METODOLOGÍA Y CALIBRACIÓN DE
VARIABLES DE CONTROL
UTILIZADAS EN SISTEMAS NAVALES E
INDUSTRIALES
Alumno: Jordi Chiva Boix - Diplomatura en Maquines Navals
Director: Pau Casals Torrens - Departamento Ingeniería Eléctrica
Marzo 2014
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Metodologia y calibración de variables de control, Monografías, Ensayos de Ingeniería Industrial
Calibración de instrumentos industriales
Tipo: Monografías, Ensayos
2022/2023
1 / 118
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METODOLOGÍA Y CALIBRACIÓN DE
VARIABLES DE CONTROL
UTILIZADAS EN SISTEMAS NAVALES E
INDUSTRIALES
Alumno: Jordi Chiva Boix - Diplomatura en Maquines Navals
Director: Pau Casals Torrens - Departamento Ingeniería Eléctrica
Marzo 2014
INDICE
- INDICE DE IMAGENES
- OBJETIVOS DEL TFC..........................................................................................................................
- MOTIVACION PERSONAL.................................................................................................................
- METROLOGÍA
- 3.1 DEFINICIÓN
- 3.2 HISTORIA DE LA METROLOGÍA EN ESPAÑA
- 3.2.1. IMPACTO ECONÓMICO Y SOCIAL DE LA METROLOGÍA
- 3.3. CONSEJO SUPERIOR DE METROLOGÍA
- 3.3.1. EL PLENO
- 3.3.2.LA COMISIÓN DE LABORATORIOS ASOCIADOS
- 3.3.3. LA COMISIÓN DE METROLOGÍA LEGAL
- 3.3.4. LA SECRETARÍA TÉCNICA
- 3.3.5. FUNCIONES..........................................................................................................................
- 3.4. CONCEPTOS CLAVE
- TEMPERATURA
- 4.1 INTRODUCCIÓN..........................................................................................................................
- 4.2 ESCALAS
- 4.3. INSTRUMENTACIÓN DE TEMPERATURA
- 4.3.1. TERMÓMETRO DE BULBO Y CAPILAR
- 4.3.2.TERMÓMETRO DE VIDRIO
- 4.3.3 TERMÓMETRO BIMETÁLICO
- 4.3.4. TERMÓMETROS DE RESISTENCIA
- 4.3.5. TERMOCUPLAS
- 4.3.6. TERMISTORES
- 4.3.7. TERMOGRAFÍA
- HUMEDAD
- 5.1 INTRODUCCIÓN..........................................................................................................................
- 5.2 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE HUMEDAD RELATIVA
- 5.2.1 HIGRÓMETROS MECÁNICOS
- 5.2.2 HIGRÓMETROS ELÉCTRICOS
- 5.2.3. CERÁMICAS POROSAS
- 5.2.4. OXIDO DE ALUMINIO
- 5.2.5. HIGRÓMETROS PIEZOELÉCTRICOS
- 5.2.6. HIGRÓMETROS ACUSTICOS
- 5.2.7. HIGRÓMETRO DE CAMBIO DE COLOR
- 5.3. INSTRUMETNOS PARA MEDIR LA TEMPERATURA DEL PUTNO DE ROCIO
- 5.3.1. HIGRÓMETRO DE ESPEJO ENFRIADO
- 5.3.2. OXIDO DE ALUMINIO
- 5.3.3. HIGRÓMETRO CON SOLUCIÓN DE SAL CALENTADA...............................................
- PRESIÓN
- 6.1. Introducción
- 6.2 TIPOS DE PRESIÓN
- 6.3 Instrumentación de Presión
- 6.3.1 Elementos mecánicos
- 6.3.2. Elementos electromecánicos
- 6.3.3. Elementos electrónicos de vacío
- 6.3.3.1. Transductores mecánicos de fuelle y de diafragma
- 6.3.4. TRANSDUCTORES TÉRMICOS
- CALIBRACIÓN
- 7.1 QUE ES LA CALIBRACIÓN?
- 7.3 LOS PATRONES
- 7.4 PROCEDIMIENTOS DE CALIBRACIÓN DE TERMOPARES SEGÚN EL CEM
- TERMOPARES................................................................................................................................ 7.4.1 PROCEDIMIENTO TH- 003 PARA LA CALIBRACIÓN POR COMPARACIÓNDE
- RESISTENCIAS TERMOMÉTRICAS DE PLATINO 7.4.2 PROCEDIMIENTO TH-005 PARA LA CALIBRACIÓN POR COMPARACIÓN DE
- VACUÓMETROS Y MANOVACUÓMETROS 7.4.3 PROCEDIMIENTO ME-003 PARA LA CALIBRACIÓN DE MANÓMETROS,
- CONDICIONES AMBIENTALES DE TEMPERATURA Y HUMEDAD EN AIRE 7.4.4 PROCEDIMIENTO TH- 007 PARA LA CALIBRACIÓN DE MEDIDORES DE
- 8.CASOS PRÁCTICOS
- 8.1 CLIMATIZACIÓN DE UNA SALA BLANCA.
- 8.2 ELIMINACIÓN DEL NOX DE UNA CALDERA
- 8.3 USO DE LOS EQUIPOS DE TERMOGRAFÍA
- 8.3.1 EN MEDICINA
- 8.3.2 EN INGENIERÍA Y MANTENIMIENTO
- 8.3.3.EN INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
- 8.3.4. CONTROL RENDIMIENTOS EN UNA TURBINA..........................................................
- CONCLUSIÓN
- BIBLIOGRAFIA
- Jorge Juan Pág. INDICE DE IMAGENES
- Antonio de Ulloa Pág.
- Termómetro de vidrio Pág.
- Meniscos termómetro de vidrio Pág.
- Inmersión termómetros de vidrio Pág.
- Termómetros bimetálicos Pág.
- Código colores termopar Pág.
- Termocuplas y accesorios Pág.
- Higrómetro mecánico Pág.
- Higrómetro mecánico con registro de papel Pág.
- Higrómetro Dunmore Pág.
- Sondas resistivas Pág.
- Sondas capacitivas Pág.
- Esquema higrómetro de espejo enfriado Pág.
- Dibujo explicativo de presión Pág.
- Sellos de presión Pág.
- Esquema transductor de inductancia Pág.
- Transductor de inductancia Pág.
- Transductor capacitivo Pág.
- Galgas extensiométricas Pág.
- Transductor piezoeléctrico Pág.
- Transductor de termopar Pág.
- Transductor Pirani Pág.
- Transductor bimetálico Pág.
- Baño de hielo Pág.
- Sala Blanca Pág.
- Esquema caldera Pág.
- Diferentes muestras de termografía técnica Pág.
- Termografía de la Tierra Pág.
- Termografía suelo volcánico Pág.
- Radiación de fondo de microondas Pág.
- Turbina de gas Pág.
2. MOTIVACION PERSONAL
Des de el año 2004 he trabajado en el ámbito de la certificación y la verificación de gran
cantidad de instrumentos destinados a la medición, tanto para procesos de producción en
ensayos de investigación farmacéutica (la gran mayoría) como para controlar las condiciones
ambientales de diferentes zonas de una empresa o industria.
La idea de poder verificar por ejemplo que 1ºC es realmente 1ºC, me parece fascinante ya que
en el mundo actual muchos aspectos tecnológicos están relacionados con la capacidad técnica o tecnológica de poder medir y controlar distintos procesos, ya sean estos procesos de fabricación
o con fines de investigación científica.
Este proyecto también pretende arrojar un poco de luz sobre cómo se obtienen los datos en los
procesos estudiados durante la carrera de Diplomatura en Máquinas Navales ya que siempre se
dan gran cantidad de valores de distintas magnitudes, pero nunca se ha entrado en detalle de
como de obtienen o que tecnologías son usadas para tal finalidad
3. METROLOGÍA
3.1 DEFINICIÓN
La metrología es la ciencia de las medidas (del griego μετρoν, medida y λoγoς, tratado) así como el estudio, el mantenimiento y la aplicación del sistema de pesos y medidas.
3.2 HISTORIA DE LA METROLOGÍA EN ESPAÑA
Hasta finales del siglo XIX en las diversas regiones españolas, como en el resto de Europa, se media y se pesaba utilizando unidades locales como la legua, la toesa, la vara, el pie, la libra, la fanega, etc., todas ellas locales y diferentes entre sí, lo que daba lugar a dificultades comerciales a la hora de transferir los valores de unas a otras. La idea de una unificación que solucionara este problema se extendía ya en el siglo XVIII, y en 1791, a sugerencia de Talleyrand, la Asamblea Nacional Francesa, en plena revolución, decidió estudiar la posibilidad de definir unos patrones de medida universales basados en constantes de la naturaleza y aceptables para todas las naciones.
Se había comenzado años antes por la unidad de longitud, y para definir un valor se había enviado a diferentes lugares unas expediciones científicas con el objetivo de medir la longitud del cuadrante terrestre. Una a Perú y otra a Laponia, pues también se quería comprobar si la Tierra era esférica o achatada.
Se trataba de medir la longitud de un grado del cuadrante terrestre en ambos lugares y comparar los resultados. En la expedición a Perú participaron dos jóvenes marinos españoles: Jorge Juan y Antonio de Ulloa.
Después de años de medidas, cálculos y estudios los investigadores llegaron a la conclusión de que la Tierra estaba achatada por los polos. También se aceptaron las mediciones de Jorge Juan y Antonio de Ulloa en Perú como las más exactas.
Con objeto de unificar valores, años después se midió
En 1875 se creó la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) que se instaló en Sèvres (Paris), y cuya actividad está supervisada por la Comisión Internacional de Pesas y Medidas (CIPM). El conjunto es dirigido por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM).
La primera reunión de la Conferencia tuvo lugar en 1889 y aprobó las nuevas definiciones del metro y el kilogramo, materializadas en platino e iridio, y depositados en el BIPM.
A la muerte de Ibáñez fueron miembros representantes de España en el CIPM sucesivamente Arrillaga (1893-1919), Torres Quevedo (1920-1929) y Cabrera (1929-1941).
En 1954 fue elegido José Mª Otero Navascués vocal del CIPM, y presidente en 1968.
Durante la permanencia de Otero en el CIPM se fue desarrollando el actual Sistema Internacional de Unidades. Así en 1954 se adoptaron las seis unidades básicas.
En 1956 se acordó denominar al sistema práctico de unidades de medida como Sistema Internacional de Unidades. En la CGPM de 1960 se ratificó este nombre, se acordó asignarle la abreviatura SI y se aprobaron los nombres de múltiplos y submúltiplos.
También se confirmaron las seis unidades básicas y las unidades derivadas que se obtienen por simples relaciones algebraicas, y se aprobó una lista de nombres especiales para algunas de ellas.
Ya en tiempos de Cabrera se había decidido ir definiendo todas las unidades básicas en función de fenómenos físicos bien reproducibles y con buena incertidumbre.
Eran las “definiciones físicas” que Otero impulsó. Durante los 20 años que permaneció en el CIPM se definieron las siguientes unidades:
En 1960 se aprueba la definición del metro en función de la longitud de onda de una cierta radiación del kripton 86.
En 1967 se define el segundo en función de una cierta radiación del cesio 133 y la unidad de temperatura termodinámica, el kelvin, en función del punto triple del agua.
En 1971 se aprueba el mol como unidad de cantidad de sustancia en función de los átomos del carbono 12.
En 1975 las unidades de radiaciones ionizantes becquerel y gray. También se asigna a la velocidad de la luz un valor exacto, lo que permite reducir la incertidumbre de la realización del metro según la nueva definición que se aprobó en 1983. Análogamente la nueva definición de la candela, en función del vatio, que fue aprobada en 1979.
A pesar de la muy brillante actividad de nuestros científicos en la Metrologia Internacional, España seguía aun hace 30 años sin disponer de una clara ordenación metrológica.
El Ministerio de Industria quiso resolver el problema, estableciendo en 1982 el Sistema de Calibración Industrial (SCI). En él se integra un Grupo Asesor de Calibración compuesto por metrólogos representantes de los organismos españoles involucrados en responsabilidades metrológicas, presidido por Leonardo Villena, alma del proyecto.
Se establecieron una red de Laboratorios de Referencia, aquellos con Patrones de Referencia, y otra de Laboratorios de Calibración, así como los criterios de trazabilidad del Sistema.
El SCI fue admitido en 1985 en la Western European Calibration Cooperation , la cual incorporó muchas de las ideas desarrolladas en el SCI. Cuando el MINER impulsó la creación de ENAC, continuadora de la antigua RELE, el SCI le traspasó unos 60 laboratorios de calibración acreditados, una normativa adecuada, siete clasificaciones de instrumentos de medida y más de 300 procedimientos de calibración.
En paralelo, desde el Ministerio de la Presidencia se estaba gestando un proyecto de gran trascendencia para el futuro de la metrología y su ordenación futura. En 1980 se crea una Comisión Nacional de Metrologia y Metrotecnia, cuyo vicepresidente es Manuel Cadarso.
Gracias a una subvención concedida por el CEDETI se equipan una serie de laboratorios de Metrologia dentro del Instituto Geográfico y Catastral, a la vez que se redacta el proyecto de Ley de Metrologia, que será aprobado en 1985, creándose el Centro Español de Metrología (CEM).
Cadarso es nombrado Director del mismo y el Gobierno asigna los medios suficientes para construir y equipar un Centro Español de Metrologia a nivel de los mejores europeos, que sus Majestades los Reyes inauguran en 1989.
Este hito en la Metrologia española contribuyó al gran impulso que la Metrologia Científica Española ha tenido en los últimos años, arrastrando a su vez a la metrología industrial y legal. Rodeándose de especialistas con prestigio en España y fuera de ella, Cadarso impulsó la creación de áreas Científico-técnicas. Los laboratorios creados han ido consolidándose y creciendo.
3.2.1.2. SALUD
Las medidas en el campo de la salud son un instrumento básico para la calidad de vida, incluso para la vida o muerte de los ciudadanos.
¿Cuántos miles de pacientes con cáncer han sido tratados con éxito cada año por medio de una radioterapia “metrológicamente” exacta?
¿Cuántas vidas se han perdido innecesariamente debido a que instrumentos no calibrados utilizados en radioterapia emitieron demasiada o insuficiente radiación?
En un estudio realizado por la Clínica Mayo (EEUU), se indica que sobre una población de 20 000 pacientes unos resultados de medida de colesterol con error del 3 %, produciría un porcentaje del 5 % de falsos casos positivos que supondrían la repetición de ensayos o intervención médica innecesarias con el coste económico que ello conlleva.
También se indica que este porcentaje podría llevar a casos más críticos para la salud de pacientes que necesitando tratamiento, debido a resultados de falsos positivos no se le diagnostique adecuadamente.
En este campo los profesionales de la salud utilizan los instrumentos de medida como una herramienta, pero no son expertos en los mismos, por lo que la metrología debe garantizarles que las medidas que se obtengan con ellos sean fiables y exactas, dado que no disponen ni de medios ni de conocimientos para contrastarlas.
La incidencia que se puede derivar de una medida inexacta como por ejemplo en una radiación terapéutica puede llegar a ser fatal para un paciente.
En la protección de la salud, la metrología también es una herramienta decisiva en otros casos que no son tan obvios, como puede ser en la medida y control de componentes o características de los productos de consumo, por ejemplo el contenido de metales pesados, como cadmio, plomo, mercurio u otras sustancias que en determinadas proporciones hacen de un producto consumible una amenaza vital.
3.2.1.3. DEFENSA Y SEGURIDAD
La metrología ha sido un elemento clave en la defensa desde tiempos remotos y más recientemente en el campo de la seguridad como lo se refleja en las acciones de la Comisión Europea orientadas a impulsar dicho sector.
Las tecnologías de aplicación a la defensa son amplísimas y en su inmensa mayoría punteras. Siempre se han transferido a una enorme diversidad de campos de aplicación civil y en los últimos años de una forma muy intensa al campo de la seguridad.
El desarrollo técnico incrementa continuamente las posibilidades de defender los intereses nacionales y a la vez controlar la seguridad humana mediante medidas exactas, contribuyendo a la protección de la salud y la vida de las personas, así como a evitar, en todo lo posible, gastos innecesarios.
La metrología actúa en el aspecto de la seguridad en varios sectores para proteger a la sociedad.
Uno de ellos y de especial relevancia en los países industrializados es en la circulación de los vehículos.
Las medidas efectuadas con instrumentos de medida de seguridad vial como manómetros para el inflado de los neumáticos, frenómetros, alineadores al paso, etc. son de suma importancia para nuestra seguridad en las carreteras.
A su vez aquellos instrumentos utilizados por las autoridades públicas para controlar velocidad (cinemómetros), alcohol (etilómetros), etc. necesitan que proporcionen medidas fiables y exactas, con objeto de que se respeten los derechos de los ciudadanos y se puedan cuantificar las posibles sanciones de una forma justa.
Otro de los diversos sectores de incidencia es el de los transportes públicos (aéreos, terrestres y marítimos), en donde se deben disponer de instrumentos sometidos a la metrología que garanticen la seguridad de los pasajeros como pueden ser aquellos instrumentos destinados al pesaje que permitan cuantificar la carga así como su distribución, instrumentos de navegación (tanto terrestre, marítima o aérea) desarrollo de sistemas automáticos activos de protección de peatones en casos de colisión, sistemas automáticos de frenado, etc.
Otro sector relevante es el laboral, en donde muchas de las actuaciones relacionadas con la seguridad e higiene en el trabajo de los trabajadores dependen de las medidas realizadas por instrumentos de medida, como pueden ser la medida de parámetros de confort y estrés térmico (niveles de ruido, temperatura, radiación, etc.).
El nivel tecnológico de los sistemas de detección empleados en el control de fronteras y lucha antidroga, requieren instrumentos de medida exactos con trazabilidad adecuada para garantizar la correcta aplicación de la ley, con las consiguientes repercusiones nacionales y comunitarias.
3.3. CONSEJO SUPERIOR DE METROLOGÍA
El Consejo Superior de Metrología, creado por el artículo 11 de la Ley 3/1985, de 18 de marzo, es el órgano superior de asesoramiento y coordinación del Estado en materia de metrología científica, técnica, histórica y legal, encontrándose en la actualidad adscrito, a través de la Secretaría General de Industria y de la Pequeña y Mediana Empresa, al Ministerio de Industria, Energía y Turismo.
Su composición y funcionamiento
Los Órganos que configuran el Consejo Superior de Metrología son los siguientes:
El Pleno.
La Comisión de laboratorios asociados al Centro Español de Metrología.
La Comisión de metrología legal.
La Secretaría Técnica.
3.3.1. EL PLENO
Constituida por la Presidencia, ejercida por el Secretario General de Industria y Presidente del CEM, el vicepresidente, director del CEM, y las vocalías, cuyos titulares serán designados por las personas responsables de las Subsecretarías de los departamentos del Ministerio de Asuntos Exteriores y de Cooperación, el Ministerio de Defensa, el Ministerio de Economía y Hacienda, el Ministerio del Interior, el Ministerio de Fomento, el Ministerio de Educación y Ciencia, el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, el Ministerio de Sanidad y Consumo, el Ministerio de Medio Ambiente, así como tres representantes de las comunidades autónomas, un representante de la Federación Española de Municipios y Provincias, y dos personas en representación de los laboratorios asociados al Centro Español de Metrología.
El Pleno del Consejo Superior de Metrología, que se reúne una o dos veces al año y tiene la potestad de delegar en las Comisiones o en la Secretaría Técnica la ejecución de cuantos asuntos así determine.
3.3.2.LA COMISIÓN DE LABORATORIOS ASOCIADOS
Constituida por la Presidencia, ejercida por la Dirección del Centro Español de Metrología y las vocalías que serán desempeñadas por las personas que representen a cada uno de los Laboratorios Asociados al Centro Español de Metrología designadas al efecto por los mismos y el Subdirector Científico y de Relaciones Institucionales del Centro Español de Metrología.
La Comisión de Laboratorios Asociados es el órgano competente, salvo en los casos en que el Pleno recabe para sí el ejercicio de estas funciones, para informar y proponer al Pleno cuantos asuntos se refieran a la metrología científica o fundamental.
En particular dicha Comisión elabora y revisa anualmente un Plan de Desarrollo y Mantenimiento de Patrones Nacionales e informa las propuestas de reconocimiento de nuevos Patrones Nacionales y de nombramiento de nuevos Laboratorios Asociados.
Asimismo la Comisión de Laboratorios Asociados es el foro donde la Secretaría Técnica recibe información y coordina la actuación de los representantes de los Laboratorios Asociados en los diferentes organismos internacionales.
3.3.5. FUNCIONES
Las funciones del Consejo Superior de Metrología son:
- Coordinar las actividades de los departamentos ministeriales relacionadas con la metrología, estableciendo, a tal efecto, los criterios básicos en esta materia.
- Impulsar el desarrollo de la metrología, de acuerdo con los acuerdos internacionales en los que España sea parte, las normas del Derecho comunitario europeo y las recomendaciones de la comunidad científica, velando por la correcta utilización del Sistema Internacional de Unidades (SI) como sistema legal de unidades de medida.
- Proponer al Ministerio de Industria, Turismo y Comercio y, a través de éste, en su caso, al Gobierno las acciones necesarias para la obtención, mantenimiento y desarrollo de las unidades básicas y su difusión en todo el territorio español, así como el régimen reglamentario en aplicación del control metrológico del Estado.
- Proponer las directrices para ordenar y potenciar el control metrológico del Estado, de forma que dicho control se extienda y desarrolle tanto en su aspecto estructural, como técnico y legal.
- Establecer anualmente, a propuesta de su Secretaría Técnica, las prioridades en al campo de la política metrológica tanto en el campo de la metrología fundamental o científica como en los aspectos regulatorios y presupuestarios y proponer al Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, y, en su caso, y a través de él, al Gobierno las medidas oportunas para su cumplimiento.
- Informarse periódicamente del grado de cumplimiento de los objetivos y ejecución de los presupuestos del Centro Español de Metrología y de los Laboratorios Asociados.
- Ser informado periódicamente de los trabajos de las Comisiones de Laboratorios Asociados y Metrología Legal y, en general, tomar los acuerdos necesarios.
- Informar preceptivamente los proyectos de disposiciones de carácter general que afecten al ámbito de la metrología.
- Estudiar las reglamentaciones internacionales en la materia y sus propuestas de modificación y, en general, emitir los estudios e informes que le fueran solicitados por las autoridades competentes, sin perjuicio de las funciones de coordinación y seguimiento que en esta materia pudieran corresponder al Ministerio de Asuntos Exteriores y de Cooperación.
3.4. CONCEPTOS CLAVE
Magnitud: Atributo de un fenómeno un cuerpo o una sustancia, que es susceptible de distinguirse cualitativamente y determinarse cuantitativamente.
Magnitud de base: Una de las magnitudes que, en un sistema de magnitudes, se admiten por convenio como funcionalmente independientes de las otras.
Dimensión de una magnitud: Expresión que representa una magnitud de un sistema de magnitudes como al producto de potencias de factores que representan las magnitudes de base de este sistema.
Unidad: Una magnitud particular, definida y adoptada por convenio, con la cual se comparan magnitudes de la misma naturaleza para expresarlas cuantitativamente en relación a esta primera.
Unidad de base: Unidad de medida de una magnitud de base en un sistema dado de magnitudes.
Valor: Expresión cuantitativa de una magnitud en particular, generalmente bajo la forma de una unidad de medida multiplicada por un número.
Medida: Conjunto de operaciones que tienen como finalidad determinar el valor de una magnitud.
Midiendo: Magnitud sometida a medida.
Campo de medida: Espectro o conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento; viene expresado estableciendo los dos valores extremos.
Alcance: Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.
Reproductibilidad: Grado de concordancia entre los resultados de las medidas de un mismo midiendo, llevadas a cabo variando las condiciones de medida.
Incertidumbre: Parámetro asociado al resultado de la medida que caracteriza la dispersión de los valores que, con fundamento, pueden ser atribuidos al midiendo.
Error: Es la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida.
Error estático: Si hay error y este se da en condiciones de régimen permanente.