Calibración de caudalímetros: métodos, factor K, rangeabilidad e intervalos

Qué comprueba la calibración de un caudalímetro

Una calibración compara lo que indica el medidor con una cantidad de referencia de fluido recogida o desplazada durante el mismo periodo, con caudal, presión y temperatura estables. El NIST da el resultado como un factor del medidor, la relación entre el caudal calculado con el patrón y la indicación media del medidor, o su inversa (SP 250-73). En un medidor con salida de pulsos, ese mismo resultado suele expresarse como factor K.

Importa qué salida se calibra. Un medidor puede dar un caudal, un volumen totalizado, una masa o un tren de pulsos. El laboratorio lee la salida con sus propios instrumentos calibrados, y su incertidumbre entra en el presupuesto.

Comparar el error con un límite y registrar un Cumple o un No cumple es una verificación frente a una especificación. Los medidores usados en transacciones comerciales tienen además límites legales, que se tratan más abajo.

• Calibración frente a verificación

Las normas y referencias

ISO 4185:1980 describe la medición del caudal de líquidos pesando el líquido recibido en un tanque en un tiempo conocido, en forma estática y dinámica, con el cálculo de la incertidumbre. ISO indica que se confirmó en 2019, y hay registrada una segunda edición como proyecto (ISO/AWI 4185).

ISO 8316:1987 describe la misma idea con un tanque volumétrico calibrado. ISO 9368-1 indica cómo comprobar las instalaciones de pesaje estático.

OIML D 36:2020 trata los probadores de tubería, incluidos los de pistón, como patrones para verificar y calibrar medidores. Sustituyó a OIML R 119 de 1996.

Para los medidores sujetos a control legal, OIML R 117:2019 cubre los sistemas de medida dinámica de líquidos distintos del agua, OIML R 49:2024 (publicada junto con ISO 4064:2024) los contadores de agua y OIML R 137-1&2:2012 los contadores de gas. En EE. UU., la sección 3.37 del NIST Handbook 44 cubre los caudalímetros másicos.

Los institutos nacionales de metrología publican sus métodos. El NIST describe sus patrones de caudal en la serie SP 250, el PTB opera un banco de caudal de agua con referencias gravimétrica y volumétrica, y el National Engineering Laboratory de TÜV SÜD alberga el patrón nacional británico de caudal.

Cuatro métodos de referencia comparados

En el método gravimétrico, el líquido se recoge en un tanque sobre una báscula durante un tiempo medido. La secuencia del NIST establece un caudal estable por el medidor, pone la báscula a cero, cambia un desviador hacia el tanque y arranca el cronómetro, registra la temperatura del agua y las condiciones del aire para la corrección de empuje, y luego invierte el desviador y toma la masa final (SP 250-73). ISO 4185 también tiene una forma dinámica, en la que la masa se obtiene de pesadas hechas mientras sigue llegando líquido.

Un tanque volumétrico usa un volumen calibrado en lugar de la báscula (ISO 8316). Los dos métodos recogen todo el caudal en un recipiente, así que encajan mejor en un laboratorio que en una línea en servicio.

Un probador barre un volumen conocido entre detectores con un pistón o una esfera. OIML D 36 describe los tipos unidireccional, bidireccional, de pequeño volumen y de carrera completa. Primero se calibra el volumen base del probador, por trasvase de agua, con un medidor maestro o dimensionalmente, y sus lecturas se corrigen por la temperatura y la presión del líquido y del probador. D 36 recomienda dispositivos de temperatura con una incertidumbre expandida de 0,2 °C o menos y de presión de 0,05 MPa o menos (6.3, 6.4), y suficientes pasadas previas para eliminar gases y estabilizar la temperatura del líquido (6.6).

Un medidor maestro es un medidor calibrado en serie con el medidor en ensayo. OIML D 36 (5.3.2) describe la misma idea para calibrar un probador: el medidor maestro es solo un eslabón intermedio, así que calíbralo frente a otro patrón y confirma que es estable antes y después del trabajo.

• Calculadora de TUR y TAR
• Cómo elaborar un presupuesto de incertidumbre de medida

Líquido o gas: qué cambia

El gas es compresible, así que su densidad depende de la presión y la temperatura, y un volumen de gas dice poco sin ellas. OIML R 137 llama condiciones base a la presión y la temperatura a las que se convierte un volumen (3.2.19). Comprueba cuáles usan el medidor y el certificado.

Los patrones primarios de gas del NIST son sistemas PVTt, que llenan un depósito de volumen conocido durante un tiempo medido y calculan la masa recogida a partir de la presión y la temperatura. Los patrones de 34 L y 677 L tienen una incertidumbre del 0,025 % y el de 26 m³ del 0,09 % (k = 2). Su Working Gas Flow Standard usa venturis de flujo crítico y caudalímetros laminares calibrados con los patrones PVTt, del 0,15 % al 0,07 %.

El gas importa tanto como el caudal. OIML R 137-1&2 admite la verificación con aire u otro gas solo si la diferencia con el gas de uso se mantiene dentro de un tercio del error máximo permitido, o si se aplica una corrección (12.5.2.3, 13.1.3). Con los líquidos hay un efecto similar a través de la viscosidad. El informe modelo del NIST para un medidor de turbina señala que los caudales inferiores a alrededor del 10 % del máximo, donde dominan los cojinetes, llevan una incertidumbre adicional por viscosidad. Es una estimación aproximada, y solo una calibración en dos fluidos de distinta viscosidad lo muestra para un medidor concreto (SP 250-1039r1).

Factor K y factor del medidor

El factor K de un medidor con salida de pulsos es su número de pulsos por unidad de volumen o de masa. PTB y NIST lo definen como la frecuencia de salida dividida por el caudal, que es lo mismo (PTB, Engel y Baade, 2006; NIST SP 250-1039). Una calibración da el factor K en cada caudal, y el transmisor o contador del medidor lo usa para convertir los pulsos en cantidad.

Toma un medidor de turbina ajustado a 100 pulsos por litro. En una pasada produce 20 000 pulsos mientras el probador entrega 198,0 L. El medidor indica 200 L, un error de +1,0 %, y el factor K de esa pasada es 20 000 ÷ 198,0 = 101,0 pulsos por litro.

El factor K no es una constante. Varía con el caudal, y el artículo del PTB muestra que se desplaza con la temperatura por la dilatación térmica del cuerpo del medidor. El NIST informa los medidores de turbina en forma adimensional, número de Strouhal frente a número de Roshko, para que el resultado sirva con otro líquido o temperatura (SP 250-1039r1). OIML D 36 permite calcular el error de un sistema de medida a partir de un factor del medidor determinado según el apartado 7 de ISO 4267-2, o directamente de los volúmenes probados (6.9).

Cuántos caudales de ensayo y qué significa la rangeabilidad

Una calibración normal de líquidos del NIST usa cinco caudales, cinco promedios de las lecturas en cada uno y toda la secuencia repetida en una segunda ocasión, ajustando el caudal hacia arriba en una serie y hacia abajo en la otra. El servicio de gas del NIST usa cinco caudales con tres o más mediciones en cada uno, en dos ocasiones. Rara vez trabaja con menos de tres caudales y dos series de tres mediciones (SP 250-1039r1). Espera primero a que haya estabilidad: el procedimiento de probador de pistón del NIST exige que el factor del medidor se mantenga dentro del 0,2 % antes de tomar datos.

La rangeabilidad, o turndown, es la relación entre el caudal más alto y el más bajo con los que un medidor cumple su exactitud. Un medidor de 100 L/min con un turndown de 20:1 está especificado hasta 5 L/min. Elige caudales de calibración en todo el rango que el medidor ve de verdad, incluida la parte baja, y no leas el resultado más allá del rango calibrado. El NIST indica que sus valores de calibración solo valen en el rango calibrado.

Las recomendaciones legales fijan relaciones de caudal mínimas, que aparecen en la tabla. Un contador de agua tiene además zonas. OIML R 49-1:2024 fija Q2/Q1 en 1,6 y Q4/Q3 en 1,25 (4.1.5, 4.1.6), de modo que la zona inferior va de Q1 a Q2 y la superior de Q2 a Q4.

Límites de error para medidores sujetos a control legal

Si un medidor se usa en transacciones comerciales o está regulado de otro modo, el límite de error viene de la recomendación o de la norma nacional aplicable. OIML R 117-1:2019 da un límite para el sistema de medida completo y uno más estricto para el medidor solo, para cantidades de al menos 2 L o 2 kg (tabla 3).

• Contadores de agua OIML R 49-1:2024: la clase 1 admite ±1 % en la zona superior y ±3 % en la inferior, la clase 2 admite ±2 % y ±5 %. Por encima de 30 °C, los límites de la zona superior pasan a ±2 % y ±3 % (4.2.2, 4.2.3).
• Contadores de gas OIML R 137-1&2:2012 en evaluación de modelo y verificación inicial: del caudal de transición hasta Qmax, la clase 0,5 admite ±0,5 %, la clase 1 ±1 % y la clase 1,5 ±1,5 %. De Qmin al caudal de transición, los límites son ±1 %, ±2 % y ±3 % (tabla 2).
• NIST Handbook 44, sección 3.37, tabla T.2, para caudalímetros másicos: la clase de exactitud 0,3 tiene una tolerancia de aceptación del 0,2 % y una tolerancia de mantenimiento del 0,3 %, y la clase 0,5 del 0,3 % y el 0,5 %.
• Repetibilidad: OIML R 117-1:2019 limita el error de repetibilidad de un medidor a dos quintos del valor de la línea A para cantidades de al menos 5 veces la cantidad medida mínima, y Handbook 44 T.3 limita el rango de ensayos repetidos al 40 % de la tolerancia de mantenimiento.

In situ o en laboratorio

Un laboratorio ofrece caudal, temperatura y fluido controlados, pero no reproduce tu tubería. El NIST cita los efectos de instalación, los cambios a largo plazo y los efectos de la temperatura en el medidor entre las componentes de incertidumbre que el usuario debe añadir en servicio (SP 250-1039r1). OIML R 49-1:2024 clasifica los contadores de agua según su sensibilidad a perfiles de velocidad irregulares aguas arriba y aguas abajo.

VSL, el instituto nacional de metrología neerlandés, señala que calibrar en planta requiere conexiones de proceso especiales para el equipo móvil, y que si un medidor no se puede desmontar durante la operación, el trabajo puede tener que esperar a una parada. Si no, el medidor va a un laboratorio de calibración o vuelve al fabricante. En la práctica, una calibración in situ suele significar un probador o un medidor maestro en serie con el medidor instalado.

Las autoridades también aceptan comprobaciones in situ. En los permisos de vertido de EE. UU., el NPDES Compliance Inspection Manual de la EPA prevé que los sistemas de medición de caudal de la instalación los calibre una fuente cualificada al menos una vez al año, y un inspector puede comparar un medidor con un caudalímetro portátil de abrazadera y esperar que coincidan dentro de ±10 por ciento (capítulo 6, EPA 305-K-17-001).

• Calibración para agua y aguas residuales
• Calibración para petróleo y gas
• Calibración interna o externa

Lecturas como se encontró, ajuste y un medidor fuera de tolerancia

Calibra antes de ajustar. El factor K o el error como se encontró en cada caudal muestra cómo medía el medidor mientras estaba en uso. Cambiar un factor K en un transmisor es un ajuste: anota el valor antiguo y el nuevo y repite los caudales como se dejó. OIML R 117-1:2019 dice que un dispositivo de ajuste solo puede usarse para llevar los errores lo más cerca posible de cero, y prohíbe ajustar mediante un bypass del medidor.

Si un error como se encontró queda fuera de su límite, el medidor estuvo fuera de tolerancia durante una parte desconocida del tiempo transcurrido desde su última calibración correcta. El apartado 7.1.5.2 de ISO 9001 espera que revises lo que midió y resuelvas lo que pueda estar mal. En un caudalímetro, mira qué controlaban sus lecturas, como cantidades de lote, dosificaciones, volúmenes de transferencia de custodia o cifras de un informe a la autoridad.

• Qué hacer cuando un instrumento no supera la calibración
• Lecturas como se encontró y como se dejó

Cada cuánto calibrar un caudalímetro

Ninguna norma fija un mismo intervalo para todos los caudalímetros. VSL dice que el intervalo se fija para que un medidor se mantenga dentro de los límites de exactitud y tolerancia de los procedimientos de la empresa que lo usa. ILAC-G24:2022 / OIML D 10:2022 enumera los factores a tener en cuenta, entre ellos la tendencia al desgaste y a la deriva, el alcance y la severidad de uso y el entorno (5.1).

Las autoridades sí fijan periodos para algunos medidores. La Mess- und Eichverordnung alemana (MessEV, Anlage 7) da a los contadores de agua un periodo de verificación de 6 años y a los medidores de gases licuados 1 año. Los contadores de gas tienen 5 años salvo que se aplique otra fila, y los de membrana de 8 a 16 años según su tamaño. La EPA espera al menos una vez al año para los sistemas de medición de caudal de aguas residuales.

La deriva depende del diseño. OIML R 117-1:2019 exige un ensayo de durabilidad solo para medidores con piezas móviles en el líquido, y dice que los medidores Coriolis, ultrasónicos y electromagnéticos no lo necesitan. Usa el historial como se encontró de cada medidor y recalibra tras una reparación, un cambio de fluido o un cambio de instalación.

• Cómo fijar los intervalos de calibración
• Comprobaciones intermedias entre calibraciones
• Calculadora de intervalos de calibración
• Calculadora de tasa de deriva e intervalo de calibración

Qué debe incluir el certificado y el registro

Tanto si el medidor va a un laboratorio como si se calibra internamente, guarda un registro que permita a otra persona repetir la calibración y llegar a la misma decisión. El apartado 7.8 de ISO/IEC 17025:2017 fija el contenido general de un certificado de calibración. Los informes del NIST añaden la incertidumbre del factor de calibración y las condiciones del ensayo.

• La identificación, el tamaño, el tipo y la salida calibrada del medidor, con el factor K o el span configurados como se encontró.
• El método, por ejemplo gravimétrico o medidor maestro, y la referencia usada con su identificación y la fecha de vencimiento de su calibración.
• El fluido, con su temperatura, presión, densidad y viscosidad cuando afecten al resultado.
• En gas, las condiciones base y el gas usado.
• Cada caudal con la cantidad de referencia, la lectura del medidor, el error o el factor K y la repetibilidad.
• La instalación, si el trabajo se hizo in situ, incluidos el tramo recto aguas arriba o el acondicionador de flujo.
• Los resultados como se encontró y como se dejó y el factor K antes y después de cualquier ajuste.
• La incertidumbre, la fecha, quién hizo el trabajo y la próxima fecha de vencimiento.

• Plantilla de certificado de calibración (Excel)
• Requisitos del certificado de calibración

Dónde encaja Axiospec

Axiospec es un software de gestión de calibraciones. Guarda cada caudalímetro con su historial de calibraciones, sus certificados y su próxima fecha de vencimiento, y cada calibración indica el patrón de referencia usado. Un registro de calibración admite hasta 100 puntos de ensayo. Cada punto tiene su valor nominal, su tolerancia como banda absoluta, como porcentaje del nominal o como porcentaje del alcance, y las lecturas como se encontró y como se dejó, así que una calibración de cinco caudales cabe en un solo registro. El certificado que genera Axiospec incluye esos puntos.

En una calibración interna, una lectura final fuera de su tolerancia fija el resultado en No cumple, y registrar un Cumple de todos modos exige un motivo por escrito. Un No cumple pone el medidor en cuarentena. Un No cumple, o un Cumple con una lectura como se encontró fuera de tolerancia, te pide anotar lo que midió el medidor desde su última calibración correcta, y los que aún no estén escritos aparecen en Requiere atención. Axiospec no realiza el ensayo, no calcula el factor K ni elige el método o el intervalo. Eso queda en tus manos o en las de tu laboratorio.

El plan gratuito cubre hasta 50 instrumentos activos. Un espacio de trabajo nuevo empieza con una prueba de 45 días de Professional, con capacidad para 1500 instrumentos activos y sin tarjeta de crédito. Cargamos tus registros existentes sin coste en todos los planes.

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