mínima: este termómetro sirve para marcar la temperatura máxima y mínima de un lapso de tiempo. Es un tubo en U, de vidrio, provisto de dos ensanchamientos en sus extremos, los cuales contienen alcohol; uno de ellos (A) lleno completamente y (B) solo en parte. El tubo contiene mercurio en su parte media.

4 MARTÍNEZ NAVARRETE, Nuria. Termodinámica y Cinética de Sistemas Alimento Entorno. Valencia. Universidad Politécnica de Valencia. 2000. 371p.

Sumergidos en alcohol, y en las dos ramas, hay dos índices metálicos que rozan las paredes los suficiente para que el alcohol pase a través de ellos, pero no el mercurio, por su mayor tensión superficie y densidad. La posición más alta que adquiere el extremo inferior del índice de la rama D, posición en la cual se estabiliza, indica la temperatura máxima. La posición más alta del índice C indica la mínima.

Pasado el intervalo de tiempo en el que interesa conocer las temperaturas extremas, se bajan los índices, accionando desde el exterior con un imán, hasta que el extremo inferior de ellos quede en contacto con la superficie del mercurio.

Termómetro clínico: sirve para determinar la temperatura en el cuerpo humano. Es un termómetro de máxima. Graduado de 35 a 42 grados. Para evitar el descenso de la columna termométrica al ponerlo en contacto con el medio ambiente, lleva un estrangulamiento en la unión del depósito de mercurio y el tubo capilar. Al contraerse el mercurio la columna termométrica se rompe por la estrangulación, indicando el nivel superior del mercurio de la temperatura del individuo. Para unir las dos porciones se dan al termómetro unas bruscas sacudidas poniéndolo así a punto para funcionar de nuevo.

Termómetro clínico de mínima.

Termómetro de gas: miden variación de presión que, a volumen contante, se traducen en diferencias de nivel en una columna de mercurio. Los gases más empleados son hidrogeno y helio por la baja temperatura a la que se licúan. Se pueden emplear hasta temperaturas del orden de 200ºC, a las que el gas se difunde apreciablemente a través de las paredes del depósito que lo contienen. Su complicado manejo los restringe a los casos en que se necesitan medidas muy precisas o cuando se desea verificar otros tipos de termómetros.

Termómetro de solidos: Se aprovecha la distinta dilatación de dos láminas metálicas íntimamente unidas. El calentamiento o enfriamiento de una lámina bimetálica hace que ésta se curve en un sentido u otro. Se emplean como reguladores de temperatura conectando el extremo móvil al interruptor de un circuito de calefacción.

Par termoeléctrico: Consta de dos conductores de diferentes metales soldados en dos puntos. Poniendo una unión a temperatura conocida (hielo fundente por ejemplo) y la otra a la temperatura que se desea medir, se origina entre ambas una fuerza electromotriz cuya medida nos proporciona la diferencia de temperatura entre las uniones.

Termómetro de bulbo y capilar: Los sistemas de Bulbo y Capilar son también conocidos como sistemas termales o también sistemas volumétricos llenos. El sistema básico, incluye un sensor de temperatura, un elemento de desplazamiento del tipo Bourdon, a diafragma o a fuelle, un tramo de tubo capilar y un fluido. El sensor se encuentra ubicado en el lugar donde se debe medir la temperatura, mientras el tubo conecta el sensor al elemento de desplazamiento. El sistema está totalmente sellado para mantenerlo a volumen constante, y está lleno de un fluido que puede ser líquido o gaseoso.

El sistema termal funciona de la siguiente manera: al sufrir el bulbo un cambio de temperatura, la presión del fluido de que está lleno cambia, como se mantiene constante el volumen, dicha presión se transmite a través del tubo capilar, provocando que el elemento motriz (Bourdon), se desenrolle o enrolle obteniendo así un movimiento rotatorio en el eje del elemento motriz, movimiento que es amplificado para operar un mecanismo a base de palancas que posiciona un puntero o una plumilla de antemano calibrada en grados de temperatura.

Los efectos de las variaciones de temperatura ambiente sobre la medición de temperatura dependen de varios factores, incluyendo el tipo de sistema, su alcance de temperatura, el largo del tubo capilar y su material de construcción, el fluido de llenado y su presión, el material utilizado para el elemento de

desplazamiento, el tamaño del sensor y los requerimientos de protección de sobre rango. En los sistemas de líquido y gas, tanto el elemento de desplazamiento como el capilar pueden compensarse para estos efectos (plena compensación), o tan sólo se puede compensar el elemento de desplazamiento (compensación parcial). Puesto que los sistemas de vapor no se ven afectados por las variaciones de temperatura ambiente, no necesitan compensación.5

Termohigrómetro

Es un equipo que mide la temperatura y la humedad relativa del aire y del medio ambiente.

Los termohigrómetros se basan en sensores que miden la conductividad eléctrica de un material a distintas temperaturas y humedades.

Tipos de termohigrómetros

Según el criterio empleado podemos clasificar los termohigrómetros en diversas categorías. Según la tecnología empleada existen básicamente dos tipos de termohigrómetros:

5 BURBANO DE ERCILLA, Santiago. Física General. 32 ed. Editorial Tébar. 2003. 800p.

Termohigrómetros analógicos: emplean instrumentos analógicos, por lo que la medición viene indicada mediante esferas de agujas y escalas graduadas. Sus ventajas son que funcionan sin electricidad, su precisión y su facilidad de uso y lectura. Sus desventajas son que ofrecen pocas funciones y que únicamente permiten conocer las condiciones ambientales actuales.

Termohigrómetros digitales: son dispositivos electrónicos que cuentan con pantalla LCD y alimentación eléctrica, ya sea mediante toma de red o baterías, generalmente pilas AAA. Sus principales ventajas son la gran cantidad de funciones, su precisión, la facilidad de uso y lectura gracias a los iconos y la posibilidad de emplear sensores remotos inalámbricos. Sus inconvenientes son que dependen del suministro eléctrico y la complejidad de empleo de los modelos más avanzados.