Comparación de métodos de medición para la determinación de errores de los medidores de agua de acuerdo a la Norma NMP: 005:2011

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1 Comparación de métodos de medición para la determinación de errores de los medidores de agua de acuerdo a la Norma NMP: 005:2011 Cristian Maicelo Torres Metrólogo de Laboratorio de Flujo de Líquidos

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4 Contenido (índice) 1. Medidor de agua 2. Tipos de medidores de agua 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua: 1. Método de recolección en medidor volumétrico (modo estático), equipos e instrumentos. 2. Método de recolección en balanza (modo estático) equipos e instrumentos. 3. Método de recolección en balanza (modo dinámico) equipos e instrumentos. 4. Comparación de métodos 5. Observaciones y recomendaciones 6. Conclusiones

5 Porqué medir el volumen de agua? Con agua Sin agua Volumen de prueba Error máximo permitido Q3 = 2,500 m³/h Q2 = 0,040 m³/h Q1 = 0,025 m³/h 100 L 2,0 L 10 L 0,2 L 10 L 0,5 L

6 Porqué medir el volumen de agua? 1 m³ ó 1000 L cuesta S/. 3,0 entonces 1 L cuesta S/. 0,003 L EMP (L) Costo (S/.) Q L/h Q2 40 L/h 10 0,2 0,0006 Q1 25 L/h 10 0,5 0,0015 Medidor de agua nuevo dentro de tolerancia m³ EMP (L) Costo (S/.) Error Q3 2,500 m³/h ,2 2% Q2 0,040 m³/h ,2 2% Q1 0,025 m³/h ,0 5% Medidor de agua en uso m³ EMP (L) Costo (S/.) Error Q3 2,500 m³/h ,4 4% Q2 0,040 m³/h ,4 4% Q1 0,025 m³/h ,0 10% Medidor de agua fuera de tolerancia m³ EMP (L) Costo (S/.) Error Q3 2,500 m³/h ,0 10% Q2 0,040 m³/h ,0 10% Q1 0,025 m³/h ,0 20%

7 1. Medidor de agua Definición: Instrumento diseñado para medir continuamente, memorizar y mostrar el volumen de agua que pasa a través de un transductor de medición en condiciones medibles. OIML R 39-1 Edición 2013

8 2. Tipos de medidores de agua 2.1. Medidor inferencial o de Velocidad Chorro único Chorro múltiple Turbina 2.2. Medidor Volumétrico 2.3. Medidor ultrasónico 2.4. Medidor Electromagnético 2.5. Medidor Coriolis De todos ellos los dos primeros son los más utilizados en nuestros domicilios y en locales comerciales

9 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua El método descrito en esta parte de NMP 005 para determinar los errores de medición es el método denominado método de recolección en el cual la cantidad de agua que pasa por el medidor de agua, se colecta en uno o más recipientes colectores y su cantidad se determina volumétricamente o por pesaje. Se pueden utilizar otros métodos siempre y cuando se alcancen los niveles de exactitud de ensayo establecidos en esta parte de NMP 005. NMP 005: Gravimétrico (Sistema de pesada) Volumétrico (Tanque escalado) Estático (Inicio y para con flujo) Estático (Inicio y para sin flujo) Dinámico Pesada estática + diversor Pesada estática Pesada dinámica Medición de nivel + diversor Medición de nivel Medición de nivel dinámica

10 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua Cuáles son los niveles de exactitud? Cuando se realiza un ensayo, la incertidumbre expandida del volumen real no debe exceder de 1/5 del error máximo permisible (EMP) aplicable para la aprobación de modelo y de 1/3 del EMP aplicable para la verificación inicial y verificaciones posteriores. NMP 005: Caudal E.M.P. (%) Entre 0,9 Q3 y Q3 2,0 Entre Q2 y 1,1 Q2 2,0 Entre Q1 y 1,1 Q1 5,0 Medidor de Agua Q3 2,5 y R100 Q1 = Q3/R y Q2 = Q1x1,6 Q3 = 2,500 m³/h Q2 = 0,040 m³/h Q1 = 0,025 m³/h Volumen de prueba Error máximo permitido 100 L 2,0 L 10 L 0,2 L 10 L 0,5 L

11 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua Tanque elevado 1000 L 3.1. Método de recolección en medidor volumétrico (modo estático), equipos, accesorios e instrumentos. - Se toman las lecturas iniciales de cada medidor de agua en reposo y al finalizar la prueba las lecturas finales de cada medidor de agua en reposo. - MVP 10 L (div. Escala: 0,010 L) y 100 L (div. Escala: 0,100L) MVP 10 L MVP 100 L T P P E% = Lf Li LMV P L MVP 100 Cisterna 7000 L

12 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua Tanque elevado 1000 L 3.2. Método de recolección en medidor balanza (modo estático), equipos, accesorios e instrumentos. - Se toma lectura inicial y final de la balanza en condiciones estables (en reposo). - Balanza de 32 kg (0,1 g) y balanza de 200 kg (2 g). MVP 10 L MVP 100 L BALANZA T P P BALANZA E% = Lf Li LMV P L MVP 100 Cisterna 7000 L

13 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - Antes de utilizar la balanza se debe realizar su correcta nivelación y verificación. - Balanza de 32,100 kg con resolución de 0,0001 kg

14 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - Es importante conocer la densidad del agua utilizada a diferentes temperaturas. Densidad del agua t ( C) r (kg/m3) , , , , ,408

15 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua Tanque elevado 1000 L - Este método se encuentra en proceso de estudio 3.3. Método de recolección en balanza (modo dinámico) equipos, accesorios e instrumentos. ADQUISICIÓN DE DATOS PC MVP 10 L MVP 100 L BALANZA T P P BALANZA E% = Lf Li LMV P L MVP 100 Cisterna 7000 L

16 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - Tarjeta electrónica INACAL-LFL

17 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - Es importante realizar la verificación del conteo de pulsos y tiempo, sobre todo en tarjetas electrónicas diseñadas. - Esta verificación se realizó con contadores universales calibrados. Intervalo de tiempo Pulsos MBP Señal de inicio PC

18 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - Electrónica empleada para la adquisición de pulsos del medidor de agua INACAL-LFL

19 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - Respuesta rápida del software utilizado, envío de datos de balanza de g con resolución de 0,1 g

20 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - La Adquisición de datos se realiza una vez que el caudal de ensayo se encuentra estable. - En cada instante de pulso del medidor de agua se realiza la Adquisición de dato de la masa mediante software enviando a Excel para el registro y respectivos cáclulos.

21 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - Verificación de balanza de 200 kg con resolución de 0,002 kg - Instalación de medidores de agua. - Instalación de MVP 100 L

22 3. Métodos para la determinación del error de indicación de los medidores de agua - Adquisición de datos de balanza 200 kg, verificación de incremento de masa constante, captura de masa por cada pulsos de medidor de agua y envío de datos a Excel

23 4. Comparación de métodos - Análisis para mediciones de medidor de agua tipo volumétrico en caudal de 40 L/h con MVP de 10 L 4. Pesada Gravimétrica Estática Para medidor de agua tipo volumétrico Pesada Gravimétrica Dinámica Volumétrica estática 1 0,87 0,89 0, ,84 0,85 0,96 Grados de libertad V 1 =n V 2 =n V 3 =n Nro de mediciones n 1 4 n 2 4 n 3 4 Promedio de las mediciones x 1 0,879 x 2 0,902 x 3 0,872 Desviación estándar s 1 0,054 s 2 0,008 s 3 0,087 Según tabla de distribución F con 3 grados de libertad para el numerador y 3 grados de libertad para el denominador y con un nivel de significancia del 95% se tiene F critico: 9,2766 F= s 2 ²/s 1 ² : F debe ser 1 i i = = 3,046 3,046 0,90 0,91 0,90 Pesada Gravimétrica Estática Vs Pesada Gravimétrica Dinámica F= 0,023 = 0,15 : Sí cumple Pesada Gravimétrica Estática Vs Volumétrica Estática F= 2,594 = 1,61 : Sí cumple 0,81 0,87 1,00

24 4. Comparación de métodos - Análisis para mediciones de medidor de agua tipo volumétrico en caudal de 40 L/h con MVP de 10 L E t : coeficiente de compatibilidad El coeficiente de compatibilidad E t debe ser menor o igual a 1 E = i i Sp: Desviación estándar ponderada de dos resultados = V 1 1 V V 1 V Pesada Gravimétrica Estática Vs Pesada Gravimétrica Dinámica Sp = 0,038 Pesada Gravimétrica Estática Vs Volumétrica Estática Sp = 0,072 t critico es 2,45 según tabla G.2 de la Guía de Incertidumbre (GUM) Pesada Gravimétrica Estática Vs Pesada Gravimétrica Dinámica E t = 0,347 : Es menor que 1, es compatible Pesada Gravimétrica Estática Vs Volumétrica Estática E t = 0,056 : Es menor que 1, es compatible

25 4. Comparación de métodos - Análisis para mediciones de medidor de agua tipo volumétrico en caudal de 2500 L/h con MVP de 100 L 4. 1 Pesada Gravimétrica Estática Para medidor de agua tipo volumétrico Pesada Gravimétrica Dinámica Volumétrica estática -0,71-0,74-0,72 2-0,68-0,68-0,70 3-0,70-0,72-0,71 4-0,71-0,75-0,72 5-0,71-0,69-0,74 6-0,70-0,74-0,73 7-0,74-0,69-0,75 8-0,71-0,75-0,73 Grados de libertad V 1 =n V 2 =n V 3 =n Nro de mediciones n 1 8 n 2 8 n 3 8 Promedio de las mediciones x 1-0,708 x 2-0,719 x 3-0,724 Desviación estándar s 1 0,016 s 2 0,028 s 3 0,016 Según tabla de distribución F con 7 grados de libertad para el numerador y 7 grados de libertad para el denominador y con un nivel de significancia del 95% se tiene F critico: 3,787 F= s 2 ²/s 1 ² : F debe ser 1 i i = = 1,946 1,946 Pesada Gravimétrica Estática Vs Pesada Gravimétrica Dinámica F= 3,031 = 1,74 : Sí cumple Pesada Gravimétrica Estática Vs Volumétrica Estática F= 1,022 = 1,01 : Sí cumple

26 4. Comparación de métodos E t : coeficiente de compatibilidad El coeficiente de compatibilidad E t debe ser menor o igual a 1 E = 1 i i Sp: Desviación estándar ponderada de dos resultados = V 1 1 V V 1 V Pesada Gravimétrica Estática Vs Pesada Gravimétrica Dinámica Sp = 0,023 Pesada Gravimétrica Estática Vs Volumétrica Estática Sp = 0,016 t critico es 2,14 según tabla G.2 de la Guía de Incertidumbre (GUM) Pesada Gravimétrica Estática Vs Pesada Gravimétrica Dinámica E t = 0,473 : Es menor que 1, es compatible Pesada Gravimétrica Estática Vs Volumétrica Estática E t = 0,927 : Es menor que 1, es compatible

27 4. Comparación de métodos Volumétrico (Tanque escalado) Gravimétrico (Sistema de pesada) Medición de nivel Pesada estática Pesada dinámica Costo Tiempo de medición Incertidumbre (Ejemplo en Q3-100 L) Nivel de complejidad en la implementación EMP de la Norma NMP: Clase II Q3: ±2 % Q2: ±2 % Q1: ±5 % Bajo Alto Alto Alto Medio Bajo Alto (0,45 %) Bajo (0,15 %) Medio (0,25 %) Bajo Medio Alto Cumple Cumple Cumple EMP de la Norma NMP: Clase I Q3: ±1 % Q2: ±1 % Q1: ±3 % Clase II Q3: ±2 % Q2: ±2 % Q1: ±5 % Cumple la clase II Cumple Cumple

28 5. Observaciones y recomendaciones - Todos los instrumentos que intervienen en las mediciones deben estar calibrados y/o verificados. - Los medidores de agua tipo volumétrico no son afectos a las perturbaciones de flujo. - El medidor de agua tipo chorro múltiple está afecto a las perturbaciones del flujo, por ejemplo a la apertura rápida de la válvula de control. - Se deben utilizar las correcciones por coeficiente de dilatación del MVP utilizado. - Se deben utilizar las correcciones de la balanza utilizada. - Se debe conocer la densidad del agua a distintas temperaturas. - No se deben tomar lecturas de la balanza teniendo flujo de aire. - Se debe utilizar la corrección por empuje del aire, para ello se debe conocer la densidad del aire, la densidad de las pesas con las que se calibró la balanza, la densidad del agua. - Se debe utilizar la corrección por compresibilidad del agua.

29 6. Conclusiones - La comparación del método de medición por colección gravimétrica en modo estático y el método de medición gravimétrica en modo dinámico presentado son compatibles para el volumen de 10 L y 100 L, sin embargo este método dinámico actualmente se encuentra en proceso de evaluación ya que para estos fines no se han considerado otras fuentes de error y/o corrección. - La comparación del método de medición por colección volumétrica y por colección gravimétrica en modo estático son compatibles para el volumen de ensayo de 10 L y 100 L - Con las pruebas realizadas el metrólogo tiene la capacidad de detectar errores típicos en la determinación de errores en los medidores de agua.

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