Calibración

La calibración es el proceso de comparar los valores ob-tenidos por un instrumento de medición con la medidacorrespondiente de un patrón de referencia (o estándar).Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, la ca-libración es “una operación que, bajo condiciones espe-cíficas, establece en una primera etapa una relación en-tre los valores y las incertidumbres de medida provistaspor estándares e indicaciones correspondientes con lasincertidumbres de medida asociadas y, en un segundopaso, usa esta información para establecer una relaciónpara obtener un resultado de la medida a partir de unaindicación”.[1]

De esta definición se puede deducir que para calibrar uninstrumento o un estándar se necesita disponer de uno demayor precisión (patrón) que proporcione el valor con-vencionalmente verificable, el cual se utilizará para com-pararlo con la indicación del instrumento que está siendosometido a la calibración. Esto se realiza mediante unacadena ininterrumpida y completamente documentada decomparaciones hasta llegar al patrón primario, que cons-tituye lo que se conoce como trazabilidad.[2] El objetivode la calibración es mantener y verificar el buen funciona-miento de los equipos, responder los requisitos estableci-dos en las normas de calidad y garantizar la fiabilidad y latrazabilidad de las medidas. Los instrumentos de medidarequieren ser calibrados con más frecuencia cuanto másexactas sean sus muestras, es decir, cuanto menor seanlas tolerancias de error. En general, los intervalos de ca-libración dependen de factores como los requerimientosdados por un cliente o una regulación y la estabilidad conel tiempo del instrumento a calibrar.[3]

1 Introducción

Durante el proceso de calibración se contrasta el valor desalida (“output” en inglés) del instrumento a ser calibra-do frente a un estándar en diferentes puntos del rango decalibración. Si el error de calibración - error que se poneen manifiesto durante la calibración - es inferior al límitede rechazo determinado, ya sea por las normas, la empre-sa o la recomendación del fabricante, la calibración seráaceptada.[4] De otro modo, se requiere un ajuste del ins-trumento con un posterior contraste. Estos últimos dospasos se repiten tantas veces como sea necesario hastaque el error obtenido sea inferior al límite establecido.En los equipos en los cuales no se dispone de ajuste, co-mo termopares, etc., en caso de no satisfacer las toleran-cias marcadas, los aparatos tendrán que ser sustituidos

por otros que hayan estado previamente calibrados.Los principales motivos que pueden provocar la necesi-dad de que se realice la calibración de los instrumentosde medición son:

• Nuevo instrumento

• Se ha agotado un periodo de tiempo específico

• Se ha agotado un cierto volumen de uso (horas detrabajo)

• Cuando un instrumento ha recibido un golpe o vi-braciones fuertes que pueden haber causado que estese descalibre

• Cambios de temperatura superiores a los aceptables

• Siempre que las observaciones obtenidas sean cues-tionables

En general, la calibración a menudo se contempla juntocon el proceso de ajuste del resultado de un instrumentode medida, de manera que esté de acuerdo con un están-dar preestablecido, y dentro de una precisión especifica-da. De todos modos, no todos los instrumentos de medidapueden ser ajustados hasta que sus medidas correspon-dan perfectamente con los valores dados por los estánda-res con los cuales se comparan. Para la inmensa mayoríade las calibraciones, el proceso de la calibración es, dehecho, una comparación de un valor desconocido y unoconocido y el registro de los datos obtenidos.En la calibración, los resultados obtenidos han de ser in-formados a través de un certificado de calibración, en elque se suele indicar una identificación del documento, in-formación sobre el instrumento a calibrar, la fecha de ca-libración, el método con el que se calibra, las condicionesen las que se llevó a cabo como la temperatura, los resul-tados y las incertidumbres obtenidas, y la firma y acredi-tación, en su caso, del laboratorio.[5] Además se puedenincluir tablas, gráficas y otras variedades de soporte gráfi-co que ayuden en la comprensión y representación de losresultados de la calibración.

2 Proceso de calibración

El proceso de calibración se inicia con el diseño del ins-trumento de medida que ha de ser calibrado. El diseñotiene que ser capaz de “soportar la calibración” a través

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2 4 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

de su intervalo de calibración. Es decir, el diseño tieneque ser capaz de tomar medidas que se encuentren den-tro de la “tolerancia ingenieril” cuando se utiliza en con-diciones ambientales durante un periodo de tiempo razo-nable. El mecanismo exacto para la asignación de valoresde tolerancia varia según el país o el tipo de industria. Engeneral, los fabricantes de equipos de medida, asignan latolerancia en la medición, sugieren un intervalo de cali-bración y especifican el rango de utilización y almacenajenormales. El hecho de tener un diseño de estas caracte-rísticas aumenta la probabilidad de que los instrumentosde medida actuales se comporten de la manera espera-da. El siguiente paso es definir el proceso de calibración.La selección del estándar o estándares es la parte más vi-sible del proceso de calibración. Idealmente, el estándarha de tener menos de una cuarta parte de la incertidum-bre de medida que viene dada por el aparato que ha deser calibrado.[6] El proceso consiste en elegir un estándarque cumpla la norma anteriormente mencionada sobre laincertidumbre de medida y hacerlo servir para compararsu medida con la del aparato calibrado. Después de elegirun estandar con un grado de incerteza más ajustado y serepita la operación anterior. Este proceso se repite has-ta que se llegue al estándar con la mayor certeza posibledel cual se dispone en el laboratorio de calibración o demetrología. Este proceso establece la trazabilidad de lacalibración.Hay que decir que este proceso de calibración median-te estándares está, prácticamente siempre, precedido deuna inspección visual del instrumento, donde se comprue-ba que este no presente ningún daño físico que se puedaapreciar a simple vista. Los resultados de esta inspecciónse denominan comúnmente como los datos “as-found” dela inspección (datos del instrumento, tal como se han en-contrado). Normalmente todo el proceso de calibraciónes encargado a un único técnico especializado que seráel que se ocupe de documentar que la calibración se hacompletado con éxito.El proceso que se ha explicado anteriormente es un retodifícil y caro. El coste del soporte técnico correspondien-te a un equipamiento ordinario es, en general, de aproxi-madamente el 10% del precio de compra original en baseanual. Otra maquinaria más exótica y/o compleja puederesultar aún más cara de mantener.La extensión del programa de calibración expone lascreencias principales de la organización involucrada. Laintegridad de la organización puede verse fácilmente enentredicho según el programa de calibración que se ha-ya establecido. En general, se trata de que cada máquinade una organización tenga planeado un proceso de cali-bración concreto para ella. Por ejemplo, si una empre-sa dispone de varias máquinas iguales, las máquinas másviejas se emplearán para los trabajos menos sufridas y,por lo tanto, necesitarán de una calibración limitada. Lasmáquinas que se emplean a menudo y de las cuales de-pende el proceso de producción, en cambio, se habrán decalibrar de formamás habitual y con unas tolerancias bas-

tante ajustadas. Por otra parte, cada máquina se habrá decalibrar solo en relación a la operación/faena que desa-rrolle. Esto se refiere a que aunque la máquina realmentepueda realizar muchos más trabajos de las que realmentehace en el proceso de producción, solo se ha de calibrarla faena que realmente haga de forma activa. El resto delos procesos de calibración resultará innecesario.Este proceso de escoger y diseñar el proceso de calibra-ción se ha de realizar para todos los instrumentos básicosque estén presentes en la organización.

3 Calidad

Afin demejorar la calidad de la calibración a favor de queorganizaciones externas acepten los resultados obtenidos,es deseable que las medidas correspondientes sean fácil-mente convertibles al Sistema Internacional de Unidades.La acción de establecer la trazabilidad se puede realizarhaciendo una comparación formal con un estándar quepuede estar relacionado de forma directa o indirecta conlos estándares nacionales, los internacionales o los mate-riales de referencia certificados. Los sistemas de gestiónde la calidad requieren un sistema de metrología efectivoque incluya la calibración formal, periódica y documenta-da de todos los instrumentos de medida. Las normas ISO9000 e ISO 17025 establecen que estas acciones tenganuna alta trazabilidad e indican cómo se ha de cuantificar.

4 Instrumentos de medición

En la lista de a continuación se pueden ver algunos de losinstrumentos de medición y de inspección:

• Pie de rey o calibrador Vernier universal: sirve pa-ra medir con precisión elementos pequeños (clavos,orificios, pequeños objetos, etc.). La precisión de es-ta herramienta de trabajo llega a la décima de milí-metro e incluso puede llegar a apreciar centésimasde dos en dos (cuando el nonio está dividido en cin-cuenta partes iguales).

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 cm

0

0 4 8 1/128

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1/20

1

2

1 2 3 4 5 6

8

7

3

inch

486

5

Componentes del pie de rey.

Para medir exteriores se utilizan las dos extensiones lar-gas, para medir interiores (por ejemplo, diámetros de ori-ficios) las dos extensiones cortas, y para medir profundi-dades, un vástago que sale de la parte de atrás y que se

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denomina sonda de profundidad. Para llevar a cabo unamedición, se ajustará el calibre al objeto a medir y se fi-jará. La extensión móvil tiene una escala graduada (10,20 o 50 divisiones, dependiendo de la precisión).La medición mediante este instrumento es realizada de lasiguiente manera: Primero se hace resbalar la parte móvilde manera que el objeto a medir quede entre las dos ex-tensiones (si es una medida de exteriores). La extensiónmóvil indicará los milímetros enteros que contiene la me-dida. Los decimales se habrán de encontrar con ayuda delnonio. Para tal efecto, se observará qué división del noniocoincide con una división (cualquiera) de las presentes enla regla fija. Esa división coincidirá con los valores deci-males de la medida que se está efectuando.

• Pie de rey de Tornero: es muy semejante al que se hadescrito anteriormente, pero tiene unas uñas adapta-das a las medidas de piezas en un torno. Este tipo decalibre no dispone de piernas interiores ya que conlas exteriores se pueden hacer medidas internas, pe-ro se tendrá que tener en cuenta que el valor del diá-metro interno se tendrá que incrementar en 10 mmdebido a la anchura de las patas del instrumento (5mm cada una).

Micrómetro de exteriores 0-25, típico.

• Calibre de profundidad: es un instrumento de medi-ción semejante a los anteriores, pero tiene una pun-tos de apoyo que permiten la medida de profundi-dades, entrecortes y agujeros. Tienen longitudes debases diferentes y, además, son intercambiables.

• Banco de coordenada horizontal: es un equipo demedición para la calibración de los instrumentos demedición. Está provisto de una regla de gran preci-sión que permite comprobar los errores del utillajede medida y de control, tales como pies de rey, mi-crómetros, comparadores, anillos lisos y de rosca,tapones, etc.

Animación del funcionamiento de un micrómetro.

• Micrómetro, perno micrométrico o Palmer: es uninstrumento que sirve para medir con alta precisión(del orden de una micra, equivalente a 10−6 metros)las dimensiones de un objeto. Para ello, cuenta condos puntas que se aproximan entre elles mediante unclavo de rosca fina, el cual tiene grabado una esca-la en su contorno. La escala puede incluir un nonio.Frecuentemente, el micrómetro también incluye unamanera de limitar la torsión máxima del clavo, dadoque la rosca muy fina hace que resulte difícil notarfuerzas que sean capaces de causar el deterioro de laprecisión del instrumento. El micrómetro se clasifi-ca de la siguiente manera:

• • Micrómetro de exteriores: son instrumentos demedición capaces de medir el exterior de pie-zas en centésimas. Tienen contactos de metalduro rectificados y plateados. Ejercen sobre lapieza amedir una presiónmediana entre 5 y 10N; tienen un freno para no dañar la pieza y elmedidor en caso de que se apriete demasiadocuando se esté realizando la medición.

• Micrómetro digital: son exactamenteiguales a los anteriores, pero tienen laparticularidad de realizar medidas dehasta 1 milésima de precisión y son di-gitales, a diferencia de los anteriores queson analógicos.

• Micrómetro exterior con contacto de pla-tillos: de la misma apariencia que los an-teriores, pero tienen unos platillos en suscontactos con tal de mejorar la sujecióny para la medida de dientes de coronas ode hojas de sierra circulares.

• Micrómetro de exteriores de arco profun-do: tienen la particularidad de que tienensu arco de mayor longitud que los ante-riores. Sirven para poder realizar medi-

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das en placas o en lugares de difícil acce-so.

• Micrómetro de profundidades: se parecemucho al calibre de profundidades, perotiene la capacidad de realizar medidas encentésimas de milímetro.

• Micrómetro de interiores: mide los inte-riores basándose en tres puntos de apoyo.En el estuche contiene galgas para com-probar la exactitud de las medidas.

• Reloj comparador: es un instrumento que permiterealizar comparaciones de medida entre dos obje-tos. También tiene aplicaciones de alineación de ob-jetos en maquinarias. Necesita un soporte con piemagnético.

• Visualizadores con entrada Digimatic: es un instru-mento que tiene la capacidad de mostrar digitalmen-te la medida de un instrumento analógico.

• Verificador de interiores: instrumento que sirve pa-ra tomar medidas de agujeros y compararlas de unapieza a otra. Tiene un reloj comparador para mayorprecisión y piezas intercambiables.

• Gramil o calibre de altitud: es un instrumento quemide el ángulo formado por dos vistas, cifrando elresultado obtenido. Este ángulo podrá estar situadoen un plano horizontal y se denomina "ángulo azi-mutal” o en un plano vertical, denominándose "án-gulo cenital” si el costado origen de la graduaciónes la línea cenit-nadir del punto d estación; o "án-gulo de altura” si este lado es la línea horizontal delplano indicado que pasa por el punto de vista o depuntería.

• Nivel de agua: es un instrumento de medición uti-lizado para determinar la horizontalidad o verticali-dad de un elemento. Es un instrumentomuy útil en laconstrucción en general y para la industria. El prin-cipio de este instrumento está en un pequeño tubotransparente (de cristal o plástico) el cual está llenode líquido con una burbuja en su interior. La burbu-ja es de una medida inferior a la distancia entre lasdos marcas. Si la burbuja se encuentra entre las dosmarcas, el instrumento indica un nivel exacto, quepuede ser horizontal o vertical.

• Tacómetro: es un instrumento capaz de contar el nú-mero de revoluciones de un eje por unidad de tiem-po.

• Voltímetro: instrumento para medir la diferencia depotencial entre dos puntos.

• Amperímetro: instrumento para la intensidad de co-rriente que circula por una rama de un circuito eléc-trico.

• Multímetro: instrumento capaz de medir diferentesmedidas eléctricas como por ejemplo la tensión, laresistencia, la intensidad de corriente normal quehay en un circuito, además de algunas funciones másque tiene el instrumento dependiendo del fabricantey el modelo.

• Estroboscopio: Es un elemento capaz de contar re-voluciones y vibraciones de una maquinaria, sin te-ner contacto físico, a través del campo de acción queesta genera.

• Galgas para roscas y espesores: son reglas de com-paración para ver el tipo de rosca de un clavo o laanchura de un elemento. La galga de la rosca puedeser de rosca métrica Whitworth.

• Balanza: instrumento que es capaz de medir el pesode un determinado elemento. Hay de diferentes ta-maños y de diferentes rangos de apreciación de pe-sos.

Calibre tapón cilíndrico pasa-no pasa.

• Calibre pasa-no pasa (calibre de tapón):

• Calibre de tapón cilíndrico: son elemen-tos que sirven para comprobar el diáme-tro de agujeros y comprobar si se adap-tan a lo que es necesario, para respetarlas tolerancias del equipo, se someten ala condición de pasa-no pasa y tienen eluso contrario al calibre de herradura.

• Calibre de herradura: sirven para medirel diámetro exterior de piezas con la con-dición de pasa-no pasa.

• Calibre de rosca: permite medir la ros-ca tanto de un tornillo como de una tuer-ca, que están sometidos a la condición depasa-no pasa.

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• Instrumentos para la inspección óptica:

• Lupa: es un instrumento de inspecciónque permite ver objetos y característicasque son imposibles de ver a simple vista.Consigue aumentar lo que se está viendo,el aumento depende de la la graduaciónóptica del instrumento.

• Microscopio: instrumento de visualiza-ción que permite ver aspectos o caracte-rísticas de objetos con una visión micros-cópica y con los dos ojos a la vez.

• Proyector de perfiles: instrumento quepermite ampliar, con un factor conocido,una pieza y poder observar su estructuramás pequeña mediante la reflexión de susombra.

• Termómetro: instrumento que permite realizar me-didas de temperatura.

• Rugosímetro: es un instrumento que, mediante on-das, es capaz de medir la rugosidad de la superficiede un objeto, sin la necesidad de ampliación visualde la superficie del objeto.

• Láser, como instrumento de medición.

• Durómetro: instrumento electrónico que permitemedir y hacer pruebas de la dureza de diferentes ma-teriales, ya sean metálicos, cerámicos, plásticos o depiedra.

5 Referencias[1] «Vocabulario internacional de metrología - Conceptos bá-

sicos y generales y términos asociados (VIM)».Oficina In-ternacional de Pesas y Medidas (en inglés, francés). 2008.p. 28. Consultado el 19 de septiembre de 2013.

[2] Moro Piñeiro, María (2000). Metrología: introducción,conceptos e instrumentos. Universidad de Oviedo. p. 40.ISBN 9788483172315. Consultado el 19 de septiembrede 2013.

[3] «Recommended Calibration Interval». Instituto Nacionalde Estándares y Tecnología (en inglés). 15 de mayo de2013. Consultado el 19 de septiembre de 2013. (enlaceroto disponible en Internet Archive; véase el historial y laúltima versión).

[4] Restrepo Díaz, Jaime. Metrología II. ITM. p. 67. ISBN9789588351445. Consultado el 4 de octubre de 2013.

[5] Creus Solé, Antonio (2008). Instrumentos industria-les, su ajuste y calibración. Marcombo. p. 37. ISBN9788426714213. Consultado el 4 de octubre de 2013.

[6] «Calibration principles». Instrumentation, Systems andAutomation Society (en inglés). p. 3. Consultado el 3 deoctubre de 2013.

6 Bibliografía adicional• Morris, Alan S.; Langari, Reza (2011). «4: Calibra-tion of Measuring Sensors and Instruments». Mea-surement and Instrumentation: Theory and Appli-cation (en inglés). Academic Press. p. 103. ISBN9780123819628. Consultado el 3 de octubre de 2013.

7 Enlaces externos• Esta obra deriva de la traducción de Calibratge deWikipedia en catalán, concretamente de esta ver-sión, publicada por sus editores bajo la Licencia dedocumentación libre de GNU y la Licencia Crea-tive Commons Atribución-CompartirIgual 3.0 Un-ported.

6 8 ORIGEN DEL TEXTO Y LAS IMÁGENES, COLABORADORES Y LICENCIAS

8 Origen del texto y las imágenes, colaboradores y licencias

8.1 Texto• Calibración Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Calibraci%C3%B3n?oldid=84845821 Colaboradores: CEM-bot, Pabloshi, Mel 23, El-saBornFree, Heber A. Tzoc, Arjuno3, Jkbw, Grillitus, UAwiki, I(L)Verano, Melodygar y Anónimos: 10

8.2 Imágenes• Archivo:GaugePlugSpecialGoNoGo.jpg Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/GaugePlugSpecialGoNoGo.jpg Licencia: CC-BY-SA-3.0 Colaboradores: Trabajo propio Artista original: Glenn McKechnie

• Archivo:Messschraube_01_KMJ.jpg Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/Messschraube_01_KMJ.jpg Li-cencia: CC-BY-SA-3.0 Colaboradores: Transferido desde de.wikipedia a Commons. Artista original: KMJ de Wikipedia en alemán

• Archivo:Micrometer_applet.gif Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c5/Micrometer_applet.gif Licencia: CCBY 3.0 Colaboradores: Trabajo propio Artista original: Lookang

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