Terminología de los procesos de medición de caudal

01 Septiembre 2010

La instalación de instrumentos en general, y de caudalímetros en particular, se puede llevar a cabo a diferentes niveles. Esta sección define los aspectos más importantes.

 

 

 

 

 

Precisión


Un término muy común en la medida de caudal es la exactitud. La exactitud se define como "la proximidad a la concordancia absoluta entre el valor medido y el valor real de lo que se mide". La exactitud es, pues, un término cualitativo, y no cuantitativo. Tampoco podemos hablar de exactitud en términos absolutos, sino siempre de "exactitud relativa a una medición" como expresión estándar de un calibrado verificable. A veces, se emplea el término "precisión" en lugar del de "exactitud", pero aquél es una medición de repeti-bilidad y no deberían emplearse en este sentido.


La "exactitud" se puede especificar en términos de porcentaje o proporción respecto de la lectura (% v.1.), o en términos de porcentaje respecto al valor de fondo de escala (% v.f.e.). La Figura siguiente ilustra esta diferencia.

 

Se muestran los resultados de la medición con dos contadores del mismo tipo, uno con una exactitud de 0,5 % respecto al fondo de escala (fabricante A) y el segundo con una exactitud de 1 % del valor de lectura (fabricante B). A medida que el valor del caudal se reduce, el error en el primer contador se incrementa, mientras que en el segundo contador (% v.1.) el error se mantiene. En cuanto al funcionamiento, si la exactitud del contador se expresa en términos del valor de fondo de escala, es preciso tener en cuenta el campo de valores de trabajo. Esto es habitual en las viejas tecnologías, como en los caudalímetros con discos de diafragma o en los caudalímetros de Venturi.

Fig.: Exactitud de medición en contadores de caudal


Repetibilldad

La repetibilidad se define como "la cantidad que caracteriza la capacidad de un contador de dar indicaciones o respuestas idénticas al repetir una aplicación con los mismos valores de la cantidad medida en las condiciones de trabajo establecidas".

En otras palabras, si un contador presenta una repetibilidad del 0,1% respecto al valor de lectura, las variaciones en las respuestas al repetir la aplicación no diferirán en más de 0,1 % si el caudal se man¬tiene constante. No debería confundirse una buena repetibilidad con una buena exactitud. En la Figura se muestran cuatro casos. En el caso (a) la exactitud es perfecta y todas las lecturas quedan dentro del intervalo especificado (por io tanto, también la repetibilidad es excelente).



Fig: Exactitud y repetibilidad


En el caso (b), una lectura esporádica queda fuera de los límites (una situación más real), pero de nuevo la exactitud es en general buena. En el caso (c) la repetibilidad es excelente, pero todas las lecturas presentan un sesgo respecto al valor correcto, y en el caso (d) la repetibilidad es pobre y la exactitud inaceptable. En resumen, una exactitud buena garan¬tiza una repetibilidad buena, pero una repetibilidad buena no garantiza por sí sola una exactitud buena.
Linealidad

Los caudalímetros se suelen caracterizar por una linealidad de 0,5 o de 1%. Esto significa que la desviación de las respuestas del caudalímetro con respecto a una función ideal lineal que relaciona el caudal real con los valores de salida indicados por el caudalímetro es menor del 1%.
En la Figura siguiente, la gráfica simboliza la linealidad de un caudalímetro expresada como un porcentaje del valor de fondo de escala. En la medición de caudales se define un coefi¬ciente (GA) que representa el valor de salida como un promedio "ideal" respecto a todo el rango de valores de trabajo (Rt). Análogamente, se define un rango de valores límite (ej. ±1% v.1., línea punteada), dentro del cual los valores pueden fluctuar. Ésta es la medida de la linealidad del caudalímetro. téngase en cuenta, sin embargo, que al cambiar el rango de valores de trabajo, los valores de salida pueden presentar sesgo.
El coeficiente recomendado (GL) para el rango de valores de trabajo (Ro) está ligeramente por debajo del coeficiente obtenido como promedio sobre todo el rango de valores especificado (GA). A este campo de valores especificado, a veces se le llama rangeabilidad y es la razón entre los caudales máximo y mínimo.
Fig. Linealidad de un caudalímetro.


Incertídumbre
La incertídumbre se define como el rango de valores entre los cuales se halla el valor real con una probabilidad determinada (véase la Fig. abajo). En la medición de caudales no es posible medir nada con precisión absoluta (es decir, con un error de cero) porque el caudal no es nunca estable. Pequeñas perturbaciones en la presión y la temperatura afectan a la respuesta del instrumento, que nunca es perfecta, además de multitud de otros efectos externos y de tipo electrónico.

Un valor de lectura estable en el tiempo y el concepto de incertidumbre constituyen conjuntamente una manera de identificar y combinar todos estos factores, de modo que la variable que se pretende medir quede bien definida. Obsérvese que el valor cuantitativo de la "exactitud" debería expresarse en términos de incertídumbre. Una buena exactitud es, en el fondo, una baja incertídumbre, pero siempre existen pequeños errores, tanto de origen aleatorio como sistemático.


Error

El error no es más que la diferencia entre el valor de salida del contador y el valor real del caudal en el instante en que se efectúa la medición. Un 1 % de error en el valor del caudal (casi siempre expresado como exactitud del 1%) significa que la salida del contador registra, por ejemplo, 99 l/min cuando el valor real (determinado a partir de un estándar de referencia) es 100 l/min. Dado que, de hecho, el valor real no es nunca conocido, el error es, por definición, una cantidad desconocida.
Fig.  Definición de "Incertídumbre en la medición", x = Valor medio de todos los valores medidos, f(x) = Frecuencia, o- = Desviación típica.
Factor K de sensibilidad y constante del contador
Para definir la característica de transferencia de un contador con una salida de impulso lineal o casi lineal se pueden emplear dos parámetros. Se denominan "constante del contador" y "factor K de sensibilidad" respectivamente. Ambos parámetros suelen hallarse impresos en la placa de características del caudalímetro.


Factor K de sensibilidad

El factor K de sensibilidad se define como el número de impulsos por unidad de la.magnitud y se determina en el laboratorio. Por otra parte, algunos fabricantes denotan con la letra K la "constante del contador". Otros, definen la letra K como el cociente entre la frecuencia de salida y la velocidad del caudal. En cualquier caso, el lector debe conocer con seguridad el uso exacto del término en cada aplicación. En muchos casos, la K define también un factor de corrección determinado por calibración en el laboratorio.


Constante del contador

La constante del contador se define como el cociente entre el volumen real y el volumen
registrado. Al contrario que el factor K de sensibilidad, la constante del contador se suele
determinar por calibración en el lugar de trabajo, es decir, mediante aplicaciones de trasiego. En dicho procedimiento se emplea un valor de referencia normalizado para el volumen real. Por lo tanto, por definición, una buena constante de contador debería tener un valor cercano a 1. Un diagrama de control que represente gráficamente las variaciones de la constante del contador con el tiempo (gráfica de control) indica la estabilidad del contador.
Todos estos parámetros de proceso suelen hallarse habitualmente en aplicaciones de trasiego en que se calibra y especifica el sistema de ejecución de un contador de turbina, de Corioliso de desplazamiento. Así, pues, una especificación de, por ejemplo, "100,12 pulsos/litro (±0,1% del valor medido) en un campo de valores de 10 a 100 litros/minuto" significa que dicho parámetro se halla entre un valor mínimo 100,02 y un valor máximo de 100,22 impulsos/litro.

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

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