Guía DIPLOMADO GESTION DE CALIDAD MODULO V CONTROL DE PROCESOS ASEGURAMIENTO METROLOGICO Objetivo: Comprender el papel del aseguramiento metrológico como elemento importante de un sistema de calidad eficaz y proporcionar lineamientos básicos para su implementación. Compramos materias primas para nuestra empresa, pesándolas en básculas, medimos el porcentaje de humedad de una pasta mineral, un alimento como control en un proceso de secado, determinamos la densidad y volumen de materias primas que se usan en procesos de preparación, y hasta decidimos si un material cumple o no finalmente realizando ensayos y pruebas con equipos de medición sea de voltaje, distancia, volumen, peso, densidad, viscosidad entre muchas otras variables. En todas estas actividades hemos supuesto que el dato que se indica en el display del equipo, en la marca de la aguja del equipo analógico o en el registro impreso en un papel o carta (chart) es el correcto, probablemente el único error que percatemos es el involuntario al no tomar de manera correcta el valor resultado. Pero no es así, este valor reportado puede estar cercano o muy alejado del valor real. La metrología como una ciencia de la medición y el aseguramiento metrológico se establecen como un requisito necesario en las organizaciones que realicen mediciones para conocer de manera cierta que el valor reportado por nuestros equipos de medición está dentro de los márgenes de error esperados, puesto que equipo exacto no existe al menos no a nivel industrial o que no sea un patrón de medida estandarizada y en condiciones muy controladas, que es a propósito extremadamente costoso. A lo largo de los módulos de gestión de calidad nos hemos dado cuenta que la calidad cuesta, y no hay excepción en la metrología, puesto que si querremos tener un aseguramiento metrológico, para no tener errores de medición asignables a la descalibración de los equipos, debemos estar conscientes que simplemente la compra del equipo adecuado por si sola no asegura la buena medición, el aseguramiento lo componen la administración bajo un programa de aseguramiento de recursos como patrones, espacios controlados (Humedad y temperatura), protocolos de calibración, servicios de calibración de patrones o equipos, y mantenimiento, inventario, limpieza de todos los dispositivos de medición. mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 1
Todos los equipos inversamente proporcionales a su estabilidad, costo y directamente a su uso presentaran con el tiempo algún tipo de descalibración es decir mas error o mas lejanía con el valor cierto o real de una medición. Es tarea de la función de aseguramiento metrológico determinar la mas adecuada frecuencia de ajustes, verificaciones y calibraciones a los equipos usados. El disponer de procedimientos de mantenimiento en almacenamiento, manejo, calibración o tener proveedores de calibración confiables es tarea fundamental de la función metrológica dentro de la organización, la cual requerirá de algunas bases fundamentales, como el saber manejar el sistema internacional de medición o su equivalencia al sistema local (por ejemplo inglés lb-pie, etc.), el comprender conceptos para caracterizar un equipo metrológicamente, o comprender entre otras mas aspectos, operaciones matemáticas para deducir la confianza de un equipo en sus uso incertidumbre, error, repetibilidad y reproducibilidad-, etc. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) El SI Sistema Internacional de Unidades fue adoptado en la conferencia 11 General de Pesas y Medidas en 1960. El Sistema se fundamenta en las siete unidades básicas Tabla 1. Unidades Básicas del Sistema Internacional de Unidades MAGNITUD UNIDAD BÁSICA SÍMBOLO Definición SI Longitud del trayecto por la luz longitud metro m en el vacío, durante un intervalo de tiempo de 1/299792458 de un segundo Unidad de masa del prototipo masa kilogramo kg internacional de kilogramo Es la duración de 9192 631770 tiempo segundo s periodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos de estado fundamental del átomo de Cesio 133 Intensidad de corriente corriente amperio A eléctrica constante que si se eléctrica mantiene en dos conductores rectos paralelos de longitud infinita de sección transversal circular despreciable, y distanciados un metro en el vacío produciría entre estos conductores una fuerza igual 2x10-7 newton por metro de longitud Unidad de temperatura temperatura kelvin K termodinámica en 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 2
cantidad de sustancia intensidad luminosa Cantidad de sustancia de un mol mol sistema que contiene tantas unidades elementales como átomos existen en 0,12 kilogramos de carbono 12. Intensidad lumínica en una candela Cd dirección determinada de una fuente que emite un radiación monocromática con una frecuencia de 540x10 12 Hz y cuya intensidad radiante en la dirección determinada es de 1/683 vatios por estereorradián. A partir de estas siete unidades básicas se derivan las otras unidades por ejemplo: El Newton = N= 1 kg. m/s 2, Julio= J= 1N.m, Culombio= 1C=1 A.s; Voltio= V= 1 J/C; Grado Celsius= 1 C= 1K. Otras unidades del Sistema Internacional derivadas con nombres especiales aceptados para propósitos de protección de la salud humana Magnitud Actividad (de un núcleo radiactivo) Dosis equivalente Dosis absorbida, energía específica impartida kerma, índice de dosis absorbida. Nombre Especial de la unidad SI derivada Símbolo Expresión en términos de unidades básicas o unidades SI derivadas becquerel Bq 1Bq= 1 s -1 sievert Sv 1 Sv= 1 J/ kg gray Gy 1 Gy= 1 J/kg El nombre de la unidad puede estar predecida de un prefijo para presentar el valor de la medida en cantidades adecuadas, o imagínese Ud. expresando la distancia entre dos ciudades en metros, en vez de Kilómetros. Prefijos del Sistema Internacional Factor Prefijo Símbolo mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 3
10 24 yotta Y 10 21 zetta Z 10 18 exa E 10 15 peta P 10 12 tera T 10 9 giga G 10 6 mega M 10 3 kilo k 10 2 hecto h 10 deca da 10-1 deci d 10-2 centi c 10-3 mili m 10-6 micro µ 10-9 nano n 10-12 pico p 10-15 femto f 10-18 atto a 10-21 zepto z 10-24 yocto y El uso de los prefijos o múltiplos de la unidad dependerá del uso común que se aplique en el sector industrial. En cuanto a forma de escritura de las unidades tenga en cuenta : Escribir en unidad imprenta Usar la minúscula o mayúscula según corresponda No itálica No usar plural No usar signos de puntuación Ejemplo: m metro s segundo A amperio J julio DEFINICIONES EN METROLOGIA del VIM ( Vocabulario internacional de Metrología) 1. Metrología: Ciencia de la Medición 2. Principio de Medición: Base científica de medición 3. Magnitud por medir: Magnitud particular sujeta a medición mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 4
4. Señal de Medición: Magnitud que representa a la que se debe medir y que está funcionalmente relacionada con ésta. 5. Dimensión de una magnitud: Expresión que representa una magnitud de un sistema de magnitudes como el producto de potencias de los factores que representan las magnitudes básicas del sistema. 6. Unidad: Una magnitud en particular definida y adoptada por convención con la cual se comparan otras magnitudes de la misma naturaleza con el propósito de expresar sus cantidades en relación con esa magnitud. 7. Indicación de un instrumento de medición: Valor de una magnitud por un instrumento de medición. 8. Exactitud: Cercanía del acuerdo entre el resultado de una medición y un valor verdadero de la magnitud por medir. 9. Repetibilidad de los resultados de las mediciones: Cercanía del acuerdo entre los resultados de mediciones sucesivas de la misma magnitud por medir, efectuadas en las mismas condiciones de medición. 10. Reproducibilidad de los resultados de mediciones: Cercanía del acuerdo entre los resultados de las mediciones de la misma magnitud por medir, efectuada bajo diferentes condiciones de medición cambiadas. 11. Incertidumbre de la medición: Parámetro, asociado con el resultado de una medición, que caracteriza a la dispersión de los valores que en forma razonable se le podrían atribuir a la magnitud por medir. 12. Error de medición: Resultado de una medición menos un valor verdadero de la magnitud por medir. 13. Error relativo: Error de medición dividido por un valor verdadero de la magnitud por medir 14. Error aleatorio: Resultado de una medición menos la media que resultaría a partir de un numero infinito de mediciones de la misma magnitud por medir efectuadas en condiciones de repetibilidad. 15. Error sistemático: Media que resultaría de un numero infinito de mediciones de la misma magnitud por medir, efectuadas en condiciones de repetibilidad menos un valor verdadero de la magnitud por medir. 16. Corrección: Valor agregado algebraicamente al resultado no corregido de una medición para compensar un error sistemático. 17. Factor de corrección: Factor numérico por el cual se multiplica el resultado no corregido de una medición para compensar un error sistemático. 18. Dispositivos de medición: Para describir los equipos y aparatos utilizados en las mediciones se usan muchos términos mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 5
diferentes, este vocabulario solo define una selección de términos preferidos, la lista siguiente es la más completa y organizada en un orden aproximado de complejidad creciente, estos términos no son mutuamente excluyentes: Elemento, componente, parte, transductor de medición, dispositivo de medición, material de referencia, medida materializada, instrumento de medición (aparato de medición), equipo, cadena de medición, sistema de medición, instalación de medición. 19. Dispositivo de medición (aparato de medición), dispositivo destinado para efectuar mediciones solo o en conjunto con uno o varios dispositivos adicionales. 20. Sensor: Elemento de un instrumento de medición o de una cadena de medición que es afectada de forma directa por la magnitud por medir 21. Transductor: Dispositivo que suministra una magnitud de salida que tiene una relación determinada con la magnitud de entrada. 22. Escala ( de un instrumento de medición), conjunto ordenado de marcas, junto con la numeración correspondiente que forma parte de un dispositivo indicador de un instrumento de medición. 23. División de escala: Parte de una escala entre dos marcas sucesivas de la escala 24. Intervalo de escala: Diferencia entre los valores correspondientes a dos marcas sucesivas de la escala. 25. Intervalo nominal: Intervalo de indicaciones obtenible con determinada posición de los controles de un instrumento de medición. 26. Intervalo de medición: Modulo (absoluto) de la diferencia entre los dos límites de un intervalo nominal. 27. Sensibilidad: Cambio en la respuesta de un instrumento de medición, dividido por el cambio correspondiente en el estimulo. 28. Umbral (de discriminación): Mayor cambio en un estimulo que no produce cambio detectable en la respuesta de un instrumento de medición, siendo el cambio en el estimulo lento y monótono. 29. Resolución (de un dispositivo indicador): Menor diferencia entre las indicaciones de un dispositivo, que se puede distinguir en forma significativa. 30. Zona muerta: Máximo intervalo a través del cual se puede cambiar un estimulo en ambas direcciones, sin que se produzca un cambio en la respuesta de un instrumento de medición. mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 6
31. Estabilidad, (constancia): aptitud de un instrumento de medición para mantener constantes sus características metrologicas a lo largo del tiempo. 32. Desviación: Cambio lento de una característica metrológica de un instrumento de medición. 33. Exactitud de un instrumento de medición: aptitud de un instrumento de medición para dar respuestas próximas a un valor verdadero. 34. Clase de exactitud: Clase de instrumentos de medición que cumplen ciertos requisitos metrologicos, previstos para mantener los errores dentro de los limites especificados. 35. Error ( de indicación) de un instrumento de medición: Indicación de un instrumento de medición menos un valor verdadero de la magnitud de entrada correspondiente. 36. Errores máximos permisibles (de un instrumento de medición): Valores extremos de un error permitido por la especificaciones, por las regulaciones, etc. Para un instrumento de medición dado. 37. Repetibilidad de un instrumento de medición: Aptitud de un instrumento de medición para dar indicaciones muy semejantes, en aplicaciones repetidas de la misma magnitud por medir en las mismas condiciones de medición. 38. Patrones de medición: En ciencia y tecnología el termino estándar se usa con dos significados diferentes, como una norma técnica escrita adoptada ampliamente, una especificación, una recomendación técnica o un documento similar y también como un patrón de medición, este vocabulario se refiere únicamente al segundo significado, por brevedad, generalmente se omite el calificador medición. 39. Patrón (de medición): Medida materializada, instrumento de medición, material de referencia o sistema de medición destinado a definir, realizar, conservar oreproducir una unidad o uno o mas valores de un magnitud que sirva como referencia e.j. un patrón de masa de un Kg 40. Patrón internacional ( de medición): Patrón reconocido mediante un acuerdo internacional, utilizable como base para asignar valores a otros patrones de la magnitud que interesa, 41. Patrón de trabajo. Patrón que se utiliza rutinariamente para calibrar o comprobar medidas materializadas, instrumentos de medición, o materiales de referencia. 42. Trazabilidad: Propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón en virtud del cual ese resultado se puede relacionar con referencias estipuladas, generalmente patrones nacionales o internacionales, a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones que tengan todas incertidumbres determinadas. mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 7
43. Calibración: Conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, las relaciones entre los valores de magnitudes indicados por un instrumento de medición o por un sistema de medición, o los valores representados por una medida materializada o por un material de referencia y los valores correspondientes determinados por medio de los patrones. 44. Material de referencia: (MR): Material o Sustancia en que uno o mas de sus valores característicos son suficientemente homogéneos y bien establecidos para usarlos en la calibración de un aparato, la evaluación de un método de medición o la asignación de valores a los materiales. CIFRAS SIGNIFICATIVAS El valor numérico de cualquier medida materializada es una aproximación, ninguna medida de cualquier magnitud física, como masa, longitud o tiempo es absolutamente correcta. La confiabilidad de toda medida estaría limitada por la división de escala del instrumento de medición o del número de dígitos que se tuvieron en cuenta en los cálculos matemáticos. Una cifra significativa es aquella que se conoce razonablemente como confiable. Un numero se redondea o se aproxima hasta el numero deseado de cifras significativas, eliminando uno o más dígitos a las derecha. Ejercicio 1: Objetivo: Desarrollar destrezas para el redondeo y aproximación de dígitos que se deben de realizar normalmente en operaciones de laboratorio o ensayos. Cuantas cifras significativas se dan en las siguientes cantidades? a) 934 g b) 3,5433 ml c) 0,0034 pie d) 234,3 lb e) 43,34 x 10 2 m Efectuar las siguientes operaciones Suma 4353 / 3 / 0,34 de volúmenes en ml mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 8
Resta 3534,2-54,5 de distancia en pie Producto 234,34 viscosidad x 0.340 constante División 545,45 / 0.654 de un valor de fuerza por unidad de mm FUNDAMENTOS DE UN SISTEMA DE ASEGURAMIENTO METROLOGICO La intención de un sistema de confirmación es garantizar que el riesgo de que el equipo de medición produzca resultados que contengan errores inaceptables; permanece dentro de los límites aceptables. La planificación del Sistema de aseguramiento metrológico parte de los requisitos de medición de los procesos productivos o de control de calidad que su empresa requiere: Necesidad de medición: Característica a medir. Densidad, g/cm3 (variable, Unidad de medición) Especificación 0.812 A 0.816 g/cm3 (precisión requerida) Valores típicos a Selección de equipos Características Exactitud Precio Estabilidad Resolución Escala Referencias Unidades Intervalo Soporte Disponibilidad Servicio de patrones Reparación Propuesta de compra Aptitud de Precio equipo Costo de calibraciones o verificaciones Listado de equipos vs características metrológicas Ejercicio 2 : Objetivo: Desarrollar destrezas para la identificación de equipos de medición para características objeto de medición. Determine para la siguiente medición requerida, las características del equipo a usar. Proceso: El proceso requiere la medición directa de la temperatura dentro de una marmita que contiene jugo a presión y sometido a una temperatura de precalentamiento, control de temperatura precalentamiento de jugo de frutas mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 9
Característica de Medición: Temperatura precalentamiento Especificación: 77.5 C a 80.5 C Temperatura de inicio: Ambiente Requisito: BPM (nota: el ejercicio supone que el equipo sensor tiene la misma variable y unidades en un equipo indicador) Solución Los datos de la medición requerida por el proceso suministran la información de entrada básica para la determinación de las características del instrumento de medición. Puesto que se requiere una medición de temperatura, se usará una termocupla con recubrimiento de teflón (para no contaminar por oxidación de metal el jugo en contacto con la termocupla, BPM). El uso propuesto desde temperaturas ambiente ( aprox. 5 C o 25 C) hasta temperaturas máximas que puede suministrar el equipo de calentamiento en el uso propuesto ( aprox. 100 C), sugiere un intervalo de medición de 100 C con rango entre 0 C a 100 C. Las mediciones típicas de 77.5 C, 80.5 C sugiere que la resolución mínima del equipo debería ser mínimo cuatro veces la precisión requerida (0.5 C), y por tanto es adecuado equipos con resolución de 0.1 C. El intervalo de la especificación ( 80.5 C -77.5 C) = 3 C, sugiere que un error máximo permisible, adecuado un décimo del intervalo, es de 0.3 C, el cual representa la exactitud requerida del instrumento. El dispositivo de medición se representará: Transductor: termocupla Instrumento indicador: voltímetro mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 10
Las estabilidad la suministrará la calidad del equipos dadas por el tipo de construcción y materiales usados por el fabricante. Solicité la estabilidad del equipo en función del tiempo cuanto estable permanecen las características de error del equipo. Si se selecciona un dispositivo de medición que indica valores de temperatura en un rango de 0 a 100 C con resolución de 0.1 C. la capacidad de medición será: Precisión requerida mínima/ resolución de equipo = 0.5 C / 0.1 C = 5 la cual supera el valor mínimo requerido de 4 veces, y es adecuado. La decisión de compra estará entre dispositivo con esta capacidad mínima y con diversos valores de estabilidad para mantener el error máximo de equipo. Ejercicio 3: Aplicar los conceptos y definiciones para la caracterización de un equipo para determinar la mejor selección del instrumento adecuados Un proveedor de balanzas le ofrece varias alternativas de marcas de balanzas con características aparentemente iguales, pero con algunas diferencias en precio. Ud. desea hacer pesajes de materia empacada y terminada en 750 g, si Ud. posee un patron de esta medida (pieza patron) 750 g + 0,08 g Y Ud. realiza varias mediciones tres por cada balanza y obtiene los siguientes resultados cual balanza escogería? Precios de balanzas Balanza 1 Balanza 2 Balanza 3 Balanza 4 Balanza 5 400 310 350 370 330 B Dato 1 Datos 2 Dato 3 1 750,06 750,03 750,04 2 750,01 750,02 750,05 3 750,06 750,03 750,04 4 750,09 750,09 750,08 5 749,90 749,95 750,00 mprconsulting.net/cursos info@mprconsulting.net 11