Metrología Ciencia de las Mediciones. Sandra Marcela Rodríguez Zúñiga Laboratorio Costarricense de Metrologia

Transcripción

1 Metrología Ciencia de las Mediciones Sandra Marcela Rodríguez Zúñiga Laboratorio Costarricense de Metrologia

2 Historia de la Mediciones

3 The Royal Cubit (= 16/15 of the cubit) and its subdivions

4 Masa Sistema Métrico (SI) SIETE UNIDADES BASE Kilogramo (kg) Longitud Tiempo Metro (m) Segundo (s) Sistema Internacional de Unidades Temperatura Kelvin (K) Corriente Eléctrica Ampere (A) Cantidad de Substancia Mol (mol) Intensidad Luminosa Candela (cd)

5 Historia del Sistema Internacional Nacimiento del Sistema Métrico Decimal 1790: REVOLUCIÓN FRANCESA La academia de Ciencias de París propone un sistema de medidas para dar orden a las mediciones en Francia Sistema basado Masa y longitud A partir de ellas era posible desarrollar unidades derivadas como volumen y área

6 Historia del Sistema Internacional Universalización del Sistema Métrico Decimal: países firman un tratado internacional denominado la Convención del Metro Se forma la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) como máxima autoridad en materia de Metrología

7 Qué es la metrología? Ciencia de las mediciones y sus aplicaciones La metrología incluye todos los aspectos teóricos y prácticos de las mediciones, cualesquiera que sean su incertidumbre de medida y su campo de aplicación. 7

8 Qué es la metrología? Ciencia que se ocupa de: Mediciones Unidades de medida Equipos Calibración Confirmación Se enfoca en la calidad, uniformidad y confianza de las mediciones 8

9 Qué es la metrología? Prácticamente todas las empresas, sean grandes, medianas o pequeñas tienen necesidades metrológicas, aunque no siempre las reconocen como tales.

10 Qué es la metrología? Las empresas deben contar con buenos instrumentos para obtener medidas confiables y garantizar buenos resultados. CALIDAD Competitividad Internacional

11 Para qué sirve? Reducir rechazos y reprocesos. Aprovechar mejor las materias primas. Asegurar el cumplimiento de especificaciones.

12 Importancia de la Metrología Es la base de los conocimientos científicos, del desarrollo de la tecnología, la automatización de la industria y la normalización Respalda la calidad de la producción Asegura la intercambiabilidad de las piezas y partes Protege la salud y la seguridad del ciudadano Protege los intereses del consumidor y del país

13 Importancia de la Metrología Aumenta la confianza de los clientes. Permite asegurar la calidad del producto disminuyendo los costos por rechazos. Apoya objetivamente las decisiones de mejora. Aumenta la eficiencia en el uso de los recursos. Facilita la comparación en caso de controversia.

14 Areas Áreas de la de Metrología la metrología METROLOGÍA Metrología Legal Metrología Industrial Metrología Científica

15 Metrología Legal Comercio Metrología Legal Salud Seguridad Ambiente

16 METROLOGIA LEGAL COMERCIO ACTIVIDAD Protección del consumidor, conflicto de intereses entre vendedores y compradores, comercio internacional. SALUD Instrumentos y métodos usados en diagnóstico médico: temperatura, presión, electroencefalogramas, cardiogramas, análisis de sangre, etc. SEGURIDAD Medidores de velocidad, influencia de alcohol en conductores y trabajadores, luz, ruido, etc. AMBIENTE Resolución de conflictos en procesos que generan polución como: Industria, producción de energía, transporte, etc. Fuente : Bernard Athané, Director OIML, Metrología 2000

17 Metrología Científica Definición de los patrones Nuevos métodos de medición Nuevos equipos 30 Mantenimiento de patrones Da soporte a la metrología Legal e Industrial

18 Metrología Científica Organización y desarrollo de los Patrones y su conservación (el más alto nivel) Reloj Atómico Exactitud de 1 s en 20 millónes de años

19 Metrología Industrial Es aplicada por laboratorios de calibración acreditados que brindan servicios a la industria o por personal calificado de la industria que se encarga de llevar el control metrológico de los equipos de medición. Se encarga del adecuado funcionamiento de los instrumentos de medición usados en la industria, los procesos de producción y los laboratorios de pruebas.

20 Algunas definiciones (VIM)

21 Conceptos Metrología la ciencia de las mediciones Medir determinar la dimensión, cantidad o capacidad de algo

22 Conceptos de metrología Medición Conjunto de operaciones que tiene por objeto determinar el valor de una magnitud.

23 Conceptos AJUSTE Operación de llevar un instrumento de medición o medida materializada, hacia un estado de funcionamiento apropiados para su uso. Ejemplos Ajuste del cero de una balanza. Ajuste de la posición de una escala para llevarla a un punto determinado.

24 Calibración Conceptos Qué es la calibración? Operación que bajo condiciones especificadas establece, en una primera etapa, una relación entre los valores y sus incertidumbres de medida asociadas obtenidas a partir de los patrones de medida, y las correspondientes indicaciones con sus incertidumbres asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información para establecer una relación que permita obtener un resultado de medida a partir de una indicación

25 Conceptos Qué es la calibración? Calibración Acción de comparar lo que indica un instrumento y lo que debería indicar de acuerdo a un patrón de referencia con valor o dimensión conocida.

26 Conceptos Certificado de Calibración Tener un instrumento calibrado, significa que conocemos la diferencia entre lo que el instrumento indica y lo que debiera indicar, lo que queda establecido en el certificado de calibración.

27 Conceptos Laboratorios de Calibración Cadena ininterrumpida de comparaciones Incertidumbre Trazabilidad Documentación Personal Competente Unidades del Sistema Internacional ACREDITACIÓN Recalibración

28 Conceptos Comprobación Es una etapa posterior a la calibración, consiste en confirmar el cumplimiento de requerimientos, normalmente expresados en tolerancias, utilizando evidencia objetiva.

29 Conceptos Verificación Revisión o prueba con respecto a una norma o documento legal (reglamento técnico de cumplimiento obligatorio) para determinar si un instrumento o medio de medición cumple con las especificaciones establecidas o recomendadas. Debe existir un documento base para realizar la verificación. Ese documento puede ser : Un Reglamento Nacional Una Norma o Recomendación Internacional Una especificación del fabricante Los resultados de una verificación se expresan en un documento denominado Certificado de Verificación

30 Conceptos Preciso pero no veraz Veraz e inexacto No veraz e inexacto Preciso y veraz = exacto

31 Conceptos Trazabilidad Cadena ininterrumpida de comparaciones hasta la Unidad Base del Sistema Internacional, estableciendo todas sus incertidumbres. NMI Usted, el Usuario Fallas en la Medición

32 TRAZABILIDAD: BIPM Desde Usted hasta el BIPM Procedimientos, ensayos, mediciones, controles, calibraciones, reportes, etc Laboratorio Metrológico Primario Laboratorio Secundario Escalas, balanzas, etc... Producto

33 TRAZABILIDAD: Desde Usted hasta el BIPM TRAZABILIDAD???? Patrón de trabajo Patrón Nacional Patrón secundario Patrón primario

34 Conceptos TRAZABILIDAD Responsable Función Bases para la calibración o medición Documentos de calibración o medición Patrones Nacionales Laboratorio Nacional de Metrología LNM Mantener y diseminar los patrones nacionales Representante ante el BIPM y participante en intercomparaciones Certificado de calibración para patrones de referencia. Reportes de K.C. Patrones de Referencia Laboratorios Secundarios acreditados Salvaguardar la estructura metrológica de un país Certificados del LNM o de otro laboratorio acreditado Certificado de calibración para patrones de trabajo Patrones de Trabajo Patrones Industriales Sección de calibración en industrias Supervisión de equipo de medición para calibraciones internas Certificados del LNM o de un laboratorio acreditado Certificado de calibración de la industria, marca de calibración Equipo de Medición Todos los sectores de la industria Mediciones y ensayos como parte del sistema de control de calidad Certificado de calibración de la empresa o marca de calibración Marca de ensayo o similar

35 Estructura Nacional de la Metrología

36 Conceptos LA TRAZABILIDAD NO GARANTIZA EXACTITUD

37 Instrumentos de Medición De acuerdo a su principio de medición se clasifican en: Mecánicos Electrónicos Ópticos Neumáticos Eléctricos

38 Instrumentos de Medición Características generales de un instrumento de medición: Resolución División de escala Histéresis Clase de exactitud Sensibilidad Tiempo de respuesta

39 Errores de Medición Error por instrumento inadecuado Error por el uso de instrumentos no calibrados

40 Errores de Medición Errores de operador o por el método de medición Error por condiciones ambientales Humedad relativa Presión Gradientes de temperatura Presencia de partículas Vibraciones Ruido Campos Magnéticos Error por desgaste Falta de mantenimiento al equipo Mal uso en la zona de producción Equipo sobre utilizado

41 Dónde se requiere medir con exactitud?

42 Quién necesita mediciones exactas? TODOS!

43 Certificados de Calibración Interpretación y Usos

44 Interpretación Valor Nominal (VN) Lectura Patrón (LP) Lectura Calibrando (LC) Corrección (C) Incertidumbre (I) ± ± ± ± ±0.7

45 Uso de los certificados de Calibración -Fecha de calibración Evidencia de la calibración -Resultados del proceso -Referencia a la toma de datos

46 Uso de los certificados de Calibración -Identificación del Patrón utilizado Evidencia de la trazabilidad -Institución donde se calibraron -Alcance o nivel de exactitud

47 Uso de los certificados de Calibración Para revisar -Incertidumbre o declaración de cumplimiento -Corrección Corrección < incertidumbre

48 Uso de los certificados de Calibración Tabla de resultados Para revisar -Gráfico de errores -Relación linear -Tendencias

49 correciones, nm Gráfico de errores 0,3 0,2 0,1 0,0-0, ,2-0,3-0,4-0,5-0,6 longitud de onda, nm

50 lectura de la balanza, g Relación linear ascendente descendente patrón de masa, g

51 errores, unidades de absorbancia Tendencia 0, ,3-0, ,1-1,3 50 %t 30 %t 20 %t 10 %t longitudes de onda, nm

52 Usos 1. Determinar si los equipos de medición en el proceso están dentro de tolerancia Aplica Empresas con pocos instrumentos de medición Empresas con procesos de alta precisión Empresas con procesos de alto riesgo

53 Usos 1. Determinar si los equipos de medición en el proceso están dentro de tolerancia ± 1 Tolerancia > Corrección 3

54 Usos 2. Caracterizar los patrones internos de la empresa Aplica Empresas con muchos instrumentos de medición Empresas con sistemas de calidad implementado Empresas con personal capacitado en metrología

55 Usos 2. Caracterizar los patrones internos de la empresa Error 1 = LC (LP interno + C + I) Error 2 = LC (LP interno + C I) ± 1 3 Tolerancia > Error 1,2

56 Usos 2. Caracterizar los patrones internos de la empresa Patrón interno 3 veces mejor que los equipos de medición en el proceso Mejor resolución

57 Determinación de los Intervalos de Confirmación Metrológica

58 Factores de influencia en los Intervalos de Confirmación Tipo de equipo. Recomendación del fabricante. Información estadística de otras Calibraciones. Historial de mantenimiento y servicio. Tendencia a desgaste y desviación. Grado de severidad en el uso.

59 Factores de Influencia en los Intervalos de Confirmación Condiciones ambientales. La exactitud buscada. Las consecuencias de que se acepte como correcto un valor medida incorrecto, debido a equipo defectuoso. La frecuencia de verificación cruzada contra equipos o patrones internos. Costo.

60 Factores de Influencia en los Intervalos de Confirmación Los intervalos de calibración y confirmación deben establecerse haciendo un balance entre: El costo generado por equipos de medición fuera de tolerancia (producto no conforme). El costo de la confirmación y calibración.

61 Guía para Definir los Intervalos de Calibración y Confirmación de acuerdo OIML D-10

62 Intervalos de Confirmación y Calibración Constan de dos etapas: Definir el intervalo inicial (para equipo nuevo). Definir el intervalo subsecuente de confirmación (equipo en uso).

63 Selección del intervalo inicial de confirmación Se aplica la Intuición de Ingeniería, es decir una persona con experiencia en equipos similares y con conocimiento de las recomendaciones de los fabricantes y los intervalos utilizados por otros laboratorios hace una estimación en cuanto al lapso de tiempo en que ese instrumento se mantendrá dentro de la tolerancia después de la confirmación.

64 Selección del intervalo inicial de confirmación Es recomendable que este intervalo no sea muy amplio ya que aún no se ha determinado el comportamiento del equipo

65 Revisión de los Intervalos de Confirmación Un sistema que mantenga intervalos de confirmación sin revisar, determinados solamente por la llamada intuición de ingeniería no se considera lo suficientemente fiable

66 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Ajuste Automático o de Escalera Gráfico de Control Tiempo Calendario Tiempo de uso En servicio o Ensayo: Caja Negra

67 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Ajuste Automático o de Escalera Se aplica individualmente por equipo Cada vez que se confirma un equipo se extiende el período si se encuentra dentro de tolerancia y se reduce el período si está fuera de ella. Desventaja: Se produce un desequilibrio en la carga de confirmación y se requiere de gran planificación para cubrir todos los equipos.

68 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Gráfico de Control: Se gráfica los resultados de las confirmaciones y se analizan las tendencias. Con base en ellas se hace una proyección y se determina el tiempo necesarios para la nueva confirmación. Desventaja: Difícil de aplicar en equipo complejo. Es necesario conocer la dispersión del equipo.

69 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Tiempo calendario: Se aplica por grupos de equipos. Los equipos de medición se disponen inicialmente en grupos a partir de su similitud de construcción y de su fiabilidad esperada. Al grupo se le asigna un intervalo inicial con base en la intuición de ingeniería.

70 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Tiempo calendario: Para cada grupo de equipos se debe determinar el período idóneo. Ese período puede variarse con el tiempo. Se pueden utilizar medios estadísticos para definir los períodos de cada grupo de equipos.

71 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Tiempo calendario: Para cada grupo se lleva un control de cuantas unidades regresan de la confirmación fuera de tolerancia o requieren mantenimiento durante el período de uso. Con base en esa información se varía el intervalo de confirmación para todo el grupo de instrumentos.

72 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Tiempo de uso: Se aplica en forma individual. El tiempo para cada confirmación se expresa en horas uso del equipo, en lugar de tiempo calendario. Es especialmente útil en patrones que no sufren desgaste en los períodos de almacenamiento y cuyos costos de confirmación son excesivos. Desventaja: Debe considerarse el desgaste por almacenamiento.

73 Métodos para revisar los intervalos de confirmación En servicio o ensayo: Caja Negra Se aplica en forma individual Se verifican los parámetros críticos (en intervalos cortos, por ejemplo una vez al día) utilizando un aparto portátil de calibración o mediante una Caja Negra hecha específicamente para verificar los parámetros seleccionados. Si se encuentra que no es conforme se la aplica una confirmación completa.

74 Cómo calcular el aumento o disminución en los intervalos de calibración? Recomendación de la National Conference of Standards Laboratories (NCSL)

75 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A1 Si el instrumento está dentro de tolerancia (condición 1) se aumenta el intervalo en un factor a. Si el instrumento está fuera de tolerancia (condición 2) se disminuye el intervalo a un factor b.

76 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A1 Cuando el instrumento está dentro de tolerancia se define un a=10% (aumentar el intervalo en 10 %). Nuevo Intervalo = Intervalo Anterior * 1,1

77 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A1 Cuando el instrumento está fuera de tolerancia se define un b=55% (disminuir el intervalo a un 55 %). Nuevo Intervalo = Intervalo Anterior * 0,55

78 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A1 :ejemplo Intervalo Actual (días) Intervalo Sugerido por el Método Para Aumentar (días) Para reducir (días)

79 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A2 Está basado también en el cumplimiento de la tolerancia. Se definen tres códigos: Cero: el instrumento está dentro de tolerancia Uno: el instrumento está fuera de tolerancia. Su desvío fuera de tolerancia es menor que dos veces la tolerancia. Dos: el instrumento está fuera de tolerancia. Su desvío fuera de tolerancia es mayor que dos veces la tolerancia.

80 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A2 T o l e r a n c i a 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Código 0 Código 1 Código 2

81 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A2 Código Descripción Factor Para intrumentos con desvíos dentro de tolerancia. Para intrumentos con desvíos fuera de tolernacia, presentando valores menores que dos veces sus especificaciones. Para intrumentos con desvíos fuera de tolernacia, presentando valores mayores que dos veces sus especificaciones. + 1,18 % - 12,94 % - 20,63 %

82 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A2: Ejemplo Intervalo Actual (días) Intervalo Sugerido por el Método Código 0 (aumentar a) Código 1 (disminuir a) Código 2 (disminuir a )

83 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A3 Considera las tres últimas calibraciones y sus resultados. El intervalo puede variar a: Aumentar, reducir y reducir drásticamente, o bien puede ser mantenido en un mismo valor.

84 Métodos para revisar los intervalos de confirmación Método A3 Acción Estado de las calibraciones Acción Actual Última Anterior calibración calibración calibración Dentro Nuevo Dentro Fuera Nuevo Dentro Fuera Dentro Dentro Dentro Fuera Dentro Fuera Fuera Fuera Nuevo Fuera Dentro Nuevo Fuera Dentro Dentro Dentro Dentro Nuevo Dentro Dentro Dentro Redicir Fuera Dentro Fuera Continuar Aumentar Reducción drástica Fuera Fuera Nuevo Fuera Fuera Dentro Fuera Fuera Fuera

85 Laboratorio Costarricense de Metrología San José, Costa Rica Teléfono (506) Fax (506)