CALIBRACIÓN DE SONDAS DE HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE DE LA RED DE INFORMACIÓN AGROCLIMÁTICA DE ANDALUCÍA (RIA) José Manuel Ruiz 1 Pedro Gavilán 2 Juan Manuel de Haro 1 1 Empresa Pública Desarrollo Agrario y Pesquero, S.A. Campus Agroalimentario Alameda del Obispo, Avda. Menéndez Pidal, S/n, 14004 Córdoba, España. Tel.: 957.005900, Fax: 957.005901. 2 Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA). Área de Producción Ecológica y Recursos Naturales. Centro Alameda de Obispo. Apdo. 3092. 14080 Córdoba (España) jmrheredia@dap.es; juanm.haro.ext@juntadeandalucia.es; pedrod.gavilan@juntadeandalucia.es Resumen La Red de Información Agroclimática de Andalucía (RIA) dispone de un laboratorio de calibración como pieza fundamental para el control de la calidad de las medidas de sus sensores que permite mantenerlos dentro de los intervalos de confirmación metrológica. Este artículo describe los trabajos de calibración de las sondas de medida de la humedad relativa del aire, colocando el laboratorio de la red RIA a la vanguardia de la calibración de sensores de humedad relativa en Andalucía. El método de calibración desarrollado, se apoya en los procedimientos del Centro Español de Metrología para la calibración de medidores ambientales. 1 INTRODUCCIÓN La Red de Información Agroclimática de Andalucía esta compuesta actualmente por 100 estaciones meteorológicas automáticas repartidas por las 890.000 has de superficie de riego de Andalucía. Fue instalada entre los años 1999 y 2001 por el Ministerio de Agricultura y Pesca y es parte de un proyecto más amplio que dotó de similar infraestructura a la mayoría de las comunidades autónomas. Su objetivo final era proporcionar información meteorológica que permitiera un uso más racional del agua, mediante la adecuación del riego a las necesidades hídricas de los cultivos. En el año 2003 como consecuencia de las comprobaciones de los sensores en las revisiones periódicas de mantenimiento preventivo se detectó un deterioro progresivo de estos y se decidió implantar un laboratorio de calibración para dar cobertura metrológica a los sensores instalados en las estaciones, entre ellos las sondas de humedad relativa del aire. Los sensores de humedad relativa que se encuentran instalados en la red, son del tipo capacitivo, marca Vaisala y modelo HMP45A y HMP45AC. Actualmente el laboratorio dispone de un procedimiento flexible de calibración de sondas de humedad relativa que permite ensayar diferentes humedades relativas controladas de forma automática, lo que permite realizar calibraciones personalizadas, en función de los requerimientos del gestor de la red. Para la calibración de este instrumental de medida, que usa como principio de medición la variación de capacidad eléctrica de los materiales en función de la humedad adsorbida por los mismos, se ha desarrollado un procedimiento basado en los procedimientos del Centro Español de Metrología, en su Guía de Estimación de Incertidumbre de Medida y en las
normas ISO 10012:2003 e ISO 17025:2005. Estos sensores pueden estar montados sobre carcasas que, además, contienen medidores de temperatura, dependiendo de los modelos de los distintos fabricantes. La estabilidad de las mediciones realizadas por este tipo de sensor permite tener periodos de funcionamiento entre calibraciones sucesivas dilatados, en general se recomienda una calibración de humedad cada 2 años de operación (Campbell Scientific, 2000). Sin embargo se hace necesaria la intercomparación de las mediciones de los sensores en campo con un sensor que se ha calibrado tomando como referencia los patrones de laboratorio. De esta manera, durante las operaciones de mantenimiento preventivo de las estaciones se realiza la verificación de las mediciones para detectar aquellos sensores que pudieran fallar entre los periodos de calibración. 2 PROCEDIMIENTO DE CALIBRACION El procedimiento de calibración permite determinar el estado operacional del sensor durante el periodo de funcionamiento, para determinar los nuevos coeficientes de calibración, y, en su caso, la sustitución de las sondas debido al mal funcionamiento, El periodo de calibración en laboratorio recomendado por el fabricante es de 24 meses, siempre que no se detecten errores evidentes de medición y asumiendo que se realizan intercomparaciones rutinarias y periódicas con sensores en paralelo in situ. El procedimiento esta basado principalmente en el Procedimiento TH-007 del Centro Español de Metrología C.E.M. modificado en la obtención de los datos de referencia de humedad relativa. El método consiste en la verificación en cuatro puntos de medición (10%, 50%, 90% y 10%), mantenidos durante un intervalo de tiempo para la estabilización de las condiciones de la cámara, aunque estos puntos de ensayo son variables en función de los requerimientos del sensor y de las condiciones ambientales, pues se pueden desarrollar calibraciones personalizadas. 2.1 INSTRUMENTOS Y MATERIALES REQUERIDOS. Para la realización de la calibración de sensores de humedad se dispone del siguiente instrumental con información de trazabilidad e intervalo de confirmación metrológica: Sonda termométrica de precisión ASL-f 100 con dos sondas Calserv de 4 hilos. Ordenador con 16 puertos RS232 Cables Interface RS232 para diferentes dispositivos y ordenador Datalogger CR10X Generador de humedad Thunder 2500 Generador de humedad Mitchell Higrómetro de espejo Dew Met Software de interpretación y adquisición de datos 2500 controlog, asl software, PC208w y software de gestión de laboratorio. Elementos de limpieza 2.2 CONSIDERACIONES El calibrador esta situado en el lugar del laboratorio donde la temperatura permanece lo más estable posible. Además, esta protegido de la acción directa de los rayos solares y de las fuentes de calor. En primer lugar se chequea el punto más seco y luego los puntos de humedad mayor. La realización del procedimiento de calibración se compone de las actividades que se describen a continuación. 2
2.2.1 PREPARACÓN DE INSTRUMENTAL En primer lugar, se estabiliza la temperatura del recinto donde se realizará la calibración hasta 25ºC. Si el recinto no cuenta con elementos de regulación de temperatura, se registra la temperatura durante el procedimiento de calibración y la hora de medición. 2.2.2 REALIZACIÓN DEL ENSAYO. Preparacion 2 sensores Preparacion instrumental Siguiente punto de ensayo no Introduccion de sondas a medir y de referencia en la camara controlada Configuracion instrumental punto de ensayo nº 1 Espera de tiempo de estabilizacion Anotacion de lecturas estables 4º Paso? si Anotacion de datos del ensayo generales SALIDAS Figura.1 Diagrama de flujo de operaciones de calibración de humedad relativa. Se calibrarán simultáneamente un máximo de 2 sondas para no alterar los cálculos iniciales de la incertidumbre en la medición. Se anotan en la hoja de calibración los siguientes datos para un posterior tratamiento de la información: marca, modelo, número de serie, número de orden de ensayo y el canal al que se conecta en el datalogger. Las sondas han tenido que estar previamente en el generador de humedad controlada Mitchell a un nivel de HR menor de 10% durante al menos 1 hora. Transcurrido este tiempo se introducen en la cámara del Thunder 2500. Siempre se iniciará el ensayo con el punto de 10% de humedad (Figura 2), se esperará el tiempo necesario para su estabilización y se efectuará una captura de pantalla en la que se puedan apreciar simultáneamente todos los valores que se necesitan en la calibración. Esta captura de pantalla se utilizará para extraer los datos simultáneos de referencia y lectura de sensores necesarios para la calibración de éstos. Figura.2 Configuración del panel de control en el primer paso de ensayo. Transcurridos 5 minutos desde la primera captura se vuelve a producir otra captura de pantalla y se vuelve a repetir el proceso de anotación, para tomar los datos que permitirán observar si las medidas han sido tomadas cuando el medio generador está estabilizado o no. En caso de que los datos indiquen que el medio no está estabilizado se tomarán lecturas sucesivas espaciadas 5 minutos hasta conseguir lecturas estabilizadas. Posteriormente se fijará el siguiente punto de ensayo al 50% de humedad. Se esperará el tiempo necesario para la estabilización y se repetirá el proceso de anotación de los datos necesarios para la calibración. El mismo proceso se realizará para una humedad relativa del 90%. 3
A continuación se repetirá el punto de ensayo al 50% de humedad. Se esperará el tiempo necesario de estabilización y se repetirá el proceso de anotación de datos necesarios para la calibración. Usando este ultimo y el anterior se obtendrán los valores de incertidumbre debida a efectos de histéresis. Figura.3 Curva de humedad relativa en la cámara del generador de humedad durante el ensayo Con todos los valores resultantes de los 4 puntos estabilizados se calculará la incertidumbre relativa al ensayo para adjuntarla al dato de calibración en cada medida. Al administrador de la red se le entrega un certificado de calibración que indica el tipo de sensor, marca, modelo, número de serie, propietario y fechas de calibración, así como las condiciones de temperatura y humedad relativa del aire en el laboratorio bajo las que se realizo el ensayo. Además, se le entrega también una tabla con los resultados de corrección en la medida asociada a su incertidumbre (Tabla 1) y una gráfica que muestra la ecuación de la corrección en todo el rango de medida. (Figura 4) Tabla1. Resultados del ensayo de calibración de sondas de humedad relativa del aire PUNTO VALORES DE REFERENCIA RESULTADOS OBTENIDOS HUMEDAD RELATIVA HUMEDAD TEMPERATURA LECTURA CORRECCION INCERTIDUMBRE RELATIVA ºC %HR %HR %HR +/- %HR 1 21,30 11,1 10,8 0,3 0,5 2 21,34 50,3 48,8 1,5 1,7 3 21,38 90,3 86,9 3,4 2,6 4 21,43 50,6 48,9 1,6 1,7 Correccion 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00-2,00 serie 1 Lineal (serie 1) -4,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 HR% y = 0,0385x - 0,3226 Figura 4. Gráfica del resultado de la calibración de una sonda de humedad relativa del aire. 4
3 CONCLUSIONES Desde el laboratorio podemos realizar la calibración de cualquier sensor de humedad, en todo el rango (0 100 %), asociándole a la corrección una incertidumbre en la medida. De este modo, se pueden efectuar calibraciones a la carta en función de los requisitos del gestor de la red. Bibliografía CAMPBELL SCIENTIFIC LTD.2000 HMP45C Temperature and Relative Humidity Probe, User guide TH-007 Procedimiento para la calibración de medidores de condiciones ambientales. Centro Español de Metrología. Editorial NIPO.2004. UNE-EN ISO 10012:2003 Sistemas de gestión de las mediciones, requisitos para los procesos de medición y los equipos de medición. UNE-EN ISO 17025:2005 Evaluación de la conformidad. Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración. 5