Metrología y Calibración Industrial

Metrología y Calibración Industrial Webinario 18 y 19 de junio de 2018

Calibración 2

Calibración (VIM 2012) Operación que establece, una relación entre los valores de medidos en el patrón con los medidos en el objeto a calibrar y sus incertidumbres de medida asociadas. Una calibración puede expresarse mediante una función, un diagrama, una curva o una tabla de calibración. 3

Calibración vs Ajuste Ajuste: conjunto de operaciones realizadas sobre un sistema de medida para que proporcione indicaciones prescritas. La calibración compara los valores generados contra los valores medidos y da una corrección para las medidas. El ajuste modifica el instrumento de forma que lee con menos error. 4

Exactitud vs precisión Exactitud: proximidad entre un valor medido y un valor verdadero de un mensurando. Precisión: proximidad entre las indicaciones o los valores medidos obtenidos en mediciones repetidas de un mismo objeto, bajo condiciones especificadas.

Error e Incertidumbre Error: diferencia entre un valor medido de una magnitud y un valor de referencia. Incertidumbre: parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de los valores atribuidos a un mensurando, a partir de la información que se utiliza.

Que es la Incertidumbre? Incertidumbre: parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de los valores atribuidos a un mensurando, a partir de la información que se utiliza. Valor medido 52 ± 6. Hay un 95% de probabilidades que el valor verdadero este entre 46 y 58. 7

Incertidumbre de calibración La incertidumbre debe ser en lo posible menor a 1/3 de la tolerancia. La incertidumbre se calcula para la calibración. En muchos casos la incertidumbre de los patrones es sólo uno de los componentes menos importantes. Se debe tener en cuenta todos los componentes. Una incertidumbre calculada en defecto invalida la trazabilidad del equipo calibrado. 8

Error e Incertidumbre 102 101,5 101 100,5 Error 100 99,5 99 Error Valor medido Valor real Tolerancia 98,5 98 97,5 1 2 3 4 5 6

Deriva e histéresis Deriva: variación continua o incremental de una indicación a lo largo del tiempo, debida a variaciones de las características metrológicas de un instrumento de medida. Histéresis: Diferencia entre las mediciones en dos direcciones. 101,5 101 100,5 100 99,5 99 98,5 98 97,5 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Valor medido Valor real Tolerancia

Resolución Mínima diferencia entre indicaciones visualizadas, que puede percibirse de forma significativa

Trazabilidad 12

Trazabilidad metrológica Propiedad de un resultado de medida por la cual el resultado puede relacionarse con una referencia mediante una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones, cada una de las cuales contribuye a la incertidumbre de medida (VIM 2012). Procedimiento de calibración documentado Cadena de calibraciones Intervalos entre calibraciones Competencia técnica del proveedor Calculo de incertidumbre 13

Trazabilidad metrológica Procedimiento de calibración documentado una identificación apropiada, el alcance, la descripción del ítem a calibrar los patrones y los materiales de referencia requeridos las condiciones ambientales requeridas y período de estabilización necesario. la descripción del procedimiento la verificación del correcto funcionamiento de los equipos y, cuando corresponda, su calibración y ajuste antes de cada uso; los datos a ser registrados y el método de análisis y de presentación; la incertidumbre o el procedimiento para estimar la incertidumbre. 14

Trazabilidad metrológica Cadena de calibraciones Los patrones usados en cualquier calibración deben haber sido calibrados en condiciones que aseguren la trazabilidad al Sistema Internacional de Unidades 15

Trazabilidad metrológica Intervalo de calibraciones Se debe seleccionar un intervalo de calibraciones tal que minimice la posibilidad de que el instrumento de medición salga de especificaciones Tener en cuenta los riesgos y costos en la selección de la frecuencia de calibración. 16

ISO/IEC17025 y competencia técnica La norma ISO/IEC 17025 tiene como finalidad fijar los lineamientos para asegurar la calidad y la competencia técnica de los laboratorios de calibración y ensayo. Punto 4 de la norma equivalente a ISO9000 Punto 5 de la ISO/IEC17025 contiene los requerimientos técnicos para asegurar la competencia técnica del laboratorio 17

ISO/IEC17025 y competencia técnica Para asegurar la competencia técnica la norma tiene requisitos en: Personal Instalaciones Métodos de calibración Equipos Trazabilidad Manipulación de los equipos a calibrar Aseguramiento de calidad (medidas a tomar para asegurar los resultados) Certificados de calibración Si un laboratorio cumple con todos estos requisitos se puede afirmar que el laboratorio es técnicamente competente para realizar calibraciones en la magnitud donde se cumplan estos requisitos. 18

Métodos Los métodos deben estar documentados, seleccionados para que sean adecuados y deben ser validados. Para validar un método de calibración se puede usar uno o más de los siguientes: comparación con resultados obtenidos con otros métodos; comparaciones interlaboratorios o ensayos de aptitud; evaluación sistemática de los factores que influyen en el resultado; evaluación de la incertidumbre de los resultados basada en el conocimiento científico de los principios teóricos del método y en la experiencia práctica. 19

Trazabilidad al INTI Por que se habla de trazabilidad al INTI? Se puede tener trazabilidad distinta al INTI? Trazabilidad al SI 20

Sistema internacional de unidades (SI) El SI está basado en las siguientes siete magnitudes básicas Magnitud básica Nombre unidad Símbolo unidad Longitud Metro m Masa Kilogramo kg Tiempo Segundo s Corriente eléctrica Ampere A Temperatura Kelvin K Cantidad de sustancia Mol Mol Intensidad luminosa Candela Cd

Sistema internacional de unidades (SI) m: la distancia que viaja la luz en vacío en un tiempo definido kg: masa del prototipo del BIPM s: duración de un numero de periodos de la radiación de transición del átomo de cesio133 A: intensidad de corriente para producir una fuerza en vacío (es imposible realizar, las que se realizan son V y Ω). K: Definida con respecto al punto triple del agua. mol: Cantidad de materia que hay en tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kg del isótopo de carbono-12 cd: intensidad luminosa de una fuente monocromática alimentada con una intensidad de corriente dada

Acreditación ISO/IEC 17025 23

ISO 17025 vs ISO 9001 ISO17025 Evalúa sistema de calidad y capacidad técnica de laboratorios de calibración o ensayo. Un organismo de acreditación emite la acreditación. Auditores de calidad y expertos técnicos. ISO9001 Evalúa sistema de calidad de cualquier empresa. Una empresa privada certifica. Esta empresa debería estar acreditada. Auditores de calidad. 24

ISO/IEC17025 Requisitos generales para la competencia en la realización de ensayos o de calibraciones. Aplicable a cualquier tamaño de organización. Un laboratorio ISO17025 cumple con ISO9001. Los requisitos reglamentarios y de seguridad, no están cubiertos en esta norma. 25

Acreditación Un laboratorio es acreditado para mediciones con una incertidumbre según un Alcance de Acreditación. Fuera de ese alcance no se ha comprobado competencia técnica. Se acredita una localización, si se evalúa el laboratorio en Buenos Aires y no el de Neuquén solo el de Buenos Aires puede emitir certificados acreditados. 26

Laboratorio acreditado en Brasil dice que la acreditación sirve en Argentina, aunque no haya sido evaluado ese sitio. Eso es falso. 27

Alcance de acreditación 28

Alcance de acreditación 29

Alcance de acreditación

Ejemplo alcance ensayo OUA 31

Uso de logo El logo de un organismo acreditador se usa solo en ciertas circunstancias: La mayoría de las mediciones están dentro rango especificado en el alcance (y las que no están claramente identificadas). La mayoría de las mediciones tienen incertidumbre iguales o mayores a las especificadas en el alcance. Información comercial donde se informe de mediciones dentro del alcance y se defina claramente cuales están fuera. 32

Plan de calibraciones 33

Plan de calibraciones Documentación para la organización y planificación de las calibraciones de todos los equipos de medición que influyan en la calidad de los productos o servicios. El plan debe contener toda la información para poder asegurar el cumplimiento metrológico. 34

Plan de calibraciones Factores a tener en cuenta: Trazabilidad metrológica Frecuencia de calibración Selección de puntos de calibración Tolerancia de los equipos de medición Incertidumbre de calibración Proveedor de calibración 35

Frecuencia de calibración Recomendación del fabricante Los fabricantes en general realizan exhaustivos ensayos sobre sus equipos y tienen idea de la estabilidad de los componentes y por lo tanto de los equipos. Severidad y rango de uso esperado Los equipos cuando son usados cerca de fondo de escala sufren un desgaste mayor que cuando son usados en otros valores. 36

Frecuencia de calibración Influencia del ambiente Ambientes agresivos químicamente, de alta o muy bajas temperatura, ambientes con muchas vibraciones degradar componentes en los equipos de medición Tolerancia requerida Equipo que se usa para medir procesos de mucha menor exactitud que su tolerancia, podría calibrarse con ciclos mayores 37

Frecuencia de calibración Definida por autoridad regulatoria o cliente En muchos sectores las autoridades regulatorias o los clientes exigen una cierta frecuencia de calibración. Criticidad del equipo y fuera de tolerancia Cuanto mayor es la criticidad de las mediciones realizadas con equipo y mayor el riesgo de fuera de tolerancia del instrumento más frecuente deben ser las calibraciones 38

Ejemplo de frecuencias Frecuencias de 3 a 6 meses Frecuencia de calibración de equipos con un tipo de uso muy estricto o donde se considera que el riesgo de un trabajo no conforme es muy alto Frecuencias de 1 año La más común y es la más aceptada por los auditores Frecuencias de 2 años Puede funcionar para equipos sin componentes electrónicos que sufren envejecimiento y pérdida de estabilidad. Frecuencias de 5 años Solamente es recomendable para instrumentos primarios sin componentes electrónicos, como balanzas de peso muerto primarias o celdas de punto fijo de temperatura 39

Ejemplo de frecuencias Temperatura RTD y termistores: Si la tolerancia esta bien seleccionada y se usan en ambientes no agresivos se puede usar frecuencia anual. Termopares: Depende del uso la frecuencia debería ser menor a un año. Datalogger autoclaves: Estos equipos tienen tolerancias muy bajas y esta la electrónica sometida a un stress térmico muy importante, se recomienda calibrar cada 3 o 6 meses. Presión Manómetros de presión mayor a 1 bar: Frecuencia anual. Manómetros diferenciales (100Pa): Frecuencia semestral como mínimo. 40

Selección puntos de calibración Calibración en un punto En general solo sirve si todo lo que interesa es no pasar de un cierto valor. Este es el caso de presostatos o termostatos. En el caso de multímetros algunos rangos y funciones se calibran en un solo punto, pero se verifica linealidad en otros rangos previamente. 41

Selección puntos de calibración Calibración en dos puntos Útil para rangos chicos donde se quiere estar seguro de estar dentro del rango, pero no importa saber el valor exacto en el interior del rango. No podemos asegurar la linealidad del equipo (una recta siempre pasa por 2 puntos) 42

Selección puntos de calibración Calibración en tres puntos Permitiría determinar la linealidad de los instrumentos. A mayor cantidad de puntos mayor confianza se puede tener en la determinación de la linealidad. Permite al usuario solicitar la determinación de histéresis. Esto es importante en la calibración de balanzas, manómetros y medidores de humedad relativa. 43

Ejemplos de puntos de calibración Ejemplos: Multímetros: Se comprueba la linealidad en 1 rango de tensión continua y se calibran la mayoría de los rangos con 1 o dos valores Balanzas: Es necesario calibrarlas entre 5 y 10 puntos y comprobar la histéresis realizando la calibración en subida y bajada. Manómetros: Es conveniente calibrarlas entre 5 y 11 puntos y comprobar la histéresis realizando la calibración en subida y bajada. Termómetros: Es conveniente calibrar entre 3 y 5 puntos. Termohigrómetros: En humedad es recomendado calibrar en 3 puntos y la determinación de la histéresis al menos en un punto. En temperatura es conveniente calibrar en un mínimo de 3 puntos para tener confianza en la linealidad del instrumento. 44

Definición de tolerancias Especificaciones del fabricante Ver intervalos de confianza en las especificaciones e incertidumbre de calibración. Tolerancia de norma Aplicable a manómetros, RTDs, termopares y otro tipo de instrumentos genéricos. Especificaciones del proceso Seleccionar una tolerancia del instrumento de 4 veces menor a la del proceso. Tener en cuenta que deberían ser mayores a las especificaciones del fabricante. 45

Definición de tolerancias Desempeño del instrumento Usar la deriva entre calibraciones para definir tolerancias. Es necesario tener al menos 3 resultados de calibraciones para poder evaluar desempeño. 46

Incertidumbre de calibración La incertidumbre debe ser en lo posible menor a 1/3 de la tolerancia. La incertidumbre se calcula para la calibración. En muchos casos la incertidumbre de los patrones es solo uno de los componentes menos importantes. Se debe tener en cuenta todos los componentes. Una incertidumbre calculada en defecto invalida la trazabilidad del equipo calibrado. 47

Proveedor de calibraciones Para elegir proveedores de calibraciones se debería seleccionar según: Calidad de servicio. Incertidumbre de medición. Competencia técnica y trazabilidad. Tiempo de respuesta. Conocimiento de las magnitudes a calibrar. 48

EJEMPLO DE PLAN 49

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Certificados de calibración 51

Certificados de calibración El certificado de calibración debe incluir la siguiente información: un título (por ejemplo Certificado de calibración ); el nombre y la dirección del laboratorio y el lugar donde se realizaron las calibraciones, si fuera diferente una identificación única del certificado de calibración y en cada página una identificación para asegurar que la página es reconocida como parte del certificado el nombre y la dirección del cliente; la identificación del método utilizado (procedimiento de calibración o una descripción de como la calibración fue llevada a cabo); 52

Certificados de calibración una identificación única del certificado de calibración y número de páginas; el nombre y la dirección del cliente; la identificación del método utilizado (procedimiento de calibración o una descripción de como la calibración fue llevada a cabo); una descripción, la condición y una identificación no ambigua del ítem calibrado (en general se usa el número de serie, pero se puede poner otra identificación que quiera el cliente mientras la misma figure en el ítem bajo calibración) la fecha de ejecución de la calibración;

Certificados de calibración los resultados de las calibraciones con sus unidades de medida (siempre que tenga unidades de medida) el o los nombres, funciones y firmas o una identificación equivalente de la o las personas que autorizan el certificado de calibración (se puede usar firma digital, siempre que el sistema sea seguro y este bien validado) cuando corresponda, una declaración de que los resultados sólo están relacionados con los ítems calibrados (en la mayoría de las calibraciones no aplica) el número de página y el número total de páginas. Es recomendable incluir una declaración indicando que no se debe reproducir el informe de ensayo o el certificado de calibración, excepto en su totalidad, sin la aprobación escrita del laboratorio. 54

Certificados de calibración Además se debe incluir: las condiciones bajo las cuales fueron hechas las calibraciones que tengan una influencia en los resultados (ambientales, ruido eléctrico, vibraciones, etc); la incertidumbre de la medición o una declaración de cumplimiento con una especificación metrológica identificada o con partes de ésta evidencia de que las mediciones son trazables 55

Declaración de cumplimiento Cuando se hagan declaraciones de cumplimiento, se debe tener en cuenta la incertidumbre de la medición (ILAC G-8). En muchos casos se debe acordar con el cliente la tolerancia contra la que se da declaración de cumplimiento. 56

Declaración de cumplimiento 57

Ajuste y reparación Cuando un instrumento para calibración ha sido ajustado o reparado, se deben informar los resultados de la calibración antes y después del ajuste o la reparación, si estuvieran disponibles (en ciertas reparaciones no es posible recuperar los valores anteriores). En algunos casos de ajuste se informa los coeficientes antes y después. 58

Frecuencia de calibración Un certificado de calibración (o etiqueta de calibración) no debe contener ninguna recomendación sobre el intervalo de calibración, excepto que esto haya sido acordado con el cliente. Este requisito puede ser reemplazado por disposiciones legales (ejemplo centrales atómicas). 59

Incertidumbre Incertidumbre tiene que ser calculada teniendo en cuenta todas las fuentes de incertidumbre Incertidumbre de certificado del patrón Tolerancia / deriva del patrón Resolución equipo a calibrar Medio de transferencia (si aplicable) Condiciones ambientales (si aplicable) Otras fuentes La incertidumbre se presenta con un máximo de 2 cifras significativas. 60

Uso de certificados de calibración 61

Revisión de errores Los certificados de calibración deben ser revisados por errores cuando se reciben. Hay dos tipos de ítems a buscar: 1. Errores de certificados fácilmente detectables por el cliente (error en la información del instrumento, error en fechas, error en la información del cliente, etc). 2. Errores técnicos. Estos comprenden incertidumbre demasiado baja (lo cual anula la trazabilidad), errores de tipeo de datos, errores en la presentación de los datos, errores de unidades, etc.. En general se necesita de alguien con mucha experiencia para encontrar estos errores (los expertos técnicos durante la auditoria tratan de ayudar a los laboratorios acreditados a eliminar estos errores). 62

Revisión de resultados El error o corrección se compara con la tolerancia (menos la incertidumbre) y se define si el equipo estaba en tolerancia o no. En caso de un equipo fuera de tolerancia se debe abrir una no-conformidad y realizar acciones correctivas. Error + Incertidumbre < tolerancia 63

Revisión de resultados Se usa el error o la corrección para corregir las lecturas de ese instrumento. Muchas calibraciones entregan una curva de calibración lo cual simplifica, pero si no se puede hacer curvas y usarlas. Esto se puede hacer con todos los equipos pero solo es aplicable de forma efectiva a los equipos de valores fijos como pesas, resistencias. En equipos de medición variable como termómetro o multímetro si el valor no es constante a lo largo de todo el rango de medición es muy difícil de implementar. 64

Revisión de resultados Determinar la linealidad del equipo para ver si es posible interpolar 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 65

Revisión de resultados El error o corrección se compara con los valores de años anteriores para ver la estabilidad del equipo y poder determinar frecuencia de calibración. 101,5 101 100,5 100 99,5 99 Valor medido Valor real Tolerancia 98,5 98 97,5 2008 2009 2010 2011 2012 2013 66

Revisión de resultados Revisar que la incertidumbre difiera solo en valores razonables con lo solicitado. En caso de declaración de cumplimiento verificar que el instrumento haya pasado cada uno de las mediciones (y que se esté teniendo en cuenta la incertidumbre para dar veredicto). En caso de no pasar alguna se debe abrir una no-conformidad y realizar una acción correctiva (en general se considera buena práctica que el laboratorio de calibración avise si el equipo está fuera de tolerancia). 67

Ejemplo de errores técnicos 68

Ejemplo de errores técnicos Trazabilidad 72

Preguntas y ejercicios 73

FIN Los esperamos en nuestra pagina web www.akrimet.com Para más información técnica y de cursos y visite nuestra página web. 74