Boletín Científico Técnico INIMET ISSN: Instituto Nacional de Investigaciones en Metrología. Cuba

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1 Boletín Científico Técnico ISSN: Instituto Nacional de Investigaciones en Metrología Cuba Espinosa Delgado, Gustavo; Hernández Apaceiro, Maritza; Franco Fernández, C. José I.; Peon Jurado, Mirian; Ramos Batista, Karel INSTALACION VOLUMETRICA PARA LA CALIBRACION DE METROS CONTADORES PATRONES DEL SERVICIO NACIONAL DE METROLOGIA Boletín Científico Técnico, núm. 2, 2007, pp Instituto Nacional de Investigaciones en Metrología Ciudad de La Habana, Cuba Disponible en: Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

2 24 INSTALACION VOLUMETRICA PARA LA CALIBRACION DE METROS CONTADORES PATRONES DEL SERVICIO NACIONAL DE METROLOGIA. Autores: Lic. Gustavo Espinosa Delgado, Jefe del Lab.de Volumen, Profesor auxiliar. Ing. Maritza Hernández Apaceiro, Especialista del Lab. Volumen, Profesor auxiliar. Dr. C. José I. Franco Fernández, Jefe de Departamento de Mediciones Mecánicas, Investigador titular, Profesor auxiliar. Téc.Mirian Peon Jurado. Téc. Karel Ramos Batista. Instituto Nacional de Investigaciones en Metrología, -ONN-CITMA RESUMEN En el presente trabajo se describe la solución práctica propuesta y aplicada por los especialistas del Laboratorio de Volumen del para la calibración de los metros contadores patrones del Servicio Nacional de Metrología (SENAMET), cuestión de vital importancia para los controles de inventarios de líquidos en nuestro país, en especial en el proceso actual de reorganización del combustible dentro de la Revolución Energética como parte de la Batalla de Ideas. INTRODUCCION Las mediciones de volumen y gasto tienen gran incidencia en las transacciones comerciales. Para nuestro país, que importa una buena parte de los recursos necesarios para su funcionamiento esto adquiere una importancia aun mayor. Los metros contadores son los instrumentos a través de las cuales se garantizan un porciento importante de las transacciones fiscales de líquidos y los aforos volumétricos de una parte considerable de los tanques de almacenamiento y por eso la calibración y verificación de los mismos son la piedra angular del control estatal sobre la exactitud de las mediciones. En el contexto de la revolución energética se han realizado una serie de acciones organizativas y de monitoreo que elevan la exigencia sobre la realización del control estatal a las mediciones. DESARROLLO PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La trazabilidad de las mediciones de volumen en nuestro país se estructura, de manera general, de la siguiente forma: A partir de juegos de masas E2, F1 y F2 y balanzas de de alta exactitud se calibran por el método gravimétrico los recipientes patrones de vidrio y metálicos (clase y 0.02) con capacidades desde 1L hasta 200 L. Estos recipientes se utilizan para la calibración y verificación de: Recipientes de almacenamiento para combustibles, líquidos alimenticios, etc. Tanques plásticos, barriles y bidones (toneles)

3 25 Aparatos distribuidores de carburantes, metros contadores de uso comercial, metros contadores patrones (master meter) flujómetros y rotámetros para líquidos. Utilizando los metros contadores patrones se aforan los recipientes para almacenar aceites, bebidas y licores, productos lácteos, productos químicos, en la industria farmacéutica y de biotecnología, recipientes de forma irregular, recipientes con aislamiento térmico, carros y ferro-cisternas de cualquier tipo y recipientes soterrados. Las mediciones de fluidos utilizando metros contadores se divide en 2 grandes grupos según los documentos técnico-normalizativos emitidos por la Organización Internacional de Metrología Legal: [1 y 2] 1. Metros contadores para agua 2. Metros contadores para otros líquidos. Desde el punto de vista de los parámetros técnicos y metrológicos un metro contador patrón para agua tiene características muy similares a uno para otros líquidos, radicando la diferencia en el momento de la selección en las características del producto que va a almacenar el tanque. Por ejemplo, un metro contador de agua puede utilizarse para aforar un recipiente soterrado que contendrá combustible, ya que será suficiente con, una vez terminado el aforo, vaciarlo totalmente. Sin embargo, un metro contador para otros líquidos, no seria recomendable utilizarlo en el aforo de recipientes en la industria farmacéutica o la de bebidas y licores porque difícilmente podrán eliminarse totalmente las trazas o los residuos de esta operación con la consiguiente afectación para los parámetros de calidad de los productos que como parte de un proceso productivo se almacenaría. [3] El esquema de jerarquía descrito se representa de forma gráfica como se muestra en la figura 1. AFORO DE TANQUES SOTERRADOS Para el almacenamiento y trasiego de combustibles, existen una serie de disposiciones legales de carácter nacional y obligatorio, referentes a la seguridad y protección del trabajo, que reglamentan la instalación y explotación de los mismos. Como resultado de lo anterior se recomienda instalar los recipientes de almacenamiento de diesel y gasolina bajo el nivel del suelo, soterrados como técnicamente se le denomina. En los recipientes de almacenamiento soterrados se almacena prácticamente el 100 % de la gasolina y el 60 % del diesel de los inventarios del país. El aforo de estos recipientes se realiza según la norma cubana NC [4] El instrumento de medición patrón que se utiliza para estos aforos y que determina en primera instancia los valores de exactitud, calidad e incertidumbre en los resultados de estas mediciones es el metro contador patrón, que esta ubicado en el siguiente Esquema de Jerarquía Nivel 4.

4 26 De otras magnitudes Cintas de medición clase 1, medidor de espesor y teodolito Masas E 2 y balanzas clase II Método gravimétrico 1. Nivel Patrón Nacional de: 1 L; 2 L; 5 L y 10 L U= ± 0,004 % 2. Nivel Método volumétrico Recipientes metálicos 2 a 200 L U= ± 0,008% OTN * OTN 3. Nivel Instalación aforo carros cisternas U=± 0,1% Recipientes metálicos clase 0,1 1 a 200 L U=± 0,1% * Instalación para contadores de agua U=± 0,1% Instalación para contadores de combustible U=± 0,1% 4. Nivel Método geométrico Contadores patrones de agua y combustible U=± 0,2% OTN Instrumentos de medición comunes de volumen (Tanques aéreos y soterrados, cristalería, ferro cisternas, distribuidores de carburante, barriles).

5 27 Históricamente se han buscado diferentes soluciones para el aforo de estos tanques pero solamente la aplicación del método volumétrico [3] ha permitido obtener resultados realmente satisfactorios. Desde principios del siglo XX y hasta los años 80, en nuestro país, el aforo se realizaba por el método geométrico [4], o sea, se tomaban las dimensiones externas del recipiente antes de soterrarlo y luego por cálculo matemático, considerando al tanque como un cuerpo cilíndrico de forma regular, se obtenía la capacidad. Este método aplicado a un tanque soterrado presenta deficiencias notable, por ejemplo: No considera la inclinación del tanque. La inclinación del tanque con respecto al eje del plano horizontal introduce errores que pueden ser considerables en la determinación de la altura del nivel de líquido y en el cálculo de los volúmenes (Ver Fig. 2) No considera las desviaciones de la vertical del tubo de medición (ver Fig. 3).Esta desviación introduce errores considerables en la determinación de la altura del nivel de liquido y en el calculo de los volúmenes No considera las deformaciones del tanque provocadas por golpes en el momento de su colocación o por las tensiones mecánicas internas y externas que sufre durante la explotación. Fig. 2 Inclinación del tanque con respecto al eje horizontal. Fig. 3 Inclinación del tubo de medición con respecto al eje vertical.

6 28 El método preferido y ampliamente extendido para los tanques soterrados es el aforo volumétrico utilizando metros contadores. Este método reproduce las condiciones de explotación del tanque y elimina las diferencias por los errores antes mencionados. Se realiza llenando el tanque con volúmenes parciales determinados y realizando mediciones de altura de nivel del líquido correspondiente al volumen acumulado, hasta su capacidad máxima. Con la adquisición de 8 metros contadores patrones de alta exactitud en el año 1985 comenzaron en nuestro país los aforos volumétricos de los tanques soterrados.de estos 8 contadores, 4 diseñados para agua y 4 para combustible diesel. La trazabilidad de los metros contadores para agua no se garantizaba de forma sustentable debido fundamentalmente a la inexistencia de un recipiente patrón con capacidad adecuada y con el nivel de exactitud requerido. SOLUCION DEL PROBLEMA A partir de la adquisición por parte de la Oficina Nacional de Normalización de un recipiente patrón con capacidad de 2500 L comenzó a instrumentarse por parte del personal técnico del Laboratorio de Volumen del la solución técnica definitiva según el método de calibración volumétrico descrito en las Recomendaciones Internacionales R117 [1] y NC-R 120 [2] de la Organización Internacional de Metrología Legal.[5] Debido a la inexistencia de locales para la instalación en las áreas del se realizo una exploración entre los Clientes que pudieran estar interesados en colaborar, recibiendo una respuesta muy positiva por parte de la Dirección, el personal técnico y los trabajadores de la Ronera Santa Cruz de la Corporación CUBARON que posibilitó realizar el montaje adecuado de la instalación, las pruebas experimentales y posteriormente la realización de calibraciones. El recipiente metálico patrón de 2500 L, que es el elemento fundamental dentro de una instalación volumétrica, fue certificado con recipientes patrones de la más alta exactitud cumpliendo con la Instrucción de calibración IC [6] del Laboratorio de Volumen del. Se realizaron en total mas de 40 calibraciones a metros contadores del SENAMET, suministrados por los fabricantes OVAL de Japón (en uso desde los años 90) y PETROL de Italia (adquiridos recientemente), principales proveedores de metros contadores al SENAMET hasta la fecha (ver los resultados en el Anexo A.) Los resultados de las calibraciones de algunos contadores no fueron satisfactorios y no coincidían con los expedidos por el fabricante. Se realizaron repeticiones minuciosas en las cuales participo el proveedor de estos contadores y se realizaron ajustes a los mismos a través de un sistema de cambio de relación en las transmisiones de los cabezales partiendo de los resultados de la calibración anteriores realizadas por nuestros especialistas.al realizar las calibraciones con las modificaciones realizadas por el fabricante se obtuvieron excelentes resultados reconocidos por este.[7] ASPECTOS IMPORTANTES RELACIONADOS CON LAS CALIBRACIONES REALIZADAS En la calibración de los contadores se realizan comprobaciones en diferentes gastos dependiendo de las características del contador, pero en todos los casos se incluirán los gastos mínimo, medio y máximo. En cada gasto se realizaran no menos de 3 pruebas. [8] El valor del error es determinado usando las siguientes ecuaciones:

7 29 E = E + E β + E α E = [(V m Vs)/ Vs] * 100, E α = α (t s t m ) * 100 E β = β (t r - t s ) *100 Donde: es el error del contador, en % E : es el error sin corregir, en % E α : es la corrección por la temperatura para el líquido de prueba, en % E β : es la corrección por la temperatura para la medida de capacidad patrón, en % V m : es el volumen indicado por el contador, en L V s : es el volumen medido en la medida de capacidad patrón, en L t s : es la temperatura media del líquido en la medida de capacidad patrón, en C t m : es la temperatura media del líquido en el contador, en C t r : es la temperatura de referencia de la medida de capacidad patrón, en C α: es el coeficiente de expansión cúbica del líquido de prueba debido a la temperatura, C -1. β: es el coeficiente de expansión cúbica de la medida de capacidad patrón debido a la temperatura, en C -1. La estimación de la incertidumbre de las mediciones se realizo de acuerdo con la ISO/GUM [9] con un factor de cobertura k =2 y con un nivel de confianza del 95%. La incertidumbre obtenida en la calibración de los contadores es de ± 0.15%. Las incertidumbres fueron evaluadas teniendo como fuentes fundamentales: Las incertidumbres de los recipientes patrones utilizados según los certificados de calibración Las incertidumbres de los termómetros instalados en el patrón y en los contadores según los certificados de calibración La incertidumbre en la determinación de los coeficientes de dilatación del metal del patrón y de líquido La incertidumbre en la determinación de los gastos y su estabilidad dentro del ± 10% La incertidumbre en las lecturas de las escalas del metro contador y del patrón. La materialización práctica de este trabajo permitió: Por primera vez garantizar la trazabilidad de los 10 metros contadores de agua patrones del SENAMET y ahorrar al país una suma considerable al no ser necesario solicitar este servicio en el extranjero Asimismo, a partir de la calibración de los metros contadores, garantizar la trazabilidad para realizar los aforos de los tanques de almacenamiento soterrados para controlar las existencias e inventarios de productos líquidos en el país, aspecto este de gran peso dentro del proceso de la actual Batalla de Ideas

8 30 Brindar servicio de calibración a metros contadores comerciales de otros clientes que lo soliciten Contar con una instalación para desarrollar investigaciones y estudios sobre el comportamiento de los metros contadores, incluido ensayos de aptitud e intercomparaciones Realizar mediante la calibración, la evaluación de los proveedores extranjeros de metros contadores al SENAMET, siendo necesario destacar que en la actualidad los mismos reconocen nuestros servicios (ver Anexo B) Fortalecer el papel del como Laboratorio Primario del SENAMET, líder en la actividad en el país, resultando avalado este servicio al ser ACREDITADO por el ONARC Abrir el camino para con una posterior inversión y algunas mejoras técnicas (por ejemplo, automatizar las válvulas) convertir la instalación en gravimétrica reduciendo notablemente los valores de incertidumbre. Los elementos fundamentales de esta conversión son un recipiente patrón de 1000 L y un juego de 3 celdas de carga patrones que ya se encuentran en el país. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] OIML Recommendation International R117 Measuring systems for liquids others than water,1996 [2] OIML Recomendación Internacional NC R120 Medidas de capacidad patrones para el ensayo de sistemas de medición con líquidos diferentes del agua [3] NC :88 Recipientes de almacenamiento. Métodos y Medios de aforo volumétrico [4] NC :81 Recipientes cilíndricos horizontales con cabezas planas circulares. Métodos y Medios de verificación. (Método geométrico) [5] Franco Fernández, J; Espinosa Delgado, G; Peón Jurado, M. Contadores Volumétricos Patrones. Boletín Científico Técnico 2002 (2): 1-9. [6] IC Instrucción de calibración para agua y otros líquidos [7] Manual de Mediciones de Caudal, Hender+Hauser, Alemania [8] Materiales del Curso Internacional de Metrología Legal aplicado a las mediciones de Volumen., [9] Guide to the expression of Uncertainty in Measurement. ISO, 1993.

9 31 Anexo A Metro contador Numero de observaciones Volumen promedio (L) Volumen Real (L) Error promedio, % Desviación típica % Observaciones OVAL Cumple OVAL 02 PETROL ,263 No cumple con los requisitos de exactitud requeridos para un metro contador patrón. No es posible el ajuste ,020 Cumple PETROL 02 (nuevo) ,018 No cumple con los requisitos de exactitud requeridos para un metro contador patrón. PETROL 02 (ajustado) ,035 Cumple

10 Anexo B 32