Nro. 36 - Enero 2006
 
SUMARIO

EDITORIAL
Nada que ver, todo que ver

Todo en su medida: ¿qué es la metrología?
Primeras traducciones de Einstein al español
Fallo a favor del cuidado del ambiente

Autoclaves para plantas de alimentos de pequeña escala

Tratamiento criogénico de materiales

El tira y afloje energético: ¿quién gana y quién pierde?

Cifras para pensar
Una oportunidad para aumentar el valor de las exportaciones agroalimentarias
“Potencial del complejo maderero argentino”
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SABER COMO
Todo en su medida:
¿qué es la Metrología?

Patrón primario de masa conservado en INTI-Física y Metrología.


Permanentemente, medimos

Todo el tiempo necesitamos medir. En el comercio, en la industria, en la vida diaria, debemos tomar decisiones en base a resultados de medición. Por la mañana, lo primero que hacemos al despertamos, es mirar la hora (medición de tiempo). En base al resultado de esta medición decidimos si debemos levantarnos o podemos seguir durmiendo.
Al manejar un auto estamos midiendo permanentemente la velocidad, la temperatura del motor, el nivel de nafta. En una estación de servicio medimos la presión de aire de los neumáticos, la cantidad de combustible cargado, etc.

¿Para qué medimos? Básicamente, para tomar decisiones. Entonces, si medimos mal corremos el riesgo de tomar decisiones equivocadas. ¿Y qué significa, o qué debemos hacer para medir bien? La ciencia de las mediciones, o Metrología responde este tipo de preguntas

Es bastante común que aquellos que por primera vez escuchan o leen la palabra Metrología la confundan con Meteorología. Si bien es necesario medir mucho y bien para pronosticar el clima y para realizar otras actividades meteorológicas, ambas disciplinas son muy diferentes. La Metrología se ocupa de explicarnos cómo medir bien. Para hacerlo bien y de forma exacta, debemos tener claro qué queremos medir y cuál será la unidad de medida empleada, luego utilizar instrumentos y métodos confiables, saber cómo usarlos, y cómo expresar e interpretar un resultado.

La Trazabilidad es la propiedad de un resultado de medición de estar relacionado a referencias establecidas llamadas patrones de medida.

¿Cómo hacemos, por ejemplo, para saber que el valor que nos indica la balanza de un comercio es confiable? Para ello, se pesa con dicha balanza un conjunto de pesas de referencia, llamadas pesas patrones, y se compara el valor indicado con el previamente conocido de estas pesas, verificando que coincidan (o que “casi” coincidan). Este proceso se denomina calibración, y es la manera de brindar trazabilidad a las mediciones que se efectúen con la balanza.

Pero ¿cómo sabemos que los valores de esas pesas patrones son confiables? Debemos entonces calibrarlas contra otros patrones de categoría superior. Y a su vez, éstos contra otros de categoría aún más elevada. Y esto sería la historia del huevo o la gallina si no hubiera algo a lo que llamamos “un patrón primario”, una referencia internacional vinculada a la misma definición de las unidades de medida. El patrón primario de masa es una pesa de 1 kg de platino iridiado mantenida en los laboratorios del Bureau Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) de Francia. Los patrones nacionales de masa, que se mantienen en el INTI, son periódicamente calibrados tomando como referencia al patrón internacional.

Otros patrones primarios, en cambio, no son artefactos materiales, se realizan a través de una experiencia física. Por ejemplo, todos sabemos cómo hacer para alcanzar una temperatura de 100ºC, basta con poner a hervir agua. Y para alcanzar 0ºC, basta con enfriarla hasta que se vuelva hielo. Así se podrían realizar patrones primarios de temperatura en forma sencilla y calibrar termómetros que midan en 0ºC y 100ºC. Los patrones primarios de temperatura usados en los principales laboratorios del mundo siguen básicamente estos principios. Si calentamos un trozo de plata hasta fundirlo, sabemos que alcanzaremos (aproximadamente) los 961ºC, y si enfriamos mercurio hasta solidificarlo llegaremos a –39ºC. Se obtienen así otros dos “puntos fijos”, o patrones primarios de temperatura: el de la plata y el del mercurio. Para definir temperaturas intermedias entre dos puntos fijos se utilizan fórmulas matemáticas de interpolación adecuadas.

Si pensamos en todo esto, nos damos cuenta que no nos hizo falta ningún artefacto material para obtener referencias primarias de temperatura (a diferencia de las referencias en masa, donde sí necesitábamos al kilogramo patrón). Al independizarnos de los patrones materiales, logramos una Metrología que podríamos describir como “más democrática”, ya que cualquiera que tenga los medios y el conocimiento adecuado podría, en principio, realizar sus propios patrones primarios, independizándose de las calibraciones periódicas contra otras referencias.

Los patrones primarios para las mediciones eléctricas se realizan también a través de ciertos experimentos físicos (lamentablemente, algo más complicados que hervir agua). Estos son: el llamado efecto Josephson, para realizar un patrón primario de tensión eléctrica, y el efecto Hall cuántico, para realizar un patrón primario de corriente. En otras palabras, la realización del Volt y del Ampère, respectivamente. Ambos experimentos se realizan hoy en el INTI, donde funciona el Instituto Nacional de Metrología, organismo responsable de definir y mantener los patrones nacionales, y de transferirlos a la sociedad.

Metrología Científica

El objeto de estudio de la llamada Metrología Científica es el desarrollo y mantenimiento de patrones primarios internacionales o nacionales, que permitan sostener todas las otras actividades metrológicas. La Metrología Científica se desarrolla generalmente en institutos o laboratorios oficiales de los distintos países del mundo llamados Institutos Nacionales de Metrología, responsables de realizar y mantener los patrones nacionales de medida en cada país .

En la Argentina, el INTI posee los laboratorios primarios nacionales para tal fin en las diversas áreas de la Metrología (electricidad, longitud, masa, temperatura, fuerza, presión, acústica, óptica, química, entre otros), y es quien transfiere esos patrones a la sociedad. Esta transferencia se logra a través de calibraciones programadas que van conformando cadenas de trazabilidad hasta llegar a las mediciones que se realizan en la industria o el comercio, por ejemplo.

Siempre existieron formas de medir...

El ser humano tuvo que medir siempre. Medir el tiempo para saber cuándo sembrar, pesar los granos para conocer su valor comercial, medir las distancias para navegar.
Primero fue distinguir entre “mucho” o “poco”, “largo” o “corto”, “pesado” o “liviano”, “caliente” o “frío”. Luego aprendió a cuantificar y asignarles unidades de medida a los atributos medidos.

Para medir, necesitamos unidades: metro, kilogramo, segundo, Ampère, etc. Medir es comparar con algo (unidad de medida) que se toma como base de comparación.
En la antigüedad, las unidades de longitud se derivaban de las de tiempo: “estamos a tres lunas de tal ciudad”, se decía. Más adelante, se derivaron de las medidas de nuestro propio cuerpo: “el pie”, “la pulgada”, “el codo”, “la milla” (distancia equivalente a mil pasos), etc.

Disponer de patrones de medida fue desde siempre atributo de los Estados. Se conocen patrones de masa y longitud de los antiguos egipcios, sin los cuales no hubiera sido posible ensamblar los bloques de piedra para construir las pirámides.

El primer patrón de longitud en el Antiguo Egipto era una bara de granito negro llamada Cubit Real basada en la medida del antebrazo del faraón.


En la cultura preincaica del altiplano boliviano, el patrón de longitud era definido a partir de la distancia entre los reflejos de estrellas fijas en un espejo de agua.

En algunos reinos de la Europa medieval, el patrón de longitud era la dimensión del pie del rey de turno. Un patrón algo inestable, porque cuando el rey fallecía y era reemplazado por otro, debían modificarse todas las medidas del reino. Para transportar la medida del pie del rey se usaban instrumentos cuya versión moderna todavía lleva el nombre de “calibre pie de rey”, muy común en talleres y fábricas.

Luego, en tiempos de la Revolución Francesa, cuando todo lo que tuviera que ver con la monarquía se volvió inaceptable, fue adoptado el metro como unidad de longitud (una fracción del meridiano terrestre), y el sistema métrico decimal.

Durante los más de dos siglos que pasaron desde entonces, se han agregado otras magnitudes con sus correspondientes unidades. En 1875, 17 países, incluyendo a la Argentina, firmaron la Convención del Metro que sentó las bases del Sistema Internacional de Unidades (SI) que rige actualmente. Hoy, el SI incluye 7 magnitudes básicas, que se describen a continuación con las unidades correspondientes y otras magnitudes y unidades derivadas, que se definen a partir de éstas.

Magnitud Unidad
Longitud Metro (m)
Masa Kilogramo (kg)
Tiempo Segundo (s)
Corriente eléctrica Ampère (A)
Temperatura termodinámica Kelvin (K)
Cantidad de materia Mol (mol)
Intensidad luminosa Candela (cd)

La definición del metro fue cambiando con el tiempo. Hace no tanto, un metro era definido también a través de un artefacto material: la longitud de una barra de platino conservada en el mismo lugar que el kilogramo patrón (BIPM).

Hoy, igual que en épocas antiguas, la definición del metro se basa en unidades de tiempo: el metro, unidad de longitud del Sistema Internacional, se define como “la distancia recorrida por la luz durante un intervalo de tiempo de 1/300.000.000 de segundo”. Cabe recordar que la velocidad de la luz es una constante universal de aproximadamente 300 millones de metros por segundo (en realidad, 299 792 458 m/s). Sin embargo, no es factible llevar a la práctica esta definición. En los laboratorios primarios, como el INTI, el metro y sus submúltiplos son realizados a través de mediciones interferométricas.

Metrología Legal

La Metrología Legal es la rama de la Metrología que se ocupa de asegurar las mediciones relacionadas con la ley y el comercio, proteger al consumidor, al medio ambiente y a la sociedad en general.

Cuando cargamos 20 litros de nafta, ¿cómo sabemos que nos venden realmente 20 litros y no 19,8?; cuando compramos un paquete de 1 kg de azúcar, ¿cómo sabemos que nos dan realmente 1 kg?; cuando pagamos una factura por consumo de gas o de electricidad, ¿cómo sabemos que el volumen de gas o la energía que nos facturan es realmente la consumida?

El Estado debe proteger a los consumidores, quienes no poseen los medios técnicos para comprobar si éstas u otras mediciones están bien realizadas y si los resultados obtenidos son los correctos. En la Argentina, el INTI es el organismo oficial responsable de las actividades de Metrología Legal. Esto implica disponer de reglamentos y verificar que los instrumentos de medición cumplan con dichos reglamentos.
Desde el año 2003, momento en que las actividades de Metrología Legal pasan a depender del INTI, se han logrado grandes avances en la configuración de una estructura para la Metrología Legal en áreas tales como verificación de balanzas utilizadas en el comercio, termómetros clínicos, medidores eléctricos y de gas, entre otras.

Por ejemplo, al instalar una balanza debe realizarse lo que se conoce como verificación primitiva, que es responsabilidad del fabricante de la balanza. El INTI evalúa la competencia del fabricante para realizar la verificación primitiva y lo habilita para tal fin. Además, se realizan verificaciones periódicas posteriores.
Otro ejemplo destacable es el de los medidores eléctricos. Existen aproximadamente once millones de medidores en el país (en hogares, fábricas, etc.). El Estado debe velar porque la factura que abona cada usuario sea acorde a la electricidad realmente entregada. Resultaría imposible que el INTI calibre todos estos medidores, entonces son las mismas empresas o cooperativas eléctricas quienes realizan esas verificaciones, en base a planes de muestreo y procedimientos reglamentados.

Metrología Industrial

La Metrología Industrial se ocupa de asegurar las mediciones necesarias para la fabricación de productos. Las industrias hacen lo posible para controlar, asegurar y mejorar la calidad y confiabilidad de sus productos. Para esto, deben realizar mediciones sobre las materias primas, los procesos y condiciones de fabricación y los productos terminados. La calidad de un producto nunca puede ser mejor que la calidad de las mediciones realizadas para fabricarlo. Estas mediciones pueden ser necesarias para garantizar que los productos fabricados estén en conformidad con normas o especificaciones de calidad, o para el control de los procesos de fabricación, o bien para el diseño de los productos, entre muchas otras aplicaciones.

Las dimensiones de una pieza que deberá ser ensamblada en otra para armar la carrocería de un automóvil, la rugosidad de un disco de frenos que asegure adherencia, la potencia eléctrica de una estufa de cuarzo, el contenido de principio activo en un medicamento para la presión arterial, el porcentaje de grasa de una hamburguesa, la resistencia de una bobina de papel, la temperatura que debe tener un horno donde se elabora pan lactal, son ejemplos de mediciones que se realizan habitualmente en las industrias, y que deben realizarse bien, esto es, con criterios metrológicos adecuados. El primer requisito a cumplir en este sentido, es la calibración de instrumentos de medición contra patrones que sean trazables al INTI (o algún organismo equivalente de otro país).

Un cálculo rápido que tenga en cuenta la cantidad de industrias radicadas en el país, y la cantidad de instrumentos que poseen esta industrias, nos indica la imposibilidad de que el INTI calibre la totalidad de estos instrumentos. Sin embargo, la trazabilidad debe ser garantizada siempre. La forma de resolver este problema es a través de laboratorios de calibración secundarios, que puedan calibrar los instrumentos de las empresas, y por su parte tengan trazabilidad al instituto primario. Estos laboratorios secundarios pueden pertenecer a la esfera estatal o privada, e incluso ser parte de una misma empresa que posea muchos instrumentos del mismo tipo para calibrar.

De esta manera, se conforman redes de laboratorios secundarios de calibración, que atienden la demanda industrial. Por ejemplo, el INTI supervisa en forma directa a los laboratorios del Sistema Argentino de Calibraciones (SAC), evaluando en forma planificada y sistemática su competencia técnica. Esta supervisión incluye, no solamente la utilización de patrones trazables adecuados, sino también la utilización de métodos y procedimientos correctos de calibración y medición, la competencia del personal, la implantación debida de sistemas de gestión de calidad, etc. Además, numerosos expertos técnicos del INTI colaboran como evaluadores de laboratorios del Organismo Argentino de Acreditación (OAA).
Con estos sistemas se atiende la demanda metrológica de parte de la industria. Se logra de este modo que las empresas puedan cumplir con uno de los aspectos centrales en la implementación de sistemas de gestión de calidad en las empresas: los requisitos de trazabilidad de las mediciones.

El INTI desarrolla actividades en Metrología Industrial desde su fundación, en 1957. Éstas incluyen, además de las calibraciones de instrumentos, la capacitación, asesoramiento y asistencia a las industrias en temas de Metrología, con el propósito de mejorar las mediciones, y establecer una verdadera cultura metrológica en el país.

Ninguna medición es perfecta

Ninguna medición es totalmente exacta ni perfecta. Al medir, siempre se cometen errores. Y en general ni siquiera el objeto medido está perfectamente definido. Por esto, los metrólogos desarrollaron el concepto de incertidumbre de medición, que identifica el rango de valores posibles que podrían ser razonablemente asignados a la magnitud medida.

La incertidumbre caracteriza la calidad de una medición. Para estimarla se emplean técnicas estadísticas y matemáticas.

Imaginemos que el fabricante de caños para plomería quiere medir el diámetro de sus productos. El diámetro es una característica importante para garantizar que los caños puedan ensamblarse bien, y sin pérdidas futuras. Con un calibre realiza, no una sino tres mediciones en distintas posiciones y obtiene tres valores: 25,40 mm, 25,42 mm y 25,43 mm. ¿Cuál de ellos es el diámetro “verdadero”? En realidad, ninguno. La variación entre los resultados puede obedecer, entre otros, a dos motivos: errores aleatorios de medición, provocados por el instrumento, por la persona que mide, por la forma de leer el resultado, etc., o irregularidades geométricas del tubo, que no es un cilindro perfecto.

Dichos valores podrían graficarse sobre un eje
Podemos graficar o representar estos valores sobre un eje. Si hiciéramos muchas más mediciones y las representáramos en forma similar, obtendríamos un gráfico de dispersión estadística de los resultados.

Además de esta dispersión aleatoria, pueden existir errores sistemáticos, (por ejemplo, puede ocurrir que el instrumento siempre mida de más, por defecto de fabricación). A causa de todo esto, la forma correcta y completa de expresar un resultado de medición es incluyendo la incertidumbre de medición como parte de ese resultado. Por ejemplo, el resultado de la medición anterior podría haber sido 25,4 mm ±0,1 mm.
Esto significa que con un alto grado de certeza, el diámetro “verdadero” está entre 25,3 mm y 25,5 mm. Conociendo el resultado medido, expresado de esta manera, podremos decidir si el tubo cumple las tolerancias de fabricación o no.

Si tuviéramos que medir tubos para transporte de gas, cuyas tolerancias son más estrechas, no podríamos hacerlo con el mismo instrumento. Debemos elegir un método mejor que nos garantice incertidumbres de, por ejemplo ±0,01 mm.

Y si tuviéramos que medir un perno de pistón, pieza crítica del motor de un auto, que soporta todas las tensiones mecánicas al moverse el motor a alta velocidad, debiéramos garantizar incertidumbres del orden de ±0,001 mm.

Debido al alto nivel de complejidad tecnológica de la industria actual, los desafíos de la Metrología son grandes: cada vez es necesario medir mejor, con menores incertidumbres, y, para esto, tener mejores instrumentos y patrones.

La Metrología en la aldea global

La Metrología de hoy debió adaptarse a las condiciones de un comercio internacional creciente. Cada vez es más común que en la fabricación de un producto se empleen piezas o partes producidas en países diferentes.

El siguiente croquis muestra el avión europeo Airbus, cuyas partes son fabricadas en diversos países: Alemania, Inglaterra, España, Rusia, Italia, Israel.




Para que el avión pueda despegar, volar y aterrizar sin caerse, es necesario que las piezas puedan ensamblarse bien, y para esto, entre otras exigencias, deben ser fabricadas con una base metrológica común. En otras palabras, es imprescindible que una longitud de 1 milímetro en Francia sea lo mismo que 1 milímetro en Italia, o en Argentina, en Brasil, o en Japón.

La creciente colaboración entre los metrólogos del mundo ayuda a crear enfoques y formas de trabajo aceptadas a nivel internacional. Se volvió necesario que las mediciones realizadas en un país pudieran ser aceptadas como válidas por otro, al cual una empresa del primer país vende sus productos, por ejemplo. Así, los metrológos de todos los países del mundo deben permanentemente consensuar los resultados de las mediciones realizadas, con el objetivo de que las calibraciones o mediciones efectuadas por el instituto nacional de metrología de un país sean aceptadas por el correspondiente instituto de otro.

Para resolver estos temas, los institutos de metrología de todo el mundo firmaron el Acuerdo de Reconocimiento Mutuo (MRA) en 1999, por el cual cada instituto debe comparar periódicamente sus patrones con otros, y por otro lado, recibir visitas de pares, expertos en cada rama de la Metrología, para evaluar sus laboratorios. A partir de estas actividades, y del análisis de los resultados de las mismas por los demás institutos del mundo, las capacidades de medición de cada instituto son reconocidas por todos los demás.

Como consecuencia, las reales capacidades de medición en cada país son conocidas y publicadas en la Web por el Bureau Internacional de Pesas y Medidas, con el formato de una base de datos.
Esta base de datos es un asiento metrológico para el comercio internacional. Si el lector quiere conocer las capacidades de medición y calibración del INTI (CMC), o del Instituto Nacional de Metrología de cualquier otro país, puede acceder a dicha base en la siguiente página web: http://kcdb.bipm.org/appendixC

Autor: Fernando Kornblit

Contacto: ferk@inti.gov.ar

    

2006-01-03 03:38:48 Acústica de placas
  Adrian Gunella
  Quisiera saber con quien tengo que hablar para hacer un estudio de medición acústica de placas basada en los modos Chladni, orientado a la construcción de guitarras y violines. Tambien se usa el método óptico de interferometría holográfica para ver los modos de vibración. Deseo mejorar la calidad de mis instrumentos y normalizar o aunque sea controlar los parametros para que todos los luthieres podamos emplear mejor las maderas muchas veces mal aprovechadas por las grandes fabricas. Ya hable con tres profesionales de este Instituto pero siempre me dan el mail de otro que pueda ser que se especialice en este campo, ya pasó un año desde el primer contacto y supongo que este Instituto es demasiado grande pero mientras mas rapido se solucione esto será mejor para todos ya que la industria maderera en este campo no es optima en Argentina. Feliz Año.
   

2006-12-10 02:17:37 metrológía
  daniel
  esta muy interesante su pag.espero sigan poniendo mas sobre metro
felicidades
   

2007-02-07 09:16:39 MUY BIEN
  Mauro Lara
  Me parece muy pero muy buena esta información que acabo de citar en la pag de internet, la verdad es que aclara muchas dudas y me ha servido para una tarea de investigación sobre los laboratorios primarios y secundarios ya que no había podido encontrar nada al respecto en las demás páginas.
MUCHAS FELICIDADES!
   

2007-08-24 06:26:41 Su importancia
  perla
  Considero que la metrologia es muy importante, por lo cual es interesante leer estudios como estos en la web.
   

2007-09-14 12:05:41 LA METROLOGIA ES UNA IMPORTANCIA
  HERNAN DAVID GIL FERNANDEZ
  PARA EL MUNDO DE LA INDUSTRIA ES MUY IMPORTANTE ESTA CIENCIA YA QUE CON TODO ESTO TODOS LOS PROCESOS VAN DE LA MANO DE LA METROLOGIA POR ESO INVITO A TODAS LAS PERSONAS A QUE SE METAN EN ESTE CUENTO
   

2007-09-28 05:10:38 la metrologia
  samanta
  hvcelbvlbvejfbvnñirjfbvñdjfnvdkñmvnxc dmef.kkdbvfroñbvtdnfkñdmnv´ñdnhvñonvdnfvñdnfvoñnerñvfndfv


me encanto
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los amo mil!!!!!

okas
pasas por el mio
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postmee
   

2008-03-28 08:01:44 ?
  YANEL
  ES MUY HERMOSO E INTERESANTE
   

2009-02-26 11:43:40 CUAL ES EL PATRON REAL DEL TIEMPO
  YEIMI ANDREA
  ES JUSTO LO QUE ESTABA BUSCANDO
   

2009-03-25 03:14:27 metrologia
  marco antonio arellano
  en el edo. de mex. hay pocas oportunidades para uno. en donde puedo contactar empresas en mi estado cuautitlan o tultitlan, edo mex. tengo muchos años de experiencia.