Fundamentos de Metrología: Patrones, Unidades y Trazabilidad en Ingeniería

1. Fundamentos de la Medición Metrológica

1.1. Unidad de Medida, Patrón y Escala

La metrología se basa en conceptos fundamentales que permiten la cuantificación precisa de las propiedades físicas.

Definiciones Clave

• Unidad de medida: Término que se utiliza para cuantificar el valor de una magnitud. La unidad se define mediante el patrón de medida.
• Patrón de medida: Medida materializada, instrumento de medida, material de referencia o sistema de medida que sirve para definir, realizar, conservar o reproducir una magnitud (con una incertidumbre asociada) para que sirva de referencia.

Características de los Patrones

Los patrones de medida deben cumplir con criterios rigurosos:

• Convencional: El patrón de medida se origina como un acuerdo entre diversas partes. Existen organismos internacionales que vigilan y hacen un seguimiento de los procedimientos para definir los patrones.
• Universal: Debe estar basado en un fenómeno universal.
• Realizabilidad: Debe ser realizable.
• Incertidumbre: Debe tener una incertidumbre específica y muy reducida en comparación con los patrones de orden inferior.

Escala y Magnitudes

Escala: Conjunto de valores que puede tomar una magnitud. La magnitud podrá tener tanto valores positivos como negativos, mientras que la masa solo podrá tener valores positivos.

Tipos de Magnitudes

• Aditivas: Son aquellas que permiten cuantificar la cualidad del objeto a la que está asociada mediante la suma de los valores que presenta esa misma cualidad en otros objetos. Ejemplo: longitud. Una magnitud aditiva queda totalmente definida con la unidad de medida.
• No Aditivas: No permiten cuantificar la cualidad del objeto mediante la suma de los valores que presenta esa misma cualidad en otros objetos. Ejemplo: temperatura. Por tanto, para definir una magnitud no aditiva, son necesarias una unidad de medida y una escala.

1.2. Trazabilidad y Calibración

Conceptos y Procedimientos para Garantizar la Trazabilidad de las Medidas

Trazabilidad: Propiedad de una medida mediante la cual el resultado puede relacionarse con una referencia (patrón) a través de una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones. Cada una de estas contribuye a la incertidumbre de la medida.

Cadena de Trazabilidad: Cadena ininterrumpida de comparaciones, todas ellas con incertidumbres establecidas. Esto asegura que el resultado de la medida está relacionado con referencias de niveles superiores hasta llegar al patrón primario.

Nota: La incertidumbre aumenta según se desciende por la cadena de trazabilidad.

Jerarquía de la Trazabilidad Metrológica

La jerarquía establece el flujo de referencia desde el nivel más alto (internacional) hasta el instrumento de uso diario:

1. Patrón Internacional
2. Patrón Nacional
3. Patrón de Calibración
4. Patrón de Referencia
5. Patrón de Trabajo
6. Instrumento de Medida

Calibración

La calibración es la herramienta fundamental para asegurar la trazabilidad de una medida. Determina las características metrológicas de un instrumento, sistema o material de referencia.

El objetivo principal de la calibración es conocer y analizar el error que puede cometer el equipo en el proceso de medida, es decir, asegurar que la incertidumbre de las medidas realizadas con este instrumento sea conocida.