Universidad de Carabobo Facultad Experimental de Ciencia y Tecnología Departamento de Física COTESERCA SERVICIOS C.A. Informe de pasantías Adecuación del laboratorio de temperatura. Br. Fátima Yucci c.i:19.247.192 Tutor Empresarial: Lic. Eduardo Reyes Tutor Académico: Dor. Luciana Scarioni Marzo, 2012
I.Introducción La Metrología es probablemente la ciencia más antigua del mundo y el conocimiento sobre su aplicación es una necesidad fundamental en la práctica de todas las profesiones con sustrato científico ya que la medición permite conocer de forma cuantitativa, las propiedades físicas y químicas de los objetos. El progreso en la ciencia siempre ha estado íntimamente ligado a los avances en la capacidad de medición. Las mediciones son un medio para describir los fenómenos naturales en forma cuantitativa. La Ciencia comienza donde empieza la medición, no siendo posible la ciencia exacta en ausencia de mediciones. De acuerdo a lo dispuesto en el Decreto con rango Valor y Fuerza de Ley de Reforma Parcial de la Ley de Metrología vigente, en su artículo 5, numeral 19, se entiende como Metrología: la ciencia de la medida que comprende todos los aspectos tantos teóricos como prácticos, que se refieren a las mediciones, cualesquiera que sean sus incertidumbres, y en cualquiera de los campos de la ciencia y de la tecnología en que tenga lugar. La Metrología también puede definirse como la ciencia que tiene por objeto el estudio de las propiedades medibles, las escalas de medida, los sistemas de unidades, los métodos y técnicas de medición, así como la evolución de lo anterior, la valoración de la calidad de las mediciones y su mejora constante, facilitando el progreso científico, el desarrollo tecnológico, el bienestar social y la calidad de vida. La metrología comprende tres actividades principales: La definición de las unidades de medida internacionalmente aceptadas. La realización de las unidades de medida por métodos científicos. El establecimiento de las cadenas de trazabilidad, determinando y documentando el valor y exactitud de una medición y diseminando dicho conocimiento. A lo largo de las pasantías realizadas en COTESERCA SERVICIOS C.A, se realizo una revisión de conceptos básicos de metrología haciendo énfasis en la temperatura termodinámica como una de las principales unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades (SI), donde también se estudio y realizo el proceso de calibración de los instrumentos de medición (termómetros digitales e infrarrojos ) y posteriormente se procedió a realizar calibraciones de termómetros digites e infrarrojos para estimar sus incertidumbres.
III. Objetivos Objetivo general: Adecuación del laboratorio de temperatura de COTESERCA SERVICIOS C.A. Objetivos específicos: Realizar una revisión bibliográfica acerca de los fundamentos básicos, incluyendo métodos y sistemas de medición, el sistema internacional de unidades y las clases de exactitud de los instrumentos de medición. Estudiar los fundamentos metrológicos de la magnitud temperatura. (Revisión bibliográfica mas detallada) Realizar la calibración del Termómetros digitales e infrarrojos y sus respectivas incertidumbres. Comparar los resultados obtenidos con los de otros laboratorios con el fin de encontrar mejoras. Proponer mejoras al laboratorio de temperatura. Comprobar dichas mejoras.
III. Resumen de actividades Para cumplir con los dos primeros objetivos específicos de mi plan de pasantías mi tutor empresarial me facilito una serie de documentos para leerlos conjuntamente con algunas clases para esclarecer dudas. Haciendo énfasis en todos aquellos conceptos básicos de metrología, medición de incertidumbre, y más específicamente la definición de la temperatura termodinámica como una de las principales unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades, procedimientos de calibración para los distintos tipos de termómetros y revisión de lo que es la Norma ISO/IEC 17025:2005 la cual especifica los requisitos de un sistema de gestión de calidad por las cuales se debe regir cualquier laboratorio en este caso el laboratorio de temperatura. Todos estos conocimientos fueron necesarios para poder hacer una evaluación previa de las condiciones con las contaba el laboratorio al momento de iniciar las pasantías, otro punto muy importante fue la realización de las calibraciones para termómetros digitales y termómetros infrarrojos, las cuales nos sirvieron como punto de referencia al momento de hacer el diagnostico del estado del laboratorio. El estado actual del laboratorio involucra conocer los métodos para realizar las calibraciones, las condiciones ambientales, los equipos disponibles, las estimaciones de las incertidumbres y la trazabilidad de las mediciones. El laboratorio de temperatura cumple con la norma ISO/IEC 17025:2005 en función de demostrar su competencia técnica y conoce y emplea de una manera adecuada la Escala Internacional de Unidades de 1990 (ITPS-90). Muchos factores determinan la exactitud y confiabilidad de los ensayos y calibraciones realizadas por un laboratorio, el grado en el cual los factores contribuyen a la incertidumbre total de las mediciones difiere considerablemente entre el tipo de ensayo y de calibración. Entre esos factores tenemos: 1. Instalaciones y Condiciones Ambientales. Las instalaciones del laboratorio para ensayos y calibraciones, incluyendo, fuentes de energía, iluminación y condiciones ambientales, deben ser tales que faciliten la ejecución correcta de los ensayos y calibraciones. En el caso del laboratorio de temperatura los factores que pueden afectar las mediciones son: Humedad Suministro eléctrico
Temperatura El laboratorio de temperatura a presentado variaciones fueran del rango permitido de la humedad en el laboratorio pudiendo esto afectar las calibraciones. Sin embargo todas estas variaciones que pudieran afectar son tomadas en cuenta al momento de estimar las incertidumbres. 2. Métodos de calibración En los laboratorio de calibración se usan métodos y procedimientos apropiados para todas las calibraciones dentro de su alcance lo que incluye; muestreo, manejo, transporte, almacenamiento y preparación de los equipos a ser calibrados y una estimación de la incertidumbre de la medición así como las técnicas de estadística para el análisis de datos. Se cuenta con procedimientos para la calibración de termómetros de líquido en vidrio, termómetros bimetálicos, indicadores y simuladores de temperatura (categoría donde entran los termómetros digitales) y baños, estufas y hornos termostáticos. En esta parte podemos ir delimitando un poco más el contenido y solo hacer referencia a lo que son las calibraciones de termómetros digitales y termómetros de radiación. En cuanto al instructivo para la calibración de termómetros digitales podemos mencionar que este fue adoptado por la Norma Cubana, el proceso es aplicable a instrumentos indicadores y simuladores de temperatura tanto analógicos como digitales con rangos entre: -250 ºC hasta 2316 ºC para los indicadores y simuladores Temperatura ambiente hasta 400 ºC para los canales de medición. Con exactitudes de 0,3 ºC y 2 ºC respectivamente. El instructivo también proporciona las condiciones ambientales necesarias para la calibración, las cuales son: Temperatura 23 ± 5 ºC Humedad 55 ± 20% Aquí cabe destacar que el laboratorio de temperatura no cuenta con un procedimiento para la calibración de termómetros de radiación (infrarrojos). Por otro lado el laboratorio también posee procedimientos para registrar los datos pertinentes y las operaciones relacionadas al muestreo que forma parte de la calibración que esta siendo llevada a cabo. Estos registros incluyen, la identificación del personal que lo ejecuta y las condiciones ambientales.
3. Estimación de las incertidumbres El propósito de una medición es determinar el valor de una magnitud, llamada el mensurando. La definición del mensurando es vital para obtener buenos resultados de la medición. La incertidumbre es un parámetro que caracteriza la dispersión de los valores que pueden ser atribuidos razonablemente al mensurando. El laboratorio cuenta con una etapa denominada procesamiento de datos y que se encuentra en la parte final de los instructivos en donde se estima el valor de las incertidumbres de los termómetros digitales porque como ya dijimos el laboratorio no cuenta con un procedimiento para la calibración de termómetros de radiación. Las mejores incertidumbres encontradas en el laboratorio para los ensayos de termómetros digitales oscilan entre ± (0,024 0,05) ºC. Y aunque no hay un procedimiento como tal las mejores incertidumbres encontradas en el laboratorio para los ensayos de termómetros de radiación oscilan entre ± (0,2 0,3) ºC. 4. Equipos. Los equipos y su software utilizados para la calibración y muestreo deben ser capaces de alcanzar la exactitud requerida y deben cumplir con las especificaciones pertinentes a los ensayos. Antes de colocar en servicio, los equipos deben ser calibrados y verificados para establecer que estos cumplen los requisitos especificados del laboratorio. Los equipos están debidamente identificados. Actualmente el laboratorio cuenta con: 7 Termohigrómetros (PTC-08, PTC-09, PTC-14, PTC-26, PTC-27, PTC-44, PTC-45) 2 Termómetros de liquido en vidrio (PTC-10, PTC-22) 6 Termómetros digitales (PTC-19, PTC-28, PTC-29, PTC-39, PTC-40, PTC-46) 2 Módulos registradores de datos de temperatura/humedad (PTC-20, PTC-21) 26 Registradores indicadores de Temperatura (PTC-30) 7 Registradores indicadores de temperatura y humedad (PTC-31, PTC-32, PTC-33, PTC-34, PTC-35, PTC-47, PTC-48) Termocuplas 2 Bloques secos (PTC-37, PTC-38) 2 Termopares (PTC-41, PTC-42) 4 Termohigrómetros digitales (PTC-43, PTC-50, PTC-51, PTC-52) Cuerpo negro.(fuera del inventario)
El laboratorio también cuenta con una campana. Que se encuentra en buenas condiciones y perfecto funcionamiento. Los códigos de los equipos que se encuentran en rojo indican que estos están dañados o inactivos y los que están en verde que están vencidos. 5. Trazabilidad de la medición. En todos los laboratorios de calibración, el programa para calibrar el equipo debe ser diseñado y operado para asegurar que las calibraciones y las mediciones realizadas por el laboratorio son trazables al Sistema Internacional de Unidades (SI) Donde evaluando cada uno de los parámetros mencionados en el laboratorio podemos concluir que el laboratorio de temperatura es apto para realizar calibraciones de indicadores y simuladores de temperatura con un rango desde -15 ºC hasta 350 ºC y calibraciones de termómetros de radiación con un rango desde 50 ºC hasta 500 ºC, con incertidumbres muy pequeñas que van desde los ± (0,025 0,05) ºC y ± (0,2 0,3) ºC respectivamente. Por otro lado podemos mencionar que el laboratorio no esta totalmente equipado con los equipos necesarios para obtener mejores calibraciones, los rangos sobre los cuales trabajan los bloques secos que es desde -15 ºC hasta 350 ºC limita de cierta manera lo que seria el total aprovechamiento del método para calibrar simuladores e indicadores de temperatura que posee el laboratorio, y si el algún cliente solicitara la calibración de un termómetros que tuviese rangos fuera de los alcanzados por los bloques secos no se pudiera realizar la calibración o esta estaría errónea. Y por último es importante la adopción o creación de un instructivo para las calibraciones de termómetros de radicación. Por la limitación del tiempo en cuanto a mi estadía como pasante en la empresa me enfoque en solventar solo dos problemáticas: La variabilidad de la humedad La inexistencia de un procedimiento para la calibración de termómetros infrarrojos En cuanto a la primera me dispuse a tomar la medida de la humedad por una semana cada hora observando que la influencia del clima exterior afecta mucho lo que es la humedad dentro del laboratorio, puesto que la humedad relativa es la humedad que contiene una masa de aire, en relación con la máxima humedad absoluta que podría admitir sin producirse condensación, conservando las mismas condiciones de temperatura y presión atmosférica. Donde queda claro que a mayor temperatura mayor va a ser el grado de humedad relativa en el laboratorio y al tener una ventana lo suficientemente grande en el mismo los rayos de sol y por ende la temperatura del ambiente exterior tienen afectar las condiciones del laboratorio. Ahora en cuanto a al procedimiento para la calibración de termómetros infrarrojos se adopto EL PROCEDIMIENTO TH- 002 PARA LA CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS DE RADIACIÓN DE
INFRARROJO proveniente del CENTRO ESPAÑOL DE METROLOGIA (CEM), el objeto de este procedimiento es establecer y definir la sistemática a seguir en las calibraciones de termómetros de radiación (TR) de banda ancha por comparación a termómetros de radiación patrón calibrados con referencia a la Escala Internacional de Temperatura de 1990 (EIT-90) en cuerpos negros (CN). EL método seguido consiste en la determinación de la temperatura indicada por el termómetro, tpir, relacionándola con la temperatura de referencia de la fuente de radiación, tr, obteniendo las correcciones correspondientes y asignando las incertidumbres calculadas para el proceso de calibración. Se comienzan las medidas en el punto de temperatura más bajo y al finalizar todos los puntos de calibración se repite el primer punto realizado. En cada punto de calibración, se realizarán 10 medidas para obtener la repetibilidad del termómetro, asignándole una temperatura que será la media de dichas medidas. Aparte de la adopción de un procedimiento fue necesaria la creación de un sistema de toma de datos. En la toma de datos, deben figurar básicamente las siguientes lecturas: - Temperatura del horno o baño con CN: tr (ya corregida según certificado de calibración y ETF en su caso). - Lectura del termómetro de radiación a calibrar: tpir. - Temperatura y humedad del ambiente. Anotando también como parámetros importantes los siguientes: - Distancia a la apertura y tamaño del blanco teórico. - Diámetro de la apertura de la cavidad de CN. Con estos datos se calculan las correcciones en cada punto de calibración. Se calcularán como diferencia entre las temperaturas tr y tpir: Y por ultimo a realizar para poder completar la adecuación del laboratorio de temperatura realice en Microsoft Excel un certificado de calibración para termómetros infrarrojos para uso interno de la empresa.
IV. Conclusiones Un hecho físico básico es que los materiales se ven afectados por la temperatura. Como consecuencia, muchas actividades de procesamiento de materiales y ensayo se llevan a cabo a temperaturas no ambientales o con los materiales sujetos a acondicionamiento térmico. Por lo tanto, es esencial para la industria trabajar a temperaturas controladas para tener confianza en la solidez del equipamiento de acondicionamiento térmico. Y de ahí vemos la importancia de tener un procedimiento de calibración de termómetros infrarrojos vigente, correcto y que cumpla con el alcance del laboratorio. Y el sistema de toma de datos conjunto con el certificado de calibración de termómetros infrarrojos fueron empleados en el laboratorio de manera tal de verificar que su uso en el laboratorio fuera optimo. Y por ultimo se plantea unas sugerencias para controlar la humedad en el laboratorio, de tal manera de tener condiciones controladas en el laboratorio. V. Recomendaciones Para trabajos futuros lo que se sugiere es que aborden las otras problemáticas presentes en el laboratorio de temperatura de manera tal de que en un futuro se pueda obtener una adecuación completa del mismo.