PLAN DE CALIBRACIÓN

Plan de calibración. mvb
PLAN DE CALIBRACION
1. CONCEPTO DE CALIBRACION
Se entiende por calibración al conjunto de operaciones que tiene por objeto determinar el
valor de los errores de un patr6n, instrumento o equipo de medida, procediendo a su ajuste o
expresando aquellos mediante tablas o curvas de correcci6n. Se llama también calibración a
ciertos controles indirectos que muestran que el instrumento en cuestión está dentro de
especificaciones.
Su importancia es obvia, pues no se concibe un intercambio comercial y técnico sin una
adecuada garantía de la precisi6n de las medidas efectuadas en cualquier punto del mundo. La
garantía del consumidor está sustentada por:
De lo expuesto quizá pudiese deducirse que el plan de calibración s6lo es necesario en los
laboratorios de metrología de niveles superiores, pero que no es un factor esencial en los
laboratorios o salas de metrología industriales.
Pues bien, este último concepto es falso, ya que actualmente no se discute la necesidad de
que las industrias de fabricaci6n posean los adecuados planes de calidad que, en última
instancia, deben asegurar que los productos fabricados cumplan las especificaciones prescritas
en su diseño con objeto de asegurar su funcionalidad e intercambiabilidad.
Para asegurar que los valores de las magnitudes que va imponiendo el proceso de
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fabricación están dentro de tolerancia es preciso medir, ya sea con equipos incorporados en los
propios medios de producción, o con instrumentos o calibres independientes.
En cualquier caso, los equipos e instrumentos de medida deben ser periódicamente
calibrados para que las decisiones que se tomen con sus indicaciones sean correctas. De aquí
que cualquier industria de fabricación, por reducida que sea, deba poseer una organización
interna que le permita asegurar la trazabilidad metrológica de sus medios de fabricación,
siendo aconsejable la existencia de una sala de metrología, adecuada a sus necesidades, en la
que se sitúen los patrones e instrumentos de medida que calibran a los que se emplean en la
fabricación.
Esta sala de metrología debe poseer un plan de calibración, que puede ser muy reducido en
muchos casos, y su ausencia supondría una dependencia total de laboratorios ajenos para la
calibración de la instrumentación empleada en la fabricación, lo que no es recomendable ni
técnica ni económicamente. El jefe de metrología, o persona responsable del área de calidad,
debe decidir los valores mínimos de los intervalos de tolerancia a partir de los cuales son
aceptables las decisiones tomadas con cada instrumento y, en consecuencia, autorizarlo para la
verificación de determinado tipo de piezas.
En resumen, la sala o laboratorio de metrología industrial debe organizarse separadamente
de los instrumentos de medida y calibres asignados a los medio de Producción, aunque debe
estar a su servicio. El desarrollo del plan de calibración de la sala de metrología industrial
garantiza la trazabilidad de sus actuaciones y, por lo tanto, la de la metrología de producci6n.
2. CADENA DE CALIBRACION
Materializar las definiciones de las unidades de medida en patrones, cuyo valor no difiera
del verdadero (siempre desconocido) en más de una cantidad prefijada antes de asignar valor
al patrón, es el primer requisito o eslabón de la, llamada cadena de calibración, que permite
diseminar el valor de la unidad hasta los patrones e instrumentos de uso diario en el taller o el
laboratorio.
El metro es el camino recorrido por la luz en 1/299.792.458 s.
Este requisito aparentemente no tiene solución ¿cómo vamos a saber en cuánto difiere un
patrón del valor verdadero de la magnitud física que materializa, si resulta que el valor
verdadero de una magnitud física siempre es desconocido?.
A este problema, aparentemente insoluble, se le ha encontrado la siguiente solución:
METROLOGIA CIENTIFICA. En el mundo, sólo algunos Laboratorios metrológicos e
Institutos de investigación tienen capacidad para realizar la definición de las unidades de las
magnitudes. Realizar la definición de una unidad es poner en Práctica el experimento físico
cuya descripción sucinta se da en la definici6n de la propia unidad, a fin de dar valor a un
Patrón primario.
Por ejemplo: la realización de la definición del metro (camino recorrido por la luz en el
vacío en 1/299 792 458 segundos) es la secuencia de experimentos físicos que concluyen en la
determinación del valor numérico (en metros) de la longitud de onda de un láser de He-Ne
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estabilizado, que es el Patrón primario obtenido. La determinación de este valor numérico se
hace comparando (en varias etapas o escalones) la frecuencia de la oscilaci6n del reloj
atómico de Cs (que se puede conocer con una incertidumbre mejor que 1 parte en 1012) con la
frecuencia del láser estabilizado. Los sucesivos escalones de comparación introducen
sucesivas causas de error, de forma que el valor de la frecuencia del láser se llega a conocer
peor (con una incertidumbre de algunas partes en 1010) que la frecuencia del reloj atómico.
La incertidumbre expresa un límite superior (con una probabilidad alta) de la diferencia
entre el valor medido o asignado al patrón y el verdadero.
Una vez obtenidos distintos patrones primarios en distintos laboratorios de alto nivel, sólo
hay una forma de saber que se ha dado un valor numérico correcto a estos patrones y que no
se han cometido errores no controlados, y es comprobando la concordancia de valores
numéricos por medio de una comparación mutua. De esta forma se ve en cuánto difiere el
valor de cada patrón Primario que interviene en la comparación, del valor medio de todos los
patrones. Así se asigna valor numérico (con una incertidumbre asociada, por supuesto) a cada
Patrón primario.
Este valor numérico será el valor convencionalmente verdadero con el que se dará valor
numérico a otros patrones inferiores, o con el que se determinará la cuantía del desvío de las
indicaciones de los instrumentos de medida, o lo que es lo mismo, con este valor
convencionalmente verdadero se calibran sucesivos patrones e instrumentos que a su vez
calibran a los siguientes y así hasta llegar a los instrumentos de uso diario en el taller o en el
laboratorio.
METROLOGIA APLICADA.- Recorrer el camino que va desde la definici6n de una
unidad hasta los patrones e instrumentos de uso diario en el taller o el laboratorio, se llama
DISEMINACION de la unidad. Este camino se recorre (como se acaba de decir) realizando
calibraciones sucesivas.
Este camino también se puede recorrer en sentido ascendente y en este caso no se habla de
diseminación sino de trazabilidad. TRAZABILIDAD es la propiedad del resultado de una
medición que consiste en que este resultado se puede referir a los patrones adecuados, por
medio de una cadena ininterrumpida y documentada de comparaciones.
El objeto de la metrología aplicada es construir y mantener esta cadena ininterrumpida y
además documentarla por medio de certificados de calibración e informes de
intercomparaciones de resultados de medida, efectuados entre laboratorios de nivel inferior al
primario.
El mantenimiento metrológico de la cadena se realiza básicamente por medio de
intercomparaciones de resultados de mediciones entre los distintos laboratorios de calibración
y usuarios de instrumentos de medida.
ORGANIZACIONES METROLOGICAS.- De acuerdo con todo lo anterior se puede decir
que entre las actividades esenciales de un laboratorio de metrología y calibración se
encuentran:
- Calibrar instrumentos de medida y emitir los certificados correspondientes.
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- Participar en intercomparaciones de medida y demás actuaciones encaminadas a mantener
su trazabilidad, es decir, actuaciones que le permitan referir sus resultados hasta los patrones
adecuados.
Estas dos actividades metrol6gicas básicas se realizan por los distintos laboratorios en el
seno, o bajo los auspicios, de distintos organismos internacionales, que posibilitan y propician
los contactos y acuerdos.
De todos los organismos existentes, sólo algunos tienen como uno de sus objetivos básicos
la armonización de los resultados de las mediciones Y calibraciones, así como el
reconocimiento mutuo. Estos organismos son en Europa Occidental, y a nivel de metrología
aplicada, los siguientes:
- Bureau Comunnitaire de Référence (CEE)
- Western European Calibration Cooperation (CEE+EFTA), foro donde cooperan los
servicios nacionales de calibración de Europa Occidental.
Los organismos internacionales en cuyo seno se organizan las intercomparaciones de más
alto nivel, o sea a nivel de metrología científica, son los órganos de la Conferencia General de
Pesas y Medidas y Euromet de muy reciente creación.
3. PLAN DE CALIBRACION, FINALIDAD E IMPLANTACION
En metrología se denomina PLAN DE CALIBRACION a la organización del conjunto de
los patrones, instrumentos de medida y elementos accesorios existentes en un laboratorio o, en
general, en un centro de medición, para efectuar la calibración de los mismos metódicamente,
de forma que se pueda asegurar en todo momento la incertidumbre de las medidas que con
todos ellos se realicen.
Cualquier forma de organización y desarrollo de un Plan de calibración, que cumpla el
objetivo final de asegurar la incertidumbre asignada a cada elemento y procedimiento de
medida, es válida, pero en la práctica se va imponiendo un esquema tradicional, basado en los
siguientes seis componentes:
- Archivo de datos.
- Diagrama de niveles.
- Fichero de instrucciones.
- Etiquetas de calibración.
- Calendario de calibración.
- Carta de trazabilidad.
A) ARCHIVO DE DATOS.
Consiste en cualquier sistema que permita almacenar y tener fácilmente disponible toda la
información proporcionada por la realización de las operaciones de calibración internas. Es
uno de los elementos que más libremente ha de organizar cada laboratorio. En general el
archivo de datos suele ser más flexible cuanto mayor es la categoría metrológica del
laboratorio, porque entonces prevalecen en él la precisión y la meticulosidad de las
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calibraciones realizadas, sobre cualquier otro factor
La explotación informática de los datos de las calibraciones debe plantearse con la
necesaria versatilidad pues, con frecuencia, los procedimientos de calibración utilizados se
modifican como resultado de la experiencia acumulada, lo que obliga a una readaptación de
los algoritmos empleados.
Por el contrario, es indispensable el empleo de las técnicas informáticas optimizadas en
metrologías de fábricas y empresas con un elevado número de elementos, sometidos a
operaciones más rutinarias, en donde ha de obtenerse un rendimiento de las calibraciones de
los mismos.
El archivo de datos debe ser realmente el expediente de cualquier instrumento y se divide
en dos grandes bloques de finalidad distinta:
- inventario de instrumentos
- fichas de identificación y resultados
Inventario de instrumentos.
Es en esencia un libro de registro de entrada o adquisición de instrumentos, en donde se
indica:
- número de entrada
- fecha de entrada o compra.
- tipo de instrumento y sus características más relevantes.
- número de código y registro.
Se utiliza como documento histórico e imborrable de control primario de los instrumentos.
Para la codificación se deberá emplear la recomendada por el Ministerio de Industria y
Energía.
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Ficha de identificación y resultados.
Tanto las características y demás datos del instrumento, como los sucesivos resultados de
las calibraciones deben quedar reflejados en unas fichas que permitan seguir la evolución de
cada instrumento sometido a calibración.
Para confeccionar estas fichas deben tenerse presentes los siguientes aspectos:
- Ser simples y fáciles de cubrir e interpretar.
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- Recoger la información de forma útil y concisa.
- Permitir la anotación del mayor número de calibraciones posibles con el fin de no
incrementar en exceso el número de fichas.
- Deberá estar debidamente identificada y numerada, si existen más de una ficha por
instrumento.
- Entre los datos que suelen contener figuran:
anagrama de la empresa
número de código del instrumento y número de ficha por instrumento
denominación del instrumento.
fabricante, referencia y número fabricación.
características de capacidad de medida y apreciación.
fecha de adquisición.
ubicación y/o responsable.
frecuencia de calibración.
fecha de cada calibración efectuada.
resultado de la calibración y decisión tomada.
firma del responsable de la calibración.
incertidumbre admitida o norma que cumple.
indicación del número o referencia del proceso empleado en la calibración.
indicación de los niveles de calibración que le afectan.
observaciones.
Es recomendable hacer las fichas de forma que en el anverso estén los datos de
identificación y en el reverso los resultados de la calibración. Cuando el reverso esté completo
se sigue cumplimentando una ficha en la que tanto en el anverso como en el reverso figuren
solo los resultados de calibración, con el fin de hacerla más duradera. En esta segunda ficha
figurará, el número de código y el número de ficha cumplimentada para dicho instrumento.
Del análisis de la ficha de resultados se obtiene una visión de su situación y estado, así como
una valoración de sus errores y posibilidades de medida. Como resultado de las mismas se
puede variar el periodo de revisión, alargándolo o acortándolo.
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B) DIAGRAMA DE NIVELES.
Se denomina así a un gráfico en el que figuran, agrupados y ordenados por NIVELES DE
CALIBRACION, todos los patrones, instrumentos y accesorios de medida del laboratorio.
El criterio fundamental para la formación de un grupo en el diagrama de niveles es que
todos los elementos del mismo se calibren con los mismos medios y procedimientos. En un
grupo puede haber un solo elemento, varios que se calibran análogamente, o también
accesorios o componentes de diferentes aparatos que se calibran igual.
El criterio fundamental para la formación de los niveles dentro del diagrama es que los
grupos de cada nivel sean calibrados por grupos de niveles superiores, nunca inferiores, ni
tampoco del mismo nivel.
Conviene destacar al respecto que este diagrama se refiere a NIVELES DE
CALIBRACION, no a niveles de precisión. Así no hay inconveniente alguno en que los
diferentes componentes de un mismo grupo del diagrama resulten con incertidumbres
diferentes, siempre que se calibren análogamente. Tampoco importa que en el mismo nivel
haya grupos de diferentes magnitudes (longitud, ángulo), diferentes procesiones y diferentes
características, siempre que reciban calibración de niveles superiores y la den a los inferiores.
Se denomina NIVEL DE REFERENCIA (nivel R o 0) al más elevado en el diagrama,
formado por los grupos de patrones e instrumentos patrones para el laboratorio, es decir,
aquellos elementos que han de ser calibrados en otro laboratorio de superior categoría
metrol6gica y de cuyas incertidumbres certificadas se parte para calibrar a todos los demás.
Los niveles siguientes, menos el último (niveles 1 a penúltimo), se forman con los grupos
de elementos que son calibrados por los de niveles superiores y calibran a los de niveles
inferiores.
El último nivel, generalmente el más numeroso, se forma con aquellos grupos que, una vez
calibrados, no se emplean en ninguna otra calibración interna del laboratorio, sino solamente
para medir o calibrar instrumentos o patrones de otros centros subordinados.
Mediante la aplicación de los anteriores criterios y reglas, al establecer un diagrama de
niveles de calibración, se logra cumplir el siguiente objetivo fundamental:
CUALQUIER CADENA DE CALIBRACION EN UN DIAGRAMA HA DE SER
DESCENDENTE A TRAVES DE LOS NIVELES, SIN SALTOS ATRAS Y SIN
CERRARSE SOBRE SI MISMA.
Esto asegura la calibración de todo elemento por otro de mayor precisi6ñ y la adecuada
trazabilidad de los resultados.
Hay pequeñas excepciones admisibles a este Principio fundamental, como inspecciones
previas u otras operaciones que no intervienen para nada en el posterior cálculo de la
incertidumbre de calibración; para diferenciar claramente estas operaciones auxiliares, no de
calibración propiamente dicha, suelen colocarse sus referencias en dirección horizontal sobre
los grupos del diagrama de niveles, reservándose la dirección vertical para las referencias,
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entrantes y salientes, de estricta calibración.
Un laboratorio de metrología es tanto más coherente en cuanto a instrumentación se refiere,
desde el punto de vista de calibración, cuanto menor es el número de grupos del nivel de
referencia respecto del total del diagrama.
A partir del diagrama de niveles de calibración pueden obtener se los DIAGRAMAS DE
TRAZABILIDAD INTERIOR de cada uno de sus grupos de calibración, sin más que
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materializar los enlaces a todos los grupos de los niveles superiores que intervienen en la
misma.
C) FICHEROS DE INSTRUCCIONES.
Consiste en una colección de fichas, identificables fácilmente con los grupos del diagrama,
que contienen con el suficiente detalle el proceso de calibración y de calculo de la
incertidumbre de los elementos del mismo, para poder así realizar la recepción y la calibración
de los citados instrumentos de una forma homogénea y repetitivo. Es normal, para facilitar el
trabajo, que en estas fichas figure alguna otra información adicional, fundamentalmente la
relación de sus componentes y su localización en el laboratorio o taller.
Naturalmente, los grupos del nivel de referencia no necesitan fichas de calibración, aunque
es usual emplearlas para recoger otros datos de interés, como pueden ser las exigencias
mínimas de su calibración en el exterior.
La redacción del fichero de instrucciones de calibración, es una misión fundamental del
jefe del laboratorio y suele exigir una revisión permanente. Este fichero debe incluir además:
- codificación de instrumentos del MINER.
- criterios para la elección de los periodos de calibración.
Los periodos de revisión deben ser fijados de forma individual para cada calibre o
instrumento de medida, teniendo en cuenta:
- Grado de calidad.
- Frecuencia de uso.
- Estabilidad y deriva con el tiempo.
- Rentabilidad económica de la calibración.
De forma orientativa se estima que se pueden fijar los que se adjuntan en la Fig.
En las figuras siguientes se muestras algunos ejemplos de como se pueden redactar las
fichas de instrucciones.
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D) ETIQUETAS DE CALIBRACION.
Se trata de unos pequeños adhesivos para colocar en cada componente del plan una vez
calibrado, indicando las fechas de calibración y de pr6xima recalibración.
En general, la etiqueta de calibración sólo indica que se ha realizado la misma y en qué
fecha, pero no es por sí sola garantía del buen estado del instrumento, cosa que habrá de
consultarse en el archivo de datos; sin embargo, en organizaciones de metrología públicas o
privadas, muy jerarquizadas y elaboradas, en las que existan unas especificaciones oficiales
concretas respecto a métodos rigurosos de calibración, a tolerancias admisibles de resultados y
a formas de utilización posterior de los
instrumentos, cabe que la etiqueta de
calibración establezca ya la calificación del
instrumento, y en estos casos suelen
emplearse varias, de diferentes colores y
formatos, para indicar que el instrumento
se
encuentra
dentro
de
sus
especificaciones, fuera, es parcialmente
utilizable, etc.
E) CALENDARIO DE CALIBRACION.
Este punto suele ser uno de los más difíciles de organizar y de llevar a cabo con
rigurosidad, ya que obliga a una distribución temporal de las fases de calibración y a su
perfecto cumplimiento para que el plan de calibración sea eficaz.
Independientemente a su informatizaci6n, la cual es deseable, es posible llevar adelante
este calendario fácilmente siguiendo un esquema sencillo en donde figure mediante símbolos
la situación real de cada instrumento.
Para simplificar al máximo esta tarea se suele distribuir de forma mensual, a no ser que el
nivel de, instrumentos a calibrar obligue a una planificación semanal, en cuyo caso solo se
utilizan tres semanas del mes dejando la última para calibrar los instrumentos que por
cualquier causa se hayan retrasado en su revisión.
Cuando el número de instrumentos es escaso, la
indicación de las fechas de calibración pueden figurar junto a
los grupos de los niveles del diagrama de niveles.
Para llevar adelante estos tipos de calendario se emplea el
siguiente proceso:
- Consultar el calendario y anotar los códigos de los
instrumentos a calibrar.
- Extraer sus fichas del archivo de datos o expediente.
- Distribuirlas, según su cantidad, en periodos de días o semanas.
- En los días previstos, recoger los instrumentos del taller o laboratorio.
- Aplicando las instrucciones de calibración adecuadas, calibrarlos, anotar los resultados en
sus fichas y etiquetar los instrumentos.
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- Cumplimentar el calendario, guardar todas las fichas y devolver los instrumentos a su
lugar.
F) CARTA DE TRAZABILIDAD.
Toda la trazabilidad interior del laboratorio, reflejada gráficamente en su diagrama de
niveles, se prolonga, a través de los patrones del nivel de referencia, a centros de superior
nivel metrológico que le en lazan con las definiciones de las unidades básicas de medida del
Sistema Internacional de Unidades SI igual que dicho laboratorio puede proporcionar
trazabilidad a otros laboratorios o centros metrológicamente subordinados, mediante las
calibraciones y mediciones que realice para los mismos.
Cuando un laboratorio de metrología envía sus patrones de referencia a otros laboratorios
superiores, debe solicitar, como documento complementario de los certificados de calibración
que recibe, la carta de trazabililidad de aquellos laboratorios, en donde se especifique la
trazabilidad general de los mismos hasta el laboratorio primario nacional, otros laboratorios
primarios extranjeros o incluso organismos como el de forma que quede suficientemente
asegurado el enlace final a las unidades básicas SI.
Esta carta de
trazabilidad no
necesita especificar
los grupos de cada
diagrama de niveles,
dentro de cada
laboratorio, sino que
se considera
suficiente con que
especifique la cadena
de laboratorios
seguida; se acepta que
cada uno de ellos
realiza correctamente
su correspondiente
diagrama pero, desde
un punto de vista
riguroso, podría
llegarse a. investigar
en cada caso concreto
toda la cadena, de
calibración seguida,
con el
correspondiente
cálculo de
incertidumbres en
cada paso.
Al llegar al nivel de los laboratorios Primarios internacionales y similares, la trazabilidad
se transforma en intercomparación de patrones de alto nivel, primarios, absolutos o de otro
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tipo.
El B.I.P.M. que todavía mantiene algunos laboratorios en determinados campos de
metrología, ha derivado más bien a ser el organismo supremo internacional que organiza,
controla y valida los resultados de estos grandes comparaciones internacionales, herramienta
insustituible actualmente para el establecimiento de los incertidumbres en metrología.
Toda relación con un laboratorio exterior deberá estar documentada con los
correspondientes certificados de calibración.
4. CONSIDERACIONES FINALES
Se desea por último realizar algunas observaciones respecto del plan de calibración de un
laboratorio de metrología, cualquiera que sea la cantidad y categoría de la instrumentaci6n que
posea y su campo de actividad.
Un plan de calibración ha de establecerse mediante un estudio específico para cada
metrología en particular, por la persona responsable de la misma, no existiendo un modelo
único y no pudiendo adaptarse ningún otro íntegramente.
Posteriormente, en su ejecución, será objeto de correcciones, mejoras y ampliaciones, no
considerándose nunca acabado ni perfecto. El conocimiento que se obtiene cuando se realiza
esta labor es de un valor inapreciable y ello solo justificarla su realización en cada centro.
El establecimiento de un plan de calibración, su mantenimiento y su correcta ejecución,
forman la misión principal del jefe de metrología; se trata de una labor permanente, interna,
pesada, difícil y cara, que sólo puede ejecutarse bien si se está convencido de su necesidad,
dado que sin ella las medidas carecerán de una incertidumbre conocida y adecuada.
Desgraciadamente la experiencia demuestra que, en algunos casos, el propio jefe de
metrología es el primer enemigo de la misma, pues considera que lo único realmente
importante es disponer de muchos instrumentos, con elevadas amplificaciones para que
proporcione indicaciones con muchas cifras decimales, las cuales seguramente poseerán
incertidumbres despreciables, totalmente independientes de magnitudes o factores de
influencia y con estabilidad también total en el tiempo.
En estos casos, en los que existe un claro perjuicio negativo acerca de la inutilidad del plan
de calibrací6n, unido generalmente a una falta de categoría técnica personal, se suele
pretender sustituir al mismo por una dilatada experiencia de medición práctica industrial.
Todo esfuerzo carece entonces de la menor posibilidad de éxito, siendo lo más aconsejable
sustituir al responsable o renunciar a tener metrología.
La consecuencia inmediata de una metrología sin plan de de libraci6n es la de proporcionar
medidas sin incertidumbre o, lo que es peor, con incertidumbres falsas, asignadas sin
fundamento técnico.
La realización completa y permanente del plan de calibración de cualquier laboratorio,
junto con el cálculo de las incertidumbres a asignar a los instrumentos y métodos de medida,
es el único procedimiento riguroso, desde un punto de vista técnico y legal, para realizar las
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siguientes funciones:
- Asegurar la precisión de las medidas.
- Obtener las correcciones de calibración que han de aplicarse a los instrumentos.
- Establecer el número de medidas necesarias para garantizar una cierta incertidumbre.
- Conocer la evolución de las incertidumbres en el tiempo, como base para la asignación de
intervalos de calibración cada vez más adecuados.
- Asegurar la trazabilidad.
Para finalizar se muestra a continuación, a modo de resumen, el proceso de utilización del
plan de calibración expuesto.
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