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Doc. No. 3 INTERVALOS DE CALIBRACION
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INTRODUCCIÓN
La frecuencia de calibración de los instrumentos de medida, debe someterse a una revisión sistemática, sin la cual el proceso de medición no es confiable. Existen diversos factores que pueden influenciar en la determinación de la frecuencia de calibración de un instrumento y deberían considerarse, tanto por el operador del sistema de medición, por las dos partes involucradas en el negocio, e inclusive, por el organismo fiscalizador. Se detallan a continuación, los factores más importantes: Tipo de instrumento y su principio de operación; La recomendación del fabricante; La severidad de las condiciones de uso; Las condiciones ambientales de operación (temperatura, humedad, vibración, etc.); El punto de operación en relación con el rango nominal de operación; La posibilidad de desgaste y de deriva; La disponibilidad y calidad de los servicios de calibración; La frecuencia de las calibraciones; Los datos de tendencia obtenidos a partir de registros de calibraciones anteriores; El histórico de operación y mantenimiento; La comparación con la periodicidad utilizada en equipos similares; La exactitud y confiabilidad esperada en la medición. Los costos que se generan por la calibración, son también un factor importante, y no deberían ser ignorados, pues pueden inclusive, ser un factor limitante en la determinación del intervalo de calibración de un instrumento. Existen casos en donde el intervalo de calibración de un instrumento, es definido, por medio de exigencias de organismos reguladores o estipulaciones normativas.
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MÉTODOS PARA DETERMINAR INTERVALOS DE CALIBRACIÓN.
2.1 Mediante Recomendaciones Comunes . La exactitud de un instrumento de medición puede afectarse por el tiempo, por su uso e incluso por su almacenamiento; de esta forma, un aspecto importante relacionado con la confiabilidad en la operación de un sistema de medición, es la determinación del intervalo entre calibraciones sucesivas del medidor o de los instrumentos asociados al sistema de medición. Aunque el avance en las tecnologías de medición es evidente, aún existen instituciones, que definen los períodos de calibración en torno a un tiempo fijo; aunque esta metodología no es del todo errada, si genera un riesgo potencial, con respecto a la utilización innecesaria de los recursos económicos de las empresas, causando en los responsables de la organización, actitudes negativas, en torno a la metrología. A continuación se presenta un resumen de las prácticas comunes.
2.1.1 Definición Común de Intervalos de Calibración, sin el Uso de una Técnica o Guía. Como se mencionó anteriormente, aún muchas empresas determinan los períodos de calibración de sus instrumentos de medida, mediante un sistema de común aplicación, el cual ha sido considerado, quizás, por la falta de conocimiento con respecto a la existencia de técnicas o guías que permitan fijar dichos períodos. De forma común, se ha visualizado que típicamente se hace de dos maneras: Realización de calibraciones, cada año. Siguiendo criterios o recomendaciones basadas en la experiencia.
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YPFB Transporte S.A a) Calibración del instrumento cada año. Una definida y no siempre buena costumbre respecto a la asignación de un nuevo periodo de calibración, es asignar un inamovible periodo de re-calibración anual. Este criterio tiene su origen en las condiciones que deben cubrir los fabricantes de instrumentos. Por ejemplo en su momento SAMA (Scientific Apparatus 1 Makers Association) indica que las especificaciones declaradas por los fabricantes, deben mantenerse en el instrumento al menos un año más, después de su fabricación 6; este criterio también se relaciona con el mínimo periodo (un año) de garantía, proporcionado a la gran mayoría de elementos fabricados. Como se hace evidente, y analizando lo descrito en la introducción, con respecto a los factores que inciden en la determinación de los períodos de calibración, la práctica seleccionada, no permite tener información suficiente y confiable acerca del desempeño metrológico del instrumento. Sin embargo, esta práctica podría ser recomendada y aceptada, si se tiene plena confianza, en que el instrumento, conserva sus características metrológicas, durante este intervalo de tiempo definido. Se concluye entonces, que la recomendación de realizar la calibración cada año, coloca en riesgo, los resultados de la medición, en donde se requiere la calibración del instrumento en un periodo de tiempo menor, y malgasta los recursos económicos de la institución, cuando es posible realizar la calibración, en un intervalo de tiempo mayor.
b) Recomendaciones basadas en la experiencia. De igual forma, se determinan períodos de calibración, basados en recomendaciones de expertos en los diferentes procesos, sin embargo, éstas pueden ser aceptadas, solamente, para definir el primer intervalo o periodo de calibración y solo en casos de comprobado acierto, (mediante el análisis de las calibraciones subsiguientes) se podrá aceptar su criterio, y los beneficios y consecuencias aplican exactamente, como se explicó en el literal a.
2.2 Mediante Exigencias Legales. Como se mencionó anteriormente, la determinación de los períodos de calibración, también puede determinarse en base a las exigencias normativas y reglamentarias, por lo tanto, todo depende del sector y del uso, que se le esté dando a los instrumentos de medida. La obligación de un estado de derecho, es velar por la vida, honra y bienes de todos sus ciudadanos. Teniendo en cuenta lo anterior, los gobiernos toman medidas en cuanto a la forma como debe garantizarse el cumplimiento de este deber, y en particular, cuando existen instrumentos que de alguna manera, colocan en riesgo cualquiera de estos derechos. Por ejemplo en Colombia, el Gobierno a través de la Superintendencia de Industria y Comercio dejó establecido en el numeral 3.1 del Titulo VI “ Metrología” de la Circular Única emitida por esta entidad, que “l os instrumentos de medida y patrones cuya verificación o calibración inicial, periódica y extraordinaria, se establecen como obligatorias, son: Instrumentos medidores de longitud; Taxímetros y cuentakilómetros para automóviles; Instrumentos para planimetría; Instrumentos para medición de volumen de objetos sólidos y líquidos; Pesas, balanzas, máquinas de pesar, comprobadores de granos y cereales; Instrumentos de medidas para gases; 1
Esta asociación a la fecha de elaboración de este documento, está organizada como MCAA (Measurement Control & Automation Association )
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YPFB Transporte S.A Instrumentos para medir humedad de granos y cereales; Instrumentos de medida para investigaciones científicas; Contadores de energía eléctrica, agua y gases; Jeringuillas médicas, termómetros y manómetros clínicos (esfigmomanómetros); Instrumentos de medición para la determinación de masa, del volumen de la presión, de la temperatura, de la densidad o del contenido, deben ser verificados, si son empleados en la fabricación o comprobación de medicamentos o si son preparados de manera que puedan ser utilizados sin preparación especial; Instrumentos de medición que se utilizan para el auto control del estado de salud de las personas; Instrumentos empleados en la práctica de la medicina, de la odontología, y para efectuar mediciones para el reconocimiento o tratamient o médico de las personas. ” De acuerdo con el numeral 3.3 del mismo Titulo y Circular, los reglamentos técnicos de verificación son los descritos en las normas técnicas colombianas obligatorias (NTCOO) o en su defecto, los correspondientes en cada caso, a las recomendaciones de la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) o los que emita la Superintendencia de industria y Comercio.
2.3 Mediante Métodos Normalizados. En el ámbito internacional, el documento, más utilizado es el OIML D 10 - ILAC G 24. El propósito de este documento guía, es brindar a los usuarios herramientas estandarizadas que permitan determinar los intervalos de calibración de los instrumentos de medida. Este documento guía de 2007, fue desarrollado por la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) en conjunto con el ILAC (International Laboratory Accreditation Cooperation) y corresponde a una actualización de la guía OIML D10 versión 1984. En Colombia se conoce con el nombre de Norma Técnica Colombiana, NTC 4057 pero se encuentra en versión del año 1996.
2.3.1 Cómo seleccionar un intervalo de calibración inicial. El documento OIML D10 en cuanto a la determinación del primer intervalo de calibración, indica que la base utilizada para la selección del intervalo inicial de calibración, es tan sólo la denominada “intuición de ingeniería”. Alguien con mucha experiencia en metrología y con conocimientos sobre el instrumento a ser recalibrado, hace una estimación del tiempo, en que se espera que el mismo permanezca funcionando, dentro de los niveles de tolerancia, luego de la calibración inicial. Para fijar este período, se consideran, entre otros, los siguientes factores: La recomendación del fabricante del instrumento; La condición de operación y la severidad de uso esperada; Las influencias de las condiciones ambientales; La exactitud e incertidumbre esperada de la medición. Si se desconoce el comportamiento metrológico del instrumento, es recomendable que el intervalo inicial de calibración sea definido, a partir de un criterio conservador, antes que asumir de antemano un desempeño optimo. Se deben tener en cuenta algunas precauciones adicionales con respecto a las características técnicas de los instrumentos de medida. Al menos se debe considerar: Establecer claramente el tiempo en que el fabricante garantiza la permanencia de las características metrológicas de los instrumentos; generalmente los fabricantes de instrumentos electrónicos informan sobre la deriva de exactitud; para este caso en particular, el primer periodo de calibración no debe ser superior a seis meses.
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YPFB Transporte S.A Las características metrológicas de los instrumentos de medida, están asociadas a condiciones ambientales de operación; es importante comparar estas características con las que se encuentran en el sitio de instalación del instrumento. En caso de estar fuera de estas condiciones, se debe indagar sobre las correcciones que se deben ejecutar, o continuar la búsqueda de un instrumento más apropiado a la condición de operación real. Como es normal, algunos fabricantes tienden a ser muy optimistas en cuanto al desempeño del instrumento; en caso de duda sobre lo que se ofrece, se debe buscar mayor información acerca del mismo, con el fin de asegurar la calidad de las mediciones. Muchos fabricantes de transmisores o transductores reportan sus datos de exactitud usando un factor denominado BFSL (Best Fit Straight Line); esta es otra forma de cuantificar la linealidad. Se interpreta como la máxima desviación de la salida del instrumento con respecto a la línea de referencia BFSL; esta otra forma de reportar linealidad, ha llegado a ser muy popular en instrumentos usados para medir presión. La línea de referencia BFSL esta localizada sobre la curva de salida del sensor, en la mitad de su altura (Fig. 1). La forma de obtener esta línea BFSL, es a través de una regresión lineal.
Señal de salida del sensor
Línea entre zero y span
Línea BSFL
Fig. 1. Ubicación de la Línea de referencia BSFL.
2.3.2 Método 1: Ajuste automático “escalera” En este método, cada vez que un instrumento es calibrado rutinariamente, el intervalo subsiguiente es extendido, en caso de que se verifique que está dentro de la tolerancia, o reducido en caso de que se constate que está fuera de la tolerancia (Fig. 2). Error
T1
T2 > T1
T3 > T2
T4 < T3
Tolerancia de error del mensurando Fig. 2. Grafica del método de ajuste automático
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YPFB Transporte S.A Esta respuesta en escalera rodante propicia un ajuste rápido de los intervalos de calibración y puede implementarse fácilmente sin grandes esfuerzos. Cuando se mantienen y analizan los registros, es posible identificar un problema incipiente indicando la necesidad de un ajuste, o un mantenimiento preventivo del instrumento. Una desventaja de los sistemas que tratan los instrumentos de forma individual puede ser la dificultad de mantener la carga de trabajo de calibración constante y balanceada, dado que esto exige una planeación detallada del programa de calibración.
2.3.3 Método 2: Carta de Control. Este método monitorea la tendencia central y la dispersión a partir de un gráfico de control de procesos. Se escogen puntos de calibración representativos de la condición de operación del instrumento y los resultados son graficados en función del tiempo. A partir de estas gráficas, se calculan tanto la dispersión como la deriva de los resultados (Fig. 3). Error
Tolerancia de error del mensurando
Tiempo
T1
T2 = T1
T3 = T2
T4 > T3
T5 < T4
Fig. 3. Grafica del método de carta .de control.
La deriva puede evaluarse como la deriva media dentro de una calibración, o en el caso de instrumentos extremadamente estables, como la deriva a lo largo de varios intervalos de calibración. A partir de estos resultados, puede calculars e el intervalo de calibración óptim o. En la práctica, este método es de difícil aplicación en el caso de instrumentos más complejos y prácticamente puede utilizarse solamente si hay disponible un procesamiento automático de datos. Para los cálculos del intervalo de calibración, se requiere un conocimiento considerable de la ley de variabilidad del instrumento, o de instrumentos similares. Al igual que con el m étodo anterior, es dif ícil mantener una carga de tr abajo de calibraciones balanceada. No obstante, se permite una variación considerable de los intervalos de calibración en relación con el intervalo previsto inicialmente; la confiabilidad puede ser calculada y el método proporciona un intervalo de calibración eficiente (teóricamente). Además de esto, el cálculo de la dispersión indicará si los límites de especificación del fabricante son razonables y el análisis de la deriva encontrada puede auxiliar en la identificación de las causas de esta misma. Su ventaja principal es que los intervalos son confiables y permiten verificar la validez de los límites de error especificados, indicando en la mayoría de las veces las causas de las variaciones.
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YPFB Transporte S.A 2.3.4 Método 3: Tiempo en Uso. Esta es una variación de los métodos anteriores. El método básico permanece inalterado, pero el intervalo de calibración se expresa en horas de uso, en lugar de un intervalo fijo en meses o años. En este caso, debe dotarse al instrumento de un indicador de tiempo de operación, o poseer un monitoreo externo, siendo enviado para la calibración cuando el número de horas de operación alcanza un determinado valor (Fig. 4). Error
Tolerancia de error del mensurando
Tiempo n horas
n horas
n horas
n horas
n horas
. en Uso. Fig. 4. Grafica del método de tiempo
Ejemplos de instrumentos que pueden monitorearse siguiendo este método son los termopares utilizados en temperaturas extremas, balanzas de peso muerto para presión de gas e instrumentos para medición de longitud, es decir, instrumentos que puedan estar sujetos al desgaste o fatiga (stress) mecánica. La ventaja importante de este método es que el número de calibraciones realizadas y, por lo tanto, los costos de calibración varían directamente con el tiempo que el instrumento permanece en uso. Adicionalmente, existirá una verificación automática sobre el tiempo de uso del instrumento. Dentro de las desventajas cabe destacar: El costo inicial de instalar controladores de tiempo de operación es alto, No debería utilizarse si se conoce que el instrumento presenta deriva, que se degrada aún cuando no esté en uso o cuando es manipulado, o cuando es sometido a muchos ciclos de encendido-apagado, La dificultad de programar las calibraciones dado que no se posee conocimiento de la fecha de cuando el intervalo de calibración terminará efectivamente.
2.3.5 Método 4: Revisión en servicio o “prueba de caja negra.” Este es una variación de los métodos 1 y 2, es particularmente indicado para instrumentos o sistemas de medición complejos. En este caso, los parámetros críticos son verificados con frecuencia (una vez por día, o aún con una frecuencia mayor) por medio de un patrón o un calibrador portátil especialmente construido para verificar los parámetros seleccionados. En caso de que se identifique que el instrumento está midiendo fuera de las tolerancias dadas por el calibrador, éste debe someterse a una calibración completa (Fig. 5). Error Verificaciones
Tolerancia de del mensurand
Calibración
Ti
T1
T2 < T1
T3 > T2
Fig. 5. Gráfica del método de Revisión en . Servicio
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YPFB Transporte S.A La gran ventaja de este método es que proporciona una disponibilidad máxima al usuario del instrumento. El método es particularmente indicado para instrumentos que operan apartados geográficamente del laboratorio de calibración, en este caso la calibración completa solamente es realizada cuando fuera realmente necesaria. Las dificultades se encuentran en la definición de los parámetros críticos para el proceso y, en función de estos, en el diseño del calibrador. Sin embargo, el método ofrece una alta confiabilidad, dependiendo del monitoreo del parámetro correcto y de las características del calibrador disponible.
2.3.6 Método 5: Otras aproximaciones estadísticas. Cuando existe un gran número de instrumentos o grupos de instrumentos a ser calibrados, los intervalos de calibración pueden revisarse con el apoyo de métodos estadísticos que definirán intervalos de calibración según determinados niveles de confianza pre-establecidos. Un histórico de las calibraciones de los instrumentos va a determinar la proporción de los no-conformes, la cual debe estar dentro de un límite pre-establecido. La ampliación o reducción de la periodicidad dependerá de cuanto fue la desviación en relación con este límite. La gran ventaja de este método es que los instrumentos son agrupados, facilitando su control. La aplicación de este método requiere el conocimiento de herramientas estadísticas para implementar el análisis correcto de los resultados de las calibraciones realizadas sobre los instrumentos, así como también es necesario contar con la ayuda de herramientas software.
Error
Tolerancia del error del mensurando
Tiempo
T
T
T
T
T
Fig. 6. Grafica de un método estadístico aplicado.
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COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS PROPUESTOS POR EL DOCUMENTO OIML D10 – ILAC G24.
A continuación, en la Tabla 1 se muestra la comparación entre los métodos propuestos por el documento OIML D10-ILAC G24
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YPFB Transporte S.A Método 1 “Escalera”
Método 5
Método 2
Método 3
Método 4
“Carta de Control”
“Tiempo de uso”
“caja negra”
aproximaciones
“otras
estadísticas”
Confiabilidad
medio
alto
medio
alto
medio
Esfuerzo de aplicación
bajo
alto
medio
bajo
alto
Balanceo carga - trabajo
medio
medio
malo
medio
malo
medio
bajo
alto
alto
bajo
medio
medio
medio
alto
medio
Aplicabilidad con respecto a instrumentos particulares Disponibilidad de los instrumentos
Tabla 1. Comparación entre los diferentes métodos propuestos en el d ocumento OIML D10 - ILAC G24
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CONFIRMACIÓN METROLÓGICA SEGÚN ISO 10012:2003
Descritos los diferentes métodos conocidos para determinar los intervalos de calibración, ahora es importante, indicar a los lectores, el porque y para que, éstos son útiles. Son útiles porque permiten generar la confianza en las mediciones, porque racionalizan la inversión que hacen las organizaciones en el control de las unidades de medida, y facilitan el diseño e implementación, de 2 la «confirmación metrológica », la cual se encuentra establecida en la norma internacional ISO 10012:2003[2], como parte del programa de aseguramiento metrológico, el cual busca proporcionar confianza, en que se cumplirán, los requisitos de la medición, establecidos en los contratos y/o en las regulaciones vigentes.
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CONCLUSIONES.
Determinar un intervalo de calibración, basado en la experiencia o en periodos fijos de tiempo, (por ejemplo un año), es una práctica no recomendable, dado que puede colocar en riesgo la integridad de los resultados de medición y afectar seriamente los recursos económicos de las organizaciones. La selección del intervalo de calibración de un instrumento de medición, depende de diversos factores, cuyas influencias e importancias, no pueden generalizarse, porque dependen de cada aplicación en particular. Se deben aplicar técnicas que permitan optimizar recursos, sin poner en riesgo la calidad de la medición. Independientemente del método utilizado, será siempre importante considerar, que existen dos criterios básicos, y antagónicos, los cuales necesitan balancearse en cuanto a la decisión del intervalo de calibración de cada instrumento de medición. Estos son: El riesgo del instrumento de salir del rango de tolerancia permitido, durante su utilización, debería ser el menor posible, y Los costos anuales de calibración de los instrumentos, deberían minimizarse. Queda claro también que la determinación del intervalo de calibración de un instrumento, exige un pleno conocimiento de las características técnicas del mismo, de sus condiciones operacionales, de su comportamiento a lo largo del tiempo y, principalmente, de los requisitos exigidos para la medición. Con base a los factores mencionados anteriormente, queda claro que es difícil o casi imposible, definir una lista con intervalos de calibración, que pueda ser utilizada de forma universal para todos los tipos de instrumentos, y en las más diversas aplicaciones. De esta forma, es más coherente establecer orientaciones 2
La confirmación metrológica esta compuesta por la calibración y verificación del equipo de medición.
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YPFB Transporte S.A a ser consideradas en la definición de los intervalos de calibración, y posteriormente reevaluar sistemáticamente dichos intervalos, ajustándolos en base a los resultados obtenidos y en la experiencia acumulada.
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REFERENCIAS
[1] Metrólogos Asociados, Intervalos de Confirmación Metrológica, Guía Metas, febrero del año 2002 [2] NTC-ISO 10012. Sistemas de Gestión de la Medición. Requisitos para los procesos de medición y los equipos de Medición (2003) [3] OIML D 10 – ILAC G24. International document. Guidelines for the determination of recalibration intervals of measuring equipment used in testing laboratories, 2007.
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