Calibración de material de vidrio utilizado para entregar líquidos

Copia No Controlada
Instituto Nacional
de Tecnología Industrial
Centro de Desarrollo e Investigación
en Física y Metrología
Procedimiento específico: PEMA16V
CALIBRACIÓN DE MATERIAL
DE VIDRIO UTILIZADO PARA
ENTREGAR LÍQUIDOS
Revisión: Noviembre 2014
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PEMA16V: Lista de enmiendas: Noviembre 2014
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PEMA16V Índice: Noviembre 2014
NOMBRE DEL CAPÍTULO
REVISIÓN
Página titular
Noviembre 2014
Lista de enmiendas
Noviembre 2014
Índice
Noviembre 2014
Calibración de material de vidrio utilizado para entregar líquidos
Noviembre 2014
Apéndice 1
Noviembre 2014
Apéndice 2
Noviembre 2014
Apéndice 3
Noviembre 2014
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PEMA16V: Noviembre 2014
1. Objetivo
Establecer el procedimiento para la calibración de instrumentos de medida de capacidad “tipo EX”
utilizado para entregar líquidos
2. Alcance
Aplicable a instrumentos de medida de capacidad, utilizados para entregar entre 1 y 200 ml, (ejemplo:
buretas, y pipetas manuales ó automáticas)
3. Definiciones y Abreviaturas
3.1. El volumen “entregado” por un material volumétrico, correspondiendo a una marca de la escala,
es el volumen de agua entregado por él, a la temperatura de referencia, cuando es llenado hasta dicha
marca y luego vaciado, cumpliendo tiempos establecidos de drenaje y escurrimiento.
3.2. Tiempo de drenaje ó entrega: Es el tiempo transcurrido desde que comienza el derrame del liquido que deja de salir líquido en forma continua.
3.3. Tiempo de escurrimiento ó espera: Es un intervalo de tiempo que comienza al finalizar el tiempo
de drenaje, durante el cual se deja gotear el resto de líquido contenido en la medida. El tiempo de escurrimiento debe estar establecido previamente.
3.4. Escurrimiento de la gota que se forma en el pico: Es el proceso en el que se escurre la gota que
queda sobre el pico vertedor rozando la pared del recipiente receptor (pipetas).
4. 4.Referencias
4.1. OIML R 43 “Standard graduated glass flasks for verification officers”. (1981)
4.2. Resolución Nacional de la SECRETARIA DE ESTADO DE COMERCIO Y NEGOCIACIONES ECONOMICAS INTERNACIONALES Nº 456/83.
4.3. Formula Para La Determinación De La Densidad Del Aire Húmedo (CIPM, 2007)
4.4. ”Recommended table for the density of water between 0 °C and 40 °C based on recent experimental reports”, de M. Tanaka, G. Girard, R. Davis, A. Peuto y N. Bignell.
4.5. Normas–ISO 4787(version vigente)
4.6. Normas ASTM: E 542 – 94 Standart Practice for Calibration of Laboratory Volumetric Appartaus 1
4.7. PCMA: Plan de Calidad Masas de INTI Física y Metrología
4.8. Procedimiento especifico PEMA03V – INTI Física y Metrología - Cálculo de la densidad del aire
húmedo
4.9. Iso 3696 (version vigente) Water for analytical laboratory use.
4.10. OIML R 111. Weights of classes E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 and M3. Part 1.
5. Instrucciones
5.1. Generalidades. La calibración de un instrumento de medida de capacidad para entregar comprende la realización de un conjunto de operaciones metrológicas, que tienen como fin la determinación del volumen de agua entregado por el instrumento.
5.2. Elementos necesarios. Para efectuar la calibración o verificación de un instrumento (medida de
capacidad), se requieren los elementos siguientes.
 Equipo de limpieza: Material para el secado (Paño o papel fino que no desprenda pelusas); solventes adecuados según el tipo de impureza a remover (ejemplo detergente, alcohol etílico, acetona,
agua, mezcla sulfo-crómica); escobillas, guantes, y los elementos de seguridad que correspondan
 Pesas patrón. Juego de pesas de acuerdo a la capacidad y exactitud requeridas. Las pesas patrón
utilizadas tendran trazabilidad al patrón nacional de masas mantenido en el INTI
 Comparadores y balanzas con la resolución necesaria para obtener la incertidumbre requerida. Es
importante que posean las dimensiones y capacidad necesarias.
 Agua destilada y/o desmineralizada de calidad grado 3 (ISO 3696). Ver referencia 4.9
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 Instrumento de medición de temperatura, humedad y presión, para él calculo de la densidad del
aire húmedo con la siguiente resolución: temperatura ± 0,5ºC, humedad relativa ± 5% y presión absolutan ± 2 hPa
 Termómetro con rango de medida y longitud apropiados, con incertidumbre de 0.1 ºC.
 Cronómetro con resolución igual o mejor que 0,1 s.
 Mesa y soporte con mecanismo de nivelación.
 Soportes y ganchos de fijación.
 Nivel de burbuja
 Plomada
 Pipeta con propipeta
 Lupa
 Cinta métrica.
 Papel secante.
 Deposito de agua destilada, desgasada y acondicionada.
 Deposito receptor del agua entregada por el instrumento con tapa.
 Elementos de protección personal
Nota: La lista de los equipos disponibles en el laboratorio (juegos de pesas, comparadoras., termómetros, higrómetros etc se registran en el Apéndice 2 de este procedimiento).
5.3. Verificaciones y registros previos
5.3.1. Registro de los datos de identificación. En cualquier caso, se procede a completar la planilla de
datos; (Apéndice I) con la siguiente información: Nombre del fabricante, modelo y código de aprobación si corresponde, número de serie y/o otros datos de identificación, coeficiente cúbico de expansión
térmica, volumen nominal, escala y menor división si corresponde, temperatura de calibración, tiempo de drenaje a partir de la descarga.
5.3.2. Inspección del material
Se verifica la legibilidad de las líneas de graduaciones, estado general del elemento a calibrar y estanqueidad, en caso de existencia, de los robinetes.
Se verifica que el material esté libre de porosidades, sedimentos, residuos de productos o cualquier
otra materia extraña.
Se verifica que no existan bolsillos o hendiduras que puedan atrapar o retener aire o líquido o que dificulten el llenado o vaciado.
5.3.3. Acondicionamiento El material se limpia interior y exteriormente utilizando elementos y solventes apropiados (punto 5.2) para la remoción de la suciedad adherida y luego se enjuagan reiteradas veces con agua destilada ó desmineralizada.
Se comprueba el estado de la limpieza del recipiente verificando que al humedecer las paredes se
forme una película completa y continua sobre la superficie, de igual forma la contaminación de la
superficie del liquido reduce la tensión superficial afectando la formación del menisco.
Finalmente, el material, el agua que será utilizada (convenientemente tapada, para evitar la incorporación de aire) y los instrumentos utilizados en la calibración se colocan en el lugar de trabajo 24 h
antes de iniciar las mediciones.
5.4. Rutinas de medición
5.4.1. Ciclos de pesada.
El operador debe elegir el ciclo de pesada acorde al instrumento a calibrar y las condiciones de medición. Estos pueden ser ABA, ABBA (ver referencia 4.12 pág. 64 y 63 para detalles de los mismos) o medición directa con la balanza.
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En caso de que se decida hacer mediciones directas utilizando la balanza (por ejemplo en microvolúmenes) se debe hacer una prueba de linealidad de la misma al inicio y final de las determinaciones
usando patrones en los rangos de masa utilizados en la medición.
5.4.2. Determinación de densidad del aire
La densidad se determina utilizando la referencia 4.10 y se registra en el Apéndice 1
5.4.3. Determinación de la densidad del agua
En cada ciclo de pesada, se mide la temperatura del agua contenida en el recipiente receptor de líquido o en un recipiente similar al lado de este, caracterizando lo mejor posible la temperatura de toda
la masa de agua. Con este fin la temperatura del agua se puede medir en distintas localizaciones dentro de la masa de líquido y con eso obtener un promedio.
A partir de la temperatura del agua se calcula la densidad aplicando la ecuación de Tanaka. (Tanaka y
otros ver referencia 4.6.)
Donde:
a1 = -3.983035 ± 0,00067 ºC-1
a2 = 301,797 ºC-1
a3 = 522528,9 ºC-1
a4 = 69,34881 ºC-1
a5 = 999,972 kg/m3
5.4.4. Modo de enrase en las líneas de las graduaciones
Cada vez que sea necesario determinar un enrase con las líneas de las graduaciones se debe realizar de
la siguiente manera:
1.
2.
3.
El operador deberá estar a una altura con respecto a la medida de capacidad que le permita
colocarse de frente a la escala.
Se deberá lograr tanto el contraste, como la iluminación suficiente como para poder identificar las partes del menisco.
Se determina la línea de graduación de escala coincidente con la tangente horizontal que pasa por el punto inferior del menisco, según se indica en la figura.
5.4.5. Estimación del volumen evaporado. Cuando se estén calibrando especialmente instrumentos
que entreguen micro volúmenes, se determina el volumen evaporado de agua, dejando el material
destapado sobre una balanza, y registrando la variación de masa a intervalos regulares de tiempo. Se
estima la pendiente de volumen evaporado por unidad de tiempo, y se multiplica dicha pendiente por
la duración de la calibración
5.4.6. Selección de los puntos de calibración La determinación del volumen se realiza en los puntos
mínimos, medio y máximo ó en los que solicite el usuario.
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5.5. Procedimiento
5.5.1. Modo seco.
En cada punto de calibración seleccionado, se aplica el procedimiento descripto a continuación:
5.5.1.1. El instrumento se nivela o se coloca verticalmente a una base donde se realiza la tarea de enrase, cercana a la comparadora.
5.5.1.2. Se llena el material de vidrio hasta un volumen algo inferior a la indicación del punto de calibración seleccionado.
5.5.1.3. Utilizando una jeringa o pipeta o elemento similar, se completa lentamente con agua hasta
enrasar con la indicación seleccionada. El menisco debe quedar enrasado según 5.4.4.
5.5.1.4. Se determina la masa del recipiente receptor vacío con la tapa, según el ciclo de pesada punto
3.5.1. Todos los valores se registran en PLANILLA DE DATOS (Apéndice 1).
5.5.1.5. Se descarga el líquido hasta el trazo inferior o punto cero, hacia el recipiente receptor. Luego
del tiempo de escurrimiento, En el caso de las pipetas, se vacía hasta el final y luego del tiempo de escurrimiento se transfiere la gota al recipiente receptor.
5.5.1.6. Se determina la masa del recipiente receptor lleno y tapado, según el ciclo de pesada de 5.4.1.
Todos los valores se registran en PLANILLA DE DATOS (Apéndice 1).
5.5.1.7. Se registran las condiciones ambientales: (presión, temperatura y humedad) y la temperatura
del agua contenida según 5.4.3. Todos los valores se registran en PLANILLA DE DATOS (Apéndice 1).
5.5.1.8. Se repite tres veces como mínimo lo descrito en los puntos 3 a 7, para cada punto de calibración.
5.5.2. Modo húmedo: la calibración en modo húmedo se realiza cuando el instrumento se utiliza repetidamente en un ensayo donde el procedimiento de limpieza y secado no se realiza debido a que no
es práctico.
En caso de realizar la calibración en modo húmedo se siguen los pasos descriptos desde 5.5.1.1 hasta
5.5.1.5. No se seca el instrumento y se realizan todos los pasos de 5.5.1 registrando los tiempos de drenaje y respetando el tiempo de escurrimiento.
6. Cálculos
6.1. Calculo del volumen entregado a la temperatura de referencia.
Para cada punto de calibración, las determinaciones de volumen se realizan por la diferencia de masa
entre el recipiente lleno y vacío, corregido por el empuje del aire y por la expansión térmica de la medida, de acuerdo a:
 1  
ρ 
 ⋅ 1 − a  ⋅ (1 − α (T − Tref ))
V(Tref ) = (∆m + e ) ⋅ 


 ρw − ρa   ρ p 
Donde
∆m es la diferencia de masa promedio [g]
e es la masa de agua evaporada durante la calibración [g]
T es la temperatura de agua [ºC]
Tref es la temperatura de referencia del instrumento [ºC]
ρw es la densidad del agua [g/cm3]
ρa es la densidad del aire [g/cm3]
ρp es la densidad de las pesas patrón. [g/cm3]
α es el coeficiente de cúbico de expansión térmica del material [1/ºC]
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6.2. Error sistemático de medida
es = VTref − Vnom
Ó en porcentaje
(
)
e s = VTref − Vnom Vnom
Donde
VTref : es el volumen promedio a la temperatura de referencia calculado experimentalmente.
Vnom : Volumen nominal.
6.3. Error aleatorio de medida
Desviación estándar de n mediciones
sr =
n
∑
(V
i =1
−V )
n −1
2
i
Ó en porcentaje por el coeficiente de variación CV,
CV = 100 ×
sr
V
6.4. Incertidumbre de medición
6.4.1. Componentes de la incertidumbre. Los componentes a tener en cuenta son:
 la repetibilidad de las mediciones, estimada estadísticamente, a partir de la diferencia de pesadas.
Este componente incluye los efectos de repetibilidad y excentricidad del los comparadores de masa
utilizados
 la resolución/sensibilidad de la balanza o comparador utilizado en las pesadas del recipiente receptor lleno y vacío
 la dilatación térmica del instrumento, obtenido en función de los datos aportados por el fabricante
 la incertidumbre en la densidad del agua. Este componente está relacionado con la incertidumbre
de la fórmula en 5.4.3. (ver referencia 4.6), y con la incertidumbre de medición (ref 4.10) la heterogeneidad térmica del volumen de agua.
 incertidumbre en la densidad del aire, según PEMA 03V (ref 4.10)
 la incertidumbre asociada a la densidad de las pesas patrones, obtenida de los registros del laboratorio
 el efecto causado por la evaporación del líquido
6.4.2. Combinación y balance de incertidumbre. Para la combinación de estos componentes se parte
del modelo indicado en 5.6. y se utiliza el archivo informático pema16V.xls A continuación se presenta, a modo de ejemplo, un caso típico de balance de incertidumbre, para un picnómetro de 25 ml.
Componente
Símbolo
Valor nominal
Densidad de patrones
Coeficiente de expansión
presión
temperatura
VN
ρp
γ
hPa
t
humedad
formula
densidad del aire
temperatura del agua
densidad del agua
Evaporación
diferencia de masas
Repetibilidad
Resultado: volumen
ρa
t
ρw
e
∆m
hr
V
Valor estimado
Tipo Distrib
Intervalo (±)
Factor
1E-01 g/cm3
1E-05
1/°C
10
2
1,7
1,7
1,7
1,7
6E-02
2E-07
5,8E+00
1,2E+00
10
1,7
1,7E-05 g/cm3
0,2
°C
8E-06 g/cm3
2,0
1,7
2,0
5,8E+00
1,2E-07
8,4E-06
1E-01
4,09E-06
0,00
0,00028
0,00115
0,00
25,00
8
1,0E-05
1014,0
20,0
ml
g/cm3
1/°C
hPa
C
BR
BN
BR
BR
R
N
R
R
50,0
%
BR
R
BN
BN
BR
A
AN
N
N
R
N
N
N
0,0033
0,001200 g/cm3
20,00
°C
0,9982
g/cm3
0
g
25,01872
g
ml
25,0901
ml
ml
2,8
g.l
ui
g/cm3
1/°C
50
50
g/cm3
°C
g/cm3
g
g
ml
ml
50
50
50
50
4
4
5
2
(ciui)
ci
4,7E-04
0,0E+00
1,2E-06
-4,1E-06
cm6/g
ºCcm3
1/hPa
1/C
-1,2E-07
1,0E+00
2,2E+01
2,5E-04
2,5E+01
1,003
1,003
1
g/cm3
g/cm3
cm6/g
cm3/ºC
cm6/g
cm3/g
cm3/g
ml
W-S
% contrib
7,4E-10
1E-20
0,0E+00 0E+00
6,9294E-06
-4,712E-06
-6,9294E-07
1,2002E-07
3,4E-08
8,4E-10
1,1E-08
0,00
8,0E-08
1,3E-06
2E-17
1E-20
2E-18
0E+00
2E-15
4E-13
Cuando corresponda, se constatará que la incertidumbre alcanzada sea menor o igual a la tercera parte de la menor división o tolerancia dada para el instrumento.
5 de 6
0%
0%
2%
0%
1%
0%
6%
91%
100%
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PEMA16V: Noviembre 2014
7. Informe de los resultados
El certificado de calibración es elaborado de acuerdo a lo establecido en el manual de la calidad del
INTI-Física y Metrología y procedimientos generales, incluyendo además:
 Los datos de identificación del material, incluyendo su número de serie y de aprobación de modelo
si corresponde.
 Los desvíos o valores de volumen obtenidos en cada punto de calibración, junto a la incertidumbre
alcanzada. Los resultados puede expresarse indistintamente en ml, cm3 o mm3
 El tiempo de drenaje y del escurrimiento, si corresponde.
 Los datos ambiéntales promedio: Temperatura, humedad, presión y densidad del aire.
 Coeficiente cúbico de expansión térmica.
 Otras observaciones pertinentes.
8. Registros de la calidad.
Se conservan registros manuscritos de las observaciones originales, copia de los certificados emitidos,
como así también copia de la orden de trabajo, salida de elementos y demás documentación relacionada, de acuerdo con el Manual de Calidad capítulo 11.
9. Apéndices
Nº APÉNDICE
TÍTULO
1
Planilla de registro de datos.
2
Equipamiento utilizado
3
Planilla de registro de datos para microjeringas
6 de 6
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PEMA16V Apéndice 1: Noviembre 2014
Planilla de datos:
1 de 1
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PEMA16V Apéndice 2: Noviembre 2014
Planilla de Equipos.
Pesas Patrón de: (1mg a 100 g), clase F1 Marca AINSWORTH. Denver.Colo.U.S.A.Nº de inventario I 003600.
Pesas Patrón de: (1 mg a 2 Kg), clase F1 Marca SAUTER Nº inventario 039538017.
Balanzas Comparadoras de: 210 g d= 0.01 mg Marca Sartorius modelo MC210S Nº Serie 80107824.
Balanzas Comparadoras de: 303 g d= 0.1 mg Marca Sartorius modelo BP301S,
Serie 90204970, Inventario Nº 102C001378.
Balanzas Comparadoras de: 1 000 g d= 0.1 mg Marca Mettler Toledo, Nº inventario 039538004.
Instrumentos de medición de Temperatura, Humedad y Presión:
Equipo automático de toma de datos de los parámetros de TEMPERATURA, HUMEDAD RELATIVA Y PRESION
ABSOLUTA dentro de la sala de balanzas “N39”..
- Temperatura: resolución 0,01 °C, incertidumbre 0,06 ° C, compuesto por 15 canales, modelo T15C1, numero de serie 001.
- Humedad relativa: resolución 0,1 % incertidumbre ± 4 %, marca CENTER, modelo 311, numero de serie
991205560.
- Presión absoluta: resolución 0,01 mbar, incertidumbre 0,15 hPa, marca PAROSCIENTIFIC, modelo 1030ª-01,
serie 85200.
- Termohigrómetro, marca TFA, identificado como DP-1, provisto de sensor interno y externo de temperatura
con resolución 0,1 °C e incertidumbre 0,4 °C y sensor de humedad relativa con resolución 1% e incertidumbre 4 %.
Instrumentos de medición, para determinar la temperatura del baño
- Termómetro digital FLUKE 1523, serie 9940026 y termoresistencia de platino PT100, envainada en un tubo
de acero inoxidable, resolución 0,01 ºC incertidumbre ± 0,02 ºC
- Termómetro digital Fluke 1523, resolución 0,01 ºC incertidumbre 0,02 ºC, Serie: 9940026
Destiladores de agua,
- WHEATON INSTRUMENTS, modelo AUTOSTILL 5, número de inventario 035928018.
- ROLCO, serie 40901, Nº inventario: 102C001732
Otros instrumentos
Nivel, lupa, soporte, pipetas, vasos de precipitado para contener el agua destilada, perita de goma para aspirar,
plomada, papel adecuado.
1 de 1
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PEMA16V Apéndice 3: Noviembre 2014
Calibración volumen para entregar - micro volúmenes
OT/RUT/OTI/:
Cliente:
Fecha:
Marca:
Serie N°:
Realizo:
Vol. Nominal:
Resolución:
Reviso:
Observaciones: tiene tapa el contenedor para recibir si no. Otras:
Temp.º
C
Humedad %
Presión. hPa
Temp.C
Inicial
Inicial
final
final
Valor verificado:
N° de
ciclo
Masa
inicial
(……)
Humedad. %
Presión. hPa
Valor verificado:
Masa
final
(……)
Tagua
ºC
Tiempo
s.
N° de
ciclo
Masa inicial
(……)
Masa final
(……)
Tagua
ºC
Tiempo
s.
Masa final
Tiempo transcurrido
Determinación de la evaporación
Masa
inicial
Masa final
Tiempo transcurrido
Masa inicial
Información Instrumentos utilizados en la calibración:
Balanza/ ID/PCMA:
Termohigrómetro/barómetro ID/OTI :
Termómetro agua ID/OTI:
Otros:
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