Medición de presión y metrología

Publicado en 28 de agosto de 202328 de agosto de 2023 por Thiago Paredi

Introducción

El procedimiento de medición de la presión está muy difundido en los procesos industriales y abarca diversas esferas, como la siderurgia, la metalurgia, la automoción, la meteorología, la aviación, entre otras.

La fiabilidad de estas mediciones está relacionada con cuestiones comerciales, de calidad, salud y seguridad. Así, una medición errónea puede provocar desde problemas de calidad en el proceso industrial hasta incluso accidentes mortales. Por ello, las empresas buscan formas potentes y fiables de supervisar sus procesos. Para que este monitoreo sea eficaz, no basta con instalar diversos equipos y medidores de presión en la planta de la fábrica. Es necesario asegurarse de que el valor medido por el instrumento es correcto. Y ahí es donde entra la Metrología.

Según el Vocabulario Internacional de Conceptos Fundamentales y Generales de Metrología (VIM), la metrología es «la ciencia de la medición». Abarca los aspectos que influyen en un proceso de medición. La metrología asume una importancia relativa con el proceso de globalización de la producción, ya que las mediciones están presentes en prácticamente todos los procesos de toma de decisiones y engloban los sectores industrial, comercial, salud y medio ambiente.

El proceso de calibración de un medidor de presión es una actividad compleja. Deben cumplirse varios requisitos impuestos por las normas pertinentes. La calibración se realiza en laboratorios acreditados por Inmetro o en laboratorios con trazabilidad a patrones nacionales.

Definiciones

Presión: La medición de la presión se realiza a partir de un valor de referencia. Según la referencia utilizada, los modos de medición de la presión son: Presión absoluta, presión manométrica, vacío y presión diferencial.

Presión Absoluta: La presión absoluta (pabs) es la presión que está por encima de la presión «cero absoluto».

Presión Manométrica (Relativa o Positiva): La presión manométrica es un caso especial de medición de presión diferencial, cuando la presión absoluta medida es mayor que la presión atmosférica local. La presión manométrica evalúa cuánto su valor está por encima de la presión atmosférica local.

pe = pabs − patm

Vacío (Presión Negativa): El vacío es un caso especial de medición de presión diferencial, cuando la presión absoluta medida es menor que la presión atmosférica local. El vacío evalúa cuánto su valor está por debajo de la presión atmosférica local.

pe = pabs − patm

Presión Diferencial: La diferencia entre dos presiones p1 y p2 se denomina «presión diferencial». En este modo de presión, el valor de la presión de referencia, p1 o p2, no es la presión atmosférica local.

p = p1 − p2

Figura 1 – Conceptos básicos de presión

Calibración: La calibración es el conjunto de operaciones que establecen, en condiciones específicas, la relación entre los valores indicados en el proceso de medición y los valores correspondientes de las magnitudes establecidas por estándares.

Error máximo permitido: Valor extremo del error de medición con respecto a un valor de referencia conocido, permitido por las especificaciones o reglamentos para una medición, un instrumento de medición o un sistema de medición.

Error de histéresis: Diferencia máxima entre las indicaciones crecientes y decrecientes en cualquier punto de la escala en una calibración.

Error de repetibilidad: Diferencia máxima entre un número consecutivo de indicaciones para la misma presión, en las mismas condiciones de funcionamiento, en el mismo sentido de aplicación de la presión.

Error de linealidad: Diferencia máxima entre la curva obtenida por la media de las indicaciones crecientes y decrecientes en una calibración y la recta teórica del instrumento.

Error fiducial: El error fiducial de un medidor de presión que se determina a partir de la relación entre el mayor error de medición del instrumento y el rango de medición expresado en porcentaje.

Nota: El error fiducial determina la clase de exactitud del instrumento calibrado.

Clase de exactitud: Clase de instrumentos de medición o sistemas de medición que cumplen los requisitos metrológicos establecidos para mantener los errores de medición o las incertidumbres de medición instrumentales dentro de los límites especificados, bajo condiciones de funcionamiento determinadas.

Calibración – ejemplo para el manómetro digital

La calibración consiste en comprar los valores indicados por el manómetro que se está calibrando (LI) y los valores indicados por el manómetro estándar (LPT) cuando se someten a los mismos niveles de presión (puntos de calibración). En la calibración en cuestión, se utilizó el método de comparación indirecta. La presión fue generada por una bomba hidráulica y los valores indicados por el manómetro se compararon con los valores indicados por el manómetro estándar.

Datos del manómetro digital calibrado:

Escala: 0 a 10 bar

Resolución: 0,01 bar

Clase de exactitud: A

Error máximo permitido: ± 1,0 % del valor final de la escala

Datos del manómetro digital estándar:

Escala: 0 a 35 bar

Resolución: 0,01 bar

Clase de exactitud: 5A

Nota: Debe analizarse la relación entre la exactitud del estándar y el instrumento que se va a calibrar. Para calibrar manómetros digitales, el estándar debe tener una resolución por lo menos cuatro veces mejor que la del manómetro en calibración, según la norma NBR 14105-2.

Puntos de calibración:

Según la norma NBR 14105-2, un manómetro con clase de exactitud «A» debe ser calibrado en por lo menos 5 puntos. Cuando existe el punto cero, también debe comprobarse.

Punto	Valor (bar)
Punto inicial	0,00
1° Punto	2,00
2° Punto	4,00
3° Punto	6,00
4° Punto	8,00
5° Punto	10,00

Valores encontrados durante la calibración:

Resultados obtenidos en la calibración

Indicación del Instrumento		Indicación del estándar de trabajo (bar)
PRESIÓN		1° Ciclo		2° Ciclo		Promedio
SI (MPa)	Instrumento (bar)	Creciente	Decreciente	Creciente	Decreciente	Promedio
0,000	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
0,200	2,00	2,00	2,00	2,00	2,01	2,00
0,400	4,00	4,02	4,01	4,01	4,00	4,01
0,600	6,00	6,03	6,03	6,04	6,03	6,03
0,800	8,00	8,07	8,05	8,07	8,08	8,07
1,000	10,00	10,12	10,12	10,13	10,13	10,13

Características metrológicas presentadas en: (bar)

INCERTIDUMBRE DE MEDICIÓN:	0,02	REPETIBILIDAD	0,03
ERROR MÁXIMO (ERROR FIDUCIAL):	-0,13	HISTÉRESIS:	0,02

Características metrológicas presentadas en relación con la amplitud del rango del instrumento: (%)

INCERTIDUMBRE DE MEDICIÓN:	0,20	REPETIBILIDAD	0,30
ERROR MÁXIMO (ERROR FIDUCIAL):	-1,30	HISTÉRESIS:	0,20

Al analizar los resultados encontrados en la calibración, se observa que el medidor de presión está presentando un error máximo de indicación (error fiducial) por encima del límite establecido para su clase de exactitud. Debe sustituirse o enviarse al servicio técnico del fabricante para ajuste.

Conclusión

En el ejemplo anterior, se observó que la desviación de medición del manómetro era aproximadamente un 30 % superior a la admisible para su clase de exactitud. El impacto de esta desviación puede ser extremadamente perjudicial para la calidad del proceso al que se aplica el manómetro. Además, según la aplicación, la seguridad y la integridad de los equipos y las personas que intervienen en el proceso pueden verse comprometidas.

Esto demuestra la importancia de la metrología en los procesos industriales y refuerza la idea de que no basta con tener instalado un sistema de control. Es necesario que los resultados presentados por el sistema sean fiables.

Artículo escrito por Fabiano Schneider Boff, Analista de Metrología de NOVUS.

Referencias

NBR14105-2: Medidores de presión – Parte 2: Medidores digitales de presión – Requisitos para fabricación, clasificación, ensayos y uso.

Vocabulario Internacional de Conceptos Fundamentales y Generales de Metrología (VIM)

DIMEC/GC-09: Calibración del transductor/transmisor de presión

DOQ-CGCRE-14: Guía para realizar la calibración de los medidores digitales de presión

DOQ-CGCRE-47: Directrices para presentar una certificación de calibración de los medidores de presión