metrologia para no metro logos

8/14/2019 Metrologia Para No Metro Logos

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METROLOGA PARA

NO-METRLOGOSSegunda Edicin

Roco M. Marbn

Julio A. Pellecer C.

2002


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Para contactar a los autores dirigirse a:

2001 Produccin y Servicios Incorporados S.A.Calzada Mateo Flores 5-55, Zona 3 de MixcoGuatemala, Centro AmricaTel.: (502)591-0662Fax: (502)594-0692email: [email protected]

[email protected]

ISBN 99922-770-0-9 OEA, 2002


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Esta segunda edicin revisada es publicada con elpatrocinio del SIM.

El Sistema Interamericano de Metrologa, Norma-

lizacin, Acreditacin y Calidad, SIM, es la orga-nizacin regional de metrologa para las Amricas. Estconformado por los institutos nacionales de metrologa delos 34 pases miembros de la Organizacin de losEstados Americanos, OEA, la cual funge como suSecretara Ejecutiva.

Las opiniones expresadas en este documento no son

necesariamente opiniones de la OEA, de sus rganos ode sus funcionarios.


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Metrologa para no-metrlogos


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CONTENIDO

Agradecimientos viiPresentacin ix

Introduccin 1

Qu se mide y cmo 11

Caracterizacin de la metrologa 20Lxico 21

Aplicaciones - Qu se mide y para qu 29Longitud 29Masa 30Temperatura 31Tiempo & frecuencia 32Electricidad & magnetismo 33

Fotometra & radiometra 35Acstica y vibracin 36Radiacin ionizante 36Qumica 37

Patrones y materiales de referencia 39Introduccin 39Longitud 41Masa 47Temperatura 55Tiempo & frecuencia 65


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Electricidad & magnetismo 75Fotometra & radiometra 81Acstica y vibracin 87Radiacin ionizante 95Qumica 101

Referencias 111

Anexo I

Constantes fsicas fundamentales ysu relacin con las unidades bsicas 118

Anexo 2Algunas unidades SI derivadas 120

Anexo 3Mltiplos y submltiplos mscomunes para uso con el SI 123

Anexo 4Cientficos relacionados con laelectricidad 124

Anexo 5Radionucldeos conceptosbsicos 127


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AGRADECIMIENTOSMuchas personas y entidades han colaborado parahacer posible esta publicacin. En primer lugar, laOrganizacin de los Estados Americanos, OEA, y laCooperacin Alemana para el Desarrollo, GTZ, queconsideraron que un libro de este tipo poda resultar til.

Los autores desean agradecer la ayuda recibida delBureau International des Poids et Mesures (BIPM);del Dr. Grard Geneves del Laboratoire Central desIndustries Elctriques du Bureau National deMtrologie de Francia (BNM-LCIE); del Dr. DuncanJarvis, Acoustical and Noise Standards, del NationalPhysical Laboratory de Inglaterra (NPL, UK); del Dr.Hans-Jrgen von Martens, de la seccin Acelera-

cin del Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB) de Alemania, del Ing. Lester Hernndez deCOGUANOR en Guatemala. Asimismo, el NationalInstitute of Standards and Technology de los EUA,NIST, por intermedio del Dr. Steve Carpenter, Direc-tor de Asuntos Internacionales y Acadmicos, tuvo lagentileza de proporcionar ejemplares de sus publi-caciones especializadas.

Muy particularmente, desean destacar la excelenciacientfica del Centro Nacional de Metrologa de


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Mxico (CENAM) y la contribucin de su Director,Dr. Hctor Nava Jaimes y de todo el personal profe-sional de esa entidad, que tuvo la gentileza detransmitir, ampliamente y sin reserva, susconocimientos y sus formas de trabajo. Lasmodificaciones hechas a esta segunda edicinresponden a sugerencias de personal del CENAM.Agradecemos en particular al Dr. Ismael Castelazo

Sinencio, Director de Servicios Tecnolgicos y alM .en C. Rubn Lazos, Coordinador Cientfico, am-bos del CENAM, y al Dr. Luis Mussio, Jefe deMetrologa del Laboratorio Tecnolgico del Uruguay(LATU), sus valiosas observaciones.

El contenido de esta publicacin es responsabilidadnicamente de los autores.

Marzo 2002


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PRESENTACINLa presente publicacin responde a la necesidad deponer en manos de quienes no son metrlogos unmaterial, cientfica y tcnicamente confiable, quesea un primer acercamiento a lo esencial de laMetrologa y que, por lo tanto, les ayude acomprender su importancia.

A travs de la historia se comprueba que el progresode los pueblos siempre estuvo relacionado con suprogreso en las mediciones. La Metrologa es laciencia de las mediciones y stas son una partepermanente e integrada de nuestro diario vivir que amenudo perdemos de vista. En la metrologa seentrelazan la tradicin y el cambio; los sistemas de

medicin reflejan las tradiciones de los pueblos peroal mismo tiempo estamos permanentementebuscando nuevos patrones y formas de medir comoparte de nuestro progreso y evolucin.

Es por medio de diferentes aparatos e instrumentosde medicin que se realizan pruebas y ensayos quepermiten determinar la conformidad con las normasexistentes de un producto o servicio; en ciertamedida, esto permite asegurar la calidad de los produ-ctos y servicios que se ofrecen a los consumidores.


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Las mediciones correctas tienen una importanciafundamental para los gobiernos, para las empresasy para la poblacin en general, ayudando a ordenary facilitar las transacciones comerciales. A menudolas cantidades y las caractersticas de un productoson resultado de un contrato entre el cliente(consumidor) y el proveedor (fabricante); lasmediciones facilitan este proceso y por ende inciden

en la calidad de vida de la poblacin, protegiendo alconsumidor, ayudando a preservar el medioambiente y contribuyendo a usar racionalmente losrecursos naturales.

Las actividades relacionadas con la Metrologadentro de un pas son responsabilidad de una ovarias instituciones autnomas o gubernamentalesy, segn sus funciones, se caracteriza como Me-trologa Cientfica, Legal Industrial, dependiendode su aplicacin.

La primera est encargada de la investigacin queconduce a la elaboracin de patrones sobre basescientficas y promueve su reconocimiento y laequivalencia de stos a nivel internacional. Lasotras dos estn relacionadas con la diseminacin anivel nacional de los patrones en el comercio y en laindustria. La que se relaciona con las transacciones


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Presentacin

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comerciales se denomina Metrologa Legal y buscagarantizar, a todo nivel, que el cliente que compraalgo reciba la cantidad efectivamente pactada. Laotra rama se denomina Metrologa Industrial y serelaciona con la industria manufacturera; persiguepromover en la industria manufacturera y de servi-cios la competitividad a travs de la permanentemejora de las mediciones que inciden en la calidad.

Actualmente, con la dinamizacin del comercio anivel mundial, la Metrologa adquiere mayorimportancia y se hace ms nfasis en la relacinque existe entre ella y la calidad, entre las medi-ciones y el control de la calidad, la calibracin, laacreditacin de laboratorios, la trazabilidad y la cer-tificacin. La Metrologa es el ncleo central bsicoque permite el ordenamiento de estas funciones ysu operacin coherente las ordena con el objetivofinal de mejorar y garantizar la calidad de productosy servicios.

La Metrologa a nivel de pas juega un papel nico y serelaciona con el Gobierno, con las Empresas y con laPoblacin, relacin conocida como el modelo G.E.P.

A nivel de Gobierno, este modelo es esencial paraentender el papel de una infraestructura que se


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requiere instalar y que sirve de apoyo en laelaboracin de polticas y regulaciones para laelaboracin y fabricacin de productos y laprestacin de servicios, tanto de origen nacionalcomo de proveniencia extranjera.

Asmismo, el Gobierno debe tomar conciencia deque la capacidad de mediciones indica el nivel de

desarrollo tecnolgico del pas en determinadoscampos, ya sea para la fabricacin de productos o laprestacin de servicios en diferentes reas(manufactura, salud, educacin, etc), lo cual incidedirectamente en la capacidad de competitividad delas empresas. A nivel internacional compiten lasempresas, no los gobiernos, y uno de los pilares dela competitividad internacional es la calidad, por loque conviene insistir y destacar que la metrologa esuna condicin necesaria (aunque no suficiente) paralograr la calidad.

A nivel de Empresa, la competitividad se mide entreotras cosas por la capacidad de innovar. Lainnovacin se puede dar en procesos productivos oadministrativos, en productos, en servicios, etc. Esbsica para la bsqueda permanente de la calidada travs de la mejora continua de las actividades. Elproceso de mejora continua es un procedimiento en


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Presentacin

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el cual se usan parmetros de medicin que nospermiten comparar lo que venamos realizando conlo nuevo que se implement, o sea que la medicinforma parte integrante del proceso de innovacin.En un medio de mejora continua lo nicopermanente es el cambio. Con la mejora continuade las actividades generalmente se busca que lasempresas ganen mercados y puedan ampliar sus

facilidades de produccin lo cual, a su vez, abre laoportunidad de crecer y ampliar la oferta de nuevosempleos.

Desde el punto de vista de la Poblacin, la Me-trologa es fundamental para apoyar el control de losproductos que se fabrican y su impacto sobre elbienestar de la poblacin. La poblacin perma-nentemente consume productos nacionales yextranjeros y es la Metrologa la llamada a ayudar adeterminar que esos productos de consumorespondan a normas o especificaciones sobre saludy seguridad. Su relacin con la poblacin tiene undoble efecto: no solamente ayuda a la creacin denuevos empleos a travs de impulsar el desarrollode las empresas, sino tambin ayuda a la proteccinde sta al velar por el contenido, la calidad y laseguridad de los productos que se consumen y suimpacto en el medio ambiente.


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A nivel internacional, con la apertura comercial anivel mundial, la Metrologia adquiere mayor im-portancia frente a la creciente interdependencia en-tre las naciones. Cada da los pases se ven msinvolucrados en la firma de convenios, de tratados,bilaterales o regionales, etc. Estos involucrandiferentes sectores (industria, comercio, salud,defensa, medio ambiente, etc.) y las empresas se

ven confrontadas con esquemas de tipo interna-cional para su funcionamiento en cuanto a lamanufactura, suministro de materiales, comer-cializacin, etc. Si a sto le sumamos que losconsumidores se guan cada vez ms por patronesglobales de consumo, es esencial contar con unainfraestructura tcnica que funcione como espinadorsal para la coordinacin y ordenamiento a nivelglobal.

El primer requisito para este ordenamiento es laadopcin y reconocimiento de un sistema inter-nacional de unidades de medida. El primer paso for-mal serio para el ordenamiento internacional en lasmediciones fue la Convencin Internacional sobre elTratado del Metro (20 de mayo de 1875) que diorigen al BIPM (Bureau International des Poids etMesures Oficina Internacional de Pesas yMedidas). En octubre de 1995, la 20a Conferencia


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Presentacin

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General de Pesas y Medidas (CGPM) le pidi alComit Internacional de Pesas y Medidas (CIPM)que realizara un estudio de las necesidadesinternacionales relacionadas con la Metrologa, conel objeto de guiar y ordenar los respectivos papelesdel BIPM, de los Institutos Nacionales y de losOrganismos Regionales de Metrologa.

En el Hemisferio Occidental los Organismos Na-cionales de Metrologa de 34 pases se han aso-ciado para formar el Sistema Interamericano deMetrologa denominado SIM. El SIM trabaja y secoordina en base a 5 subregiones que responden alos 5 bloques econmico-comerciales ms im-portantes del Hemisferio Occidental. Los bloquesde actividades metrolgicas son: NORAMET (NorteAmrica), CAMET (Centro Amrica), CARIMET(Caribe), ANDIMET (Grupo Andino) y SURAMET(Amrica del Sur).

Destacada la importancia de la Metrologa ybuscando su mejor entendimiento por parte de losdiferentes grupos profesionales, la presentepublicacin se enfoc, como lo indica su ttulo, aquienes no son metrlogos. En un primer captulose hace una introduccin al tema, el segundo buscaexplicar qu se mide y por qu, el tercero es una


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descripcin somera de algunas aplicaciones paradestacar la importancia de este campo y el cuartocaptulo detalla los patrones y los materiales dereferencia actualmente en uso para las unidadesprincipales del Sistema Internacional de Unidades.Esperamos que su lectura haga ms accesible lacomprensin de la actual Metrologa.

Oscar HarasicCoordinador Regional del Proyecto Sistema Interamericanode Metrologa, Normalizacin, Acreditacin y Calidad,Organizacin de los Estados Americanos, OEA.Coordinador del Proyecto OEA/GTZ de Gestin de laCalidad y Productividad en las Pequeas y MedianasEmpresas.


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Introduccin

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INTRODUCCINLa percepcin inicial de metrologa deriva de su eti-mologa: del griego metrosmedida y logos tratado.Concepto que debe ser casi tan antiguo como el serhumano: tengo nada, tengo algo, tengo mucho;expresiones que reflejan una comparacin muyprimitiva pero que perdura en la raza humana bajo

muchos aspectos, al punto que actualmente po-demos decir que metrologa es la ciencia de lasmediciones y que medir es comparar con algo(unidad) que se toma como base de comparacin.

Las ocasiones de medir las tuvo el humano primitivocon las nociones de: cerca-lejos, rpido-lento,liviano-pesado, claro-obscuro, duro-suave, fro-

caliente, silencio-ruido . Originalmente estaspercepciones fueron individuales pero con el correrde las experiencias y la vida en comn surgieron lascomparaciones entre las personas y en eltranscurso de los milenios se han desarrolladobases de comparacin generalmente aceptadas.

Con esos antecedentes y despus de una buenacantidad de milenios, es fcil pensar en las bases paracomparar las apreciaciones personales - dicho enbuena lengua romance: en las medidasy susunidades.


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Para mencionar algunas de las medidas y unidadesbsicas podemos citar:

MEDIDA UNIDAD

longitud metromasa kilogramotiempo segundotemperatura kelvin

intensidad luminosa candelacorriente elctrica amperecantidad de substancia mol

A menudo es necesario referirse a otras unidades demedida que, por hacer uso o basarse en las anterio-res, se denominan derivadas. Es decir que, con elempleo de algoritmos matemticos, se expresa unaunidad de medida para un fin que no est cubierto porlas de base.

Penetrar en el mundo de las unidades que utilizan lacombinacin de una o ms unidades fundamentaleses navegar en un mundo de algoritmos cientficostiles para propsitos definidos. Las unidades deri-vadas son las ms numerosas.

Una unidad es un valor en trminos del cual puededefinirse la magnitud medida. Quizs convenga


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Introduccin

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destacar que, en tanto que unidad, no debedescomponerse en sus elementos. Se han de-sarrollado mltiplos y submltiplos para poderexpresar magnitudes mayores o menores que lasexpresadas por las unidades en s. Veremos msadelante que el Sistema Internacional de Unidades,SI, con sus mltiplos y submltiplos, es de tipo deci-mal (potencias de diez ).

Anteriormente citamos algo con que comparar; esealgo se conoce como patrn.

Originalmente, se entenda por patrn a una repre-sentacin o materializacin fsica de la unidad. Eranecesario destacar que un patrn es unarepresentacin confiable de la unidad solamentebajo un conjunto de condiciones claramente defini-das para asegurar que no cambien estas condicio-nes por motivo de variaciones, por ejemplo, detemperatura, humedad, presin atmosfrica, etc.Por sus caractersticas, el patrn fsico no seempleaba directamente para hacer mediciones. Era,eso s, el punto de referencia para construir y utilizarinstrumentos de medicin.

En la actualidad, y dado que los avances de laciencia han permitido definiciones ms exactas y


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confiables de las unidades, basadas en constantesfsicas universales, se define como patrn a: unamedida materializada, instrumento de medir, mate-

rial de referencia o sistema de medicin, destinado

a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad

o uno o varios valores conocidos de una magnitud,

a fin de transmitirlos por comparacin a otros instru-

mentos de medir(2).

El procedimiento de cmo medir para obtenerresultados reproducibles tambin es importante y dehecho existen instrucciones precisas sobre cmohacer la accin, qu unidades emplear y qu patrnutilizar.

En el mundo real la forma de medir obedece aldiagrama siguiente:

- decidimos qu mediremos,- seleccionamos la unidad acorde a la medida,- seleccionamos el instrumento de medicin

(calibrado),- aplicamos el procedimiento acordado.

Antes de entrar a ver en detalle algunas de lasprincipales medidas, hagamos un poco, muy poco,de historia.


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Introduccin

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Estudios arqueolgicos han encontrado que civi-lizaciones muy antiguas tenan ya los conceptos depesar y medir. Muy pronto debe haberse hechonecesario disponer, adems, de medidas uniformesque permitieran el intercambio comercial, la divisinde territorios, la aplicacin de impuestos.

La aparicin de sistemas de pesas y medidas se

pierde en el tiempo. No conocemos lo que pudohaberse dado en el Lejano Oriente; sin embargo,aparecen sin lugar a duda en las civilizaciones deMesopotamia y - desde luego - es claro que laconstruccin de las pirmides de Egipto (3000 a 1800A.C.) demand elaborados sistemas de medicin.

En particular conocemos, y en cierta forma an seemplean, las mediciones lineales que se usaronantiguamente en Egipto (el jeme, la cuarta, el palmo,el codo, el pie).

Tambin en Egipto se emplearon balanzas parapesar metales preciosos y gemas. Despus, alaparecer las monedas como elemento de inter-cambio comercial, stas fueron simplemente piezasde oro o plata con su peso estampado. Dieronorigen a un sistema monetario que se extendi portodo el Mediterrneo.


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Nuestra forma de medir el tiempo tiene su origen enel sistema sexagesimal desarrollado en Meso-potamia y nuestro calendario de 365 das se derivaoriginalmente del calendario egipcio.

Posteriormente, la conquista romana de gran partedel continente europeo origin la divulgacin de lossistemas de pesas y medidas.

Para principios del segundo milenio, las diferentes medi-das en uso haban proliferado de forma incontrolable.Se tena, por ejemplo, diferentes medidas de capacidadsegn el producto de que se tratase ya fuese vino ocerveza, trigo o cebada. A veces las medidas variabande provincia a provincia o de ciudad a ciudad.

Inglaterra utilizaba medidas de origen anglosajn ybusc la forma de mejorar y simplificar su sistema.Durante varios siglos el sistema libra-pie-segundofu el sistema de preferencia en los pases de hablainglesa y a nivel mundial para ciertas ramascomerciales y tcnicas; a la fecha no ha sido deltodo descartado y sigue siendo empleado endiversas actividades en muchos pases.

Por su parte, Francia cre y desarroll un sistema,simple y lgico, basado en los principios cientficos


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Introduccin

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ms avanzados que se conocan en esa poca (fi-nales del Siglo XVIII) - el sistema mtrico decimalque entr en vigor durante la Revolucin Francesa.Su nombre viene de lo que fue su unidad de base:el metro, en francs mtre, derivado a su vez delgriego metron que significa medida, y del uso delsistema decimal para establecer mltiplos ysubmltiplos. En su versin primera, el metro se

defini como la diezmillonsima parte de la lon-gitud de un cuadrante del meridiano terrestre y sedetermin midiendo un arco de meridiano entreDunkerque en Francia y Barcelona en Espaa. Lahistoria, las vicisitudes, el desarrollo y la apli-cacin de este sistema han sido ampliamentedocumentados (1,18).

Los metrlogos siguen muy activos y son im-portantes los cambios y mejoras que se dan en to-dos los aspectos relacionados con mediciones. Lacreciente colaboracin entre metrlogos de diver-sos pases est, por su parte, ayudando a crearenfoques y formas de trabajo aceptados a nivelinternacional. Los mtodos uniformes de medicinse han establecido para que todos podamostrabajar sobre la base de una misma magnitud ounidad conocida y asegurar que los resultados detoda calibracin, verificacin y ensayo, en cualquier


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laboratorio o empresa, garantice la compatibilidady la calidad.

En la actualidad, en consonancia con el enfoque glo-bal, cada vez son ms los pases que estnadoptando por ley el Sistema Internacional deUnidades SI, basado en el sistema mtrico decimal,con la consiguiente adopcin de los patrones y

tcnicas de medicin correspondientes.

Cuarenta y ocho naciones han suscrito el Tratado dela Convencin del Metro, en el que se adopt elSistema Internacional de Unidades (SI). LaConvencin otorga autoridad a la ConfrenceGnrale des Poids et Mesures (CGPM - Con-ferencia General de Pesas y Medidas), al ComitInternational des Poids et Mesures (CIPM - ComitInternacional de Pesas y Medidas) y al Bureau In-ternational des Poids et Mesures (BIPM - OficinaInternacional de Pesas y Medidas), para actuar anivel internacional en materia de metrologa.

La CGPM est constituida por representantes de lospases miembros y se reune cada cuatro aos enPars, Francia; en ella se discuten y examinan losacuerdos que aseguran el mejoramiento ydiseminacin del Sistema Internacional de Unidades


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Introduccin

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(SI); se validan los avances y los resultados de lasnuevas determinaciones metrolgicas fundamenta-les y las diversas resoluciones cientficas decarcter internacional, y se adoptan las decisionesrelativas a la organizacin y desarrollo del BIPM.

Para asegurar la unificacin mundial de lasmediciones fsicas, el BIPM:

- establece los patrones fundamentales y lasescalas de las principales magnitudes fsicas,

- efecta y coordina las determinaciones relativasa las constantes fsicas,

- conserva los prototipos internacionales,- coordina las comparaciones de patrones

mantenidos en los laboratorios nacionales demetrologa,

- asegura la coordinacin de las tcnicasrelacionadas con las mediciones.


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QU SE MIDE Y CMOLas unidades del Sistema Internacional de Uni-dades, SI, son establecidas por la Conferencia Ge-neral de Pesas y Medidas (CGPM) bajo cuyaautoridad funciona la Oficina Internacional de Pesasy Medidas (BIPM - Bureau International des Poids etMesures) con sede en Francia. En los prrafos

siguientes, las definiciones internacionales de lasunidades son las publicadas por el BIPM,actualizadas al mes de enero del 2000.

La CGPM decidi establecer el SI, basado en sieteunidades bien definidas. Estas son las llamadasunidades de base que se listan en la tabla 1.

Originalmente, las medidas de base o funda-mentales se llamaban as por ser consideradasindependientes entre s y permitir, a su vez, ladefinicin de otras unidades. Los patrones corres-pondientes eran medidas materializadas que seconservaban en lugares acordados y bajo condi-ciones determinadas. Los avances cientficos ytcnicos as como la disponibilidad de instrumentosde mayor exactitud han dado por resultado que, conexcepcin del kilogramo, las unidades de base sedefinan actualmente de diferente forma, con base en


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TABLA 1

Unidades de base del SI

Magnitud Smbolo Unidad

longitud m metro

masa kg kilogramo

tiempo s segundo

corriente elctrica A ampere

temperaturatermodinmica K kelvin

cantidad desubstancia mol mol

intensidad

luminosa cd candela


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experimentos fsicos. En rigor, se podra argumentarque en algunos casos las unidades bsicas no sonestrictamente independientes entre s. Por ejemplo,el metroya no se define contra el antiguo metroprototipo - una barra de iridio-platino - y la definicinactual involucra el concepto de segundo, otra unidadde base. En igual forma, la candela, unidad de basede la intensidad luminosa, se define en trminos del

hertz(s-1

) y del watt(m2

.kg.s3

), ambas unidadesderivadas, y del estereorradin1 , una unidadderivada adimensional.

Sin embargo, se considera que el SI, entendidocomo el conjunto de unidades bsicas y de uni-dades derivadas, es un sistema coherente por lasrazones siguientes:

- las unidades bsicas estn definidas en trminosde constantes fsicas (Anexo 1), con la nicaexcepcin del kilogramo, definido en trminosde un prototipo,

- cada magnitud se expresa en trminos de unanica unidad, obtenida por multiplicacin odivisin de las unidades de base y de lasunidades derivadas adimensionales,

- los mltiplos y submltiplos se obtienen por mediode multiplicacin con una potencia exacta de diez,

1 En algunos pases se emplea el trmino esterradan.


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- las unidades derivadas se pueden expresarestrictamente en trminos de las unidadesbsicas en s, es decir, no conllevan factoresnumricos.

Los trabajos de definicin y refinamiento de lasunidades del SI persiguen en todo momento que lasunidades sean coherentes con las ya existentes.

Como vimos anteriormente, de estas unidades debase se deriva un gran nmero de unidades;algunas de las que estn consideradas comounidades derivadas en el SI se listan en el Anexo 2.

De las unidades derivadas quizs resulte con-veniente destacar dos, que anteriormente seconocan como unidades complementarias, y queson las empleadas para medir los ngulos planos,en el caso del radin (rad) y los ngulos slidos, enel caso del estereorradin (sr). Tambin se lesconoce como unidades no-dimensionales oadimensionales. El neper y el bel, cuyo uso esaceptado pero que no forman parte integral del SI,son tambin adimensionales.

En el SI se establece adems una serie de reglas yconvenciones que tienen que ver con el uso de


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unidades mixtas, la forma de seleccionar eidentificar los prefijos, el uso de mltiplos y sub-mltiplos, la ortografia, el uso de maysculas yminsculas, de singular y plural, el agrupamiento dedgitos, el redondeo de valores, etc.(16,30,37)

Estas reglas no son an totalmente de aplicacinuniversal; en algunos pases de Amrica, por

ejemplo, se sigue usando el punto y no la coma parasealar la separacin de los decimales. En todocaso, es importante conocer estas reglas y serecomienda la consulta de algunas de lasreferencias dadas (16,37,40,46).

Adicionalmente, existen unidadesque, sin serdelSI, estn aceptadas para su uso concomitante y son

conocidas como unidades adicionales (tabla 2)Algunas de ellas se utilizan en forma temporal entanto su uso es substituido por las aceptadas, otrasnicamente en campos especializados, por ejemploel quilate (ct) en joyera. Otras unidades, cuyo usono est aceptado con el SI(40,46), se siguen utilizandoen algunos contextos y en algunos pases, porejemplo la dinay el stokes.


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Si ahora vemos la estructura jerrquica de lospatrones, notamos que podemos describirla comouna pirmide en cuyo vrtice tenemos el conjuntode patrones que corresponden a las unidades debase del SI de las que ya hemos hablado.

La segunda posicin corresponde al conjunto depatrones nacionales.

En el siguiente nivel se localizan los patrones dereferencia, conjunto que sirve para preparar lospatrones de trabajo a nivel operativo.

El conjunto de patrones del nivel operativo (patronesde trabajo) constituye la base de la pirmide.

La cadena de instituciones encargadas de operar elSI est encabezada por el BIPM, le siguen losLaboratorios Nacionales de Metrologa, a con-tinuacin estn los Laboratorios de Calibracin ypor ltimo los Laboratorios de Trabajo.

Los laboratorios nacionales de metrologa, custo-dian los patrones nacionales y tienen la

responsabilidad de diseminar las unidades SI a loslaboratorios acreditados de calibracin de susrespectivos pases.


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TABLA 2Unidades adicionales aceptadas para uso con el SI

Nombre Smbolo Expresin enunidades SI

Tiempo:minuto min 1 min = 60 s

hora h 1 h = 60 min = 3600 sda d 1 d = 24 h = 86 400 s

ngulo plano:grado o 1o = (/180) radminuto 1 = (1/60)o = (/10 800) radsegundo 1= (1/60) = (/648000) rad

Volumen:

litro l, L(a)

1 L = 1 dm3

= 10-3

m3

Masa:tonelada,toneladamtrica t 1 t = 103 kg

a) Aunque esta unidad debera escribirse con minscula, elsmbolo alterno L para litro fue aceptado por la CGPM paraevitar posibles confusiones entre la letra l y el nmero 1;

no se acepta la letra cursiva como smbolo.b) Tambin se consideran unidades adicionales: el electrovolt(eV), la unidad de masa atmica unificada (u) y la unidadastronmica (ua).


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Los laboratorios de calibracin aseguran que losequipos de medicin as como los patrones dereferencia y de trabajo estn acordes con lospatrones nacionales.

Los laboratorios de ensayos, en el nivel de trabajo,son los encargados de evaluar la conformidad deproductos que van a ser certificados. Para sus

trabajos, utilizan patrones de referencia, que soncalibrados contra los patrones nacionales del estratoanterior.

Finalmente, encontramos las organizaciones oinstituciones que utilizan los patrones de trabajo,empleados por la industria y otros sectores, loscuales suelen ser calibrados contra patrones dereferencia y stos a su vez contra patronesnacionales.

Un concepto importante en la metrologa es el de lallamada trazabilidad2 . Por ello se entiende lapropiedad de una medicin o del valor de un patrn,de estar relacionado a referencias establecidas,generalmente patrones nacionales o interna-cionales, por medio de una cadena continua decomparaciones, todas ellas con incertidumbres

2 Nota de los autores: aunque opinamos que el trmino correcto esrastreabilidad y no trazabilidad, hemos conservado ste ltimo a lolargo del texto por ser el comnmente empleado por los metrlogos.


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establecidas. La posibilidad de determinar latrazabilidad de cualquier medicin descansa en elconcepto y las acciones de calibracin y en laestructura jerrquica de los patrones de la que yahablamos.

Para los metrlogos, se entiende por calibracin:un conjunto de operaciones que establece, bajo

condiciones especficas, la relacin entre los valoresindicados por un instrumento de medicin, sistemade medicin, valores representados por una medidamaterializada o un material de referencia y losvalores correspondientes a las magnitudesestablecidas por los patrones. Algunos,indebidamente, le llaman calibracin a un procesode comprobacin o verificacin que permiteasegurar que entre los valores indicados por unaparato o un sistema de medicin y los valoresconocidos correspondientes a una magnitudmedida, los desvos sean inferiores a los erroresmximos tolerados(2).

Por otra parte, los metrlogos suelen tomar en con-sideracin las principales causas de error en lasmediciones, causas que pueden ser o no conocidasy controlables y que pueden deberse a factores del


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medio ambiente en el que se llevan a cabo las medi-ciones, a defectos de construccin o de calibracinde los aparatos empleados, a fallas del operador oa la propia interpretacin de los datos, o a factoresaleatorios.

CARACTERIZACIN DE LA METROLOGA

Por conveniencia, se hace a menudo una distincinentre los diversos campos de aplicacin de lametrologa; suelen distinguirse como MetrologaCientfica, Metrologa Legal y Metrologa Industrial.

Metrologa cientfica

Es el conjunto de acciones que persiguen eldesarrollo de patrones primarios de medicin paralas unidades de base y derivadas del SistemaInternacional de Unidades, SI.

Metrologa industrial

La funcin de la metrologa industrial reside en lacalibracin, control y mantenimiento adecuados detodos los equipos de medicin empleados enproduccin, inspeccin y pruebas. Esto con la


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finalidad de que pueda garantizarse que los pro-ductos estn de conformidad con normas. El equipose controla con frecuencias establecidas y de formaque se conozca la incertidumbre de las mediciones.La calibracin debe hacerse contra equiposcertificados, con relacin vlida conocida a patrones,por ejemplo los patrones nacionales de referencia.

Metrologa legalSegn la Organizacin Internacional de MetrologaLegal (OIML) es la totalidad de los procedimientoslegislativos, administrativos y tcnicos establecidospor, o por referencia a, autoridades pblicas ypuestas en vigor por su cuenta con la finalidad deespecificar y asegurar, de forma regulatoria o con-tractual, la calidad y credibilidad apropiadas de lasmediciones relacionadas con los controles oficiales,el comercio, la salud, la seguridad y el ambiente.

LXICO

Para poderse entender, los metrlogos utilizan unlxico acordado internacionalmente por medio delVocabulario Internacional de Metrologa, VIM(54);algunas de las definiciones ms usuales se dan acontinuacin.


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Magnitud (medible)Atributo de un fenmeno, de un cuerpo o de unasubstancia, que es suceptible de distinguirsecualitativamente y de determinarse cuantitativa-mente.

Magnitud de baseUna de las magnitudes que, en un sistema de mag-

nitudes, se admiten por convencin comofuncionalmente independientes unas de otras.

Magnitud derivadaUna magnitud definida, dentro de un sistema demagnitudes, en funcin de las magnitudes de basede dicho sistema.

Dimensin de una magnitudExpresin que representa una magnitud de unsistema de magnitudes como el producto depotencias de factores que representan las magni-tudes de base de dicho sistema.

Magnitud de dimensin uno (adimensional)Magnitud cuya expresin dimensional, en funcin delas dimensiones de las magnitudes de base,presenta exponentes que se reducen todos a cero.


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Qu se mide y cmo

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Unidad (de medida)Una magnitud particular, definida y adoptada porconvencin, con la cual se comparan las otras mag-nitudes de igual naturaleza para expresarlascuantitativamente en relacin a dicha magnitud.

Unidad (de medida) de baseUnidad de medida de una magnitud de base en un

sistema dado de magnitudes.

Valor (de una magnitud)Expresin cuantitativa de una magnitud en par-ticular, generalmente bajo la forma de una unidad demedida multiplicada por un nmero.

MedicinConjunto de operaciones que tienen por finalidaddeterminar el valor de una magnitud.

MensurandoMagnitud dada, sometida a medicin.

Exactitud de medicin

Grado de concordancia entre el resultado de unamedicin y el valor verdadero (o real) de lo medido(el mensurando).


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Repetibilidad (de los resultados de mediciones)Grado de concordancia entre los resultados demediciones sucesivas de un mismo mensurando,llevadas a cabo totalmente bajo las mismascondiciones de medicin.

ReproducibilidadGrado de concordancia entre los resultados de las

mediciones de un mismo mensurando, llevadas acabo haciendo variar las condiciones de medicin.

IncertidumbreParmetro, asociado al resultado de una medicin,que caracteriza la dispersin de los valores que, confundamento, pueden ser atribuidos al mensurando.

Medida materializadaDispositivo destinado a reproducir o a proveer deforma permanente durante su empleo, uno o variosvalores conocidos de una magnitud dada.

PatrnMedida materializada, aparato de medicin, materialde referencia o sistema de medicin, destinado adefinir, realizar, conservar o reproducir una unidad ouno o varios valores de una magnitud para servir de


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Qu se mide y cmo

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referencia. Los patrones pueden ser internacionales(reconocidos por acuerdo internacional) y nacionales(reconocidos por acuerdo nacional).

Patrn primarioPatrn que se designa o se recomienda porpresentar las ms altas calidades metrolgicas ycuyo valor se establece sin referirse a otros patrones

de la misma magnitud.

Patrn secundarioPatrn cuyo valor se establece por comparacin conun patrn primario de la misma magnitud.

Patrn de referenciaPatrn, generalmente de la ms alta calidad

metrolgica disponible en un lugar u organizacindados, del cual se derivan las mediciones que sehacen en dicho lugar u organizacin.

Patrn de trabajoPatrn utilizado corrientemente para controlarmedidas materializadas, aparatos de medicin omateriales de referencia.


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Patrn de transferenciaPatrn empleado como intermediario para compararpatrones entre s.

Trazabilidad3Propiedad del resultado de una medicin o del valorde un patrn de estar relacionado a referenciasestablecidas, generalmente patrones nacionales o

internacionales, por medio de una cadena continuade comparaciones, todas ellas con incertidumbresestablecidas.

Material de referencia (MR)Material o substancia que tiene uno (o varios)valor(es) de su(s) propiedad(es) suficientementehomogneo(s) y bien definido(s) para permitir su

utilizacin como patrn en la calibracin de unaparato, la evaluacin de un mtodo de medicin ola atribucin de valores a los materiales.

Material de referencia certificado (MRC)Material de referencia provisto de un certificado,para el cual uno o ms valores de sus propiedadesest certificado por un procedimiento que establece

su enlace con una realizacin exacta de la unidadbajo la cual se expresan los valores de la propiedad

3 Ver Nota 2, pgina 18


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y para el cual cada valor certificado cuenta con unaincertidumbre a un nivel de confiabilidad sealado.

Nota: dado que no en todos los pases se emplea lamisma forma de escribir los nmeros, vale aclarar que eneste documento se utiliza la coma para indicar decimales

y una x para el signo de multiplicacin. As, por ejemplo,escribiremos 6,023 x 1023 y no 6.023 x 1023.


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Aplicaciones

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APLICACIONESUna pregunta que puede plantearse es para quse mide? Sin entrar en detalle y sin pretender serexhaustivos, veamos algunas respuestas res-tringidas a los aspectos bsicos.

Como es de esperar, en las distintas aplicaciones se

realizan distintas acciones que demandan nivelesde confiabilidad que en metrologa se identificancomo incertidumbre, que no es sino el intervalo deconfianza de los resultados de las mediciones.

Longitud

A la medicin de la longitud, determinacin de

distancia, se le utiliza en mediciones dimensionalestales como: reas, volmenes, capacidades, rapidezy velocidad, redondez. La longitud est inclusopresente en la definicin de las unidades llamadas nodimensionales (radin y estereorradin) para medirngulos. En general podramos decir que es de usoen toda determinacin de la forma de un objeto.

Muchos campos de la actividad humana requierenmediciones dimensionales: la geodesia, loscatastros que determinan la propiedad y uso de la


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tierra, la construccin y mantenimiento de caminos,carreteras, calles y avenidas, la construccin devivienda, la industria manufacturera de todo tipo, lasmquinas herramienta, los odmetros paradeterminar cobros de renta de vehculos, muchosaspectos comerciales. Quizs donde se ve conmayor impacto la importancia de buenas medicionesde longitud es en la industria manufacturera. Las

industrias del vestuario, de muebles, automotriz, deaccesorios, de aparatos electrodomsticos, deinstrumentos cientficos y mdicos, de equipos elec-trnicos y muchos ms, demandan piezas que seensamblen adecuadamente unas con otras, ascomo mediciones exactas en los productos finalesque se ponen a disposicin de los consumidores.

MasaLa actividad de conocer cuantitativamente la masaest presente en todas las actividades humanas. Espor ello que el uso de patrones e instrumentos paradeterminar la masa es amplio y sin mostrar unaejemplificacin extensa citamos los campos: indus-trial - administracin (compras, bodegas, etc.),procesos (ejecucin y control), ventas (pedidos ydespachos); laboratorios (investigacin y control);comercial (en todas las transacciones); cientfico


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Aplicaciones

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(aun en el quehacer terico). Las cantidades demasa a determinar van desde la del electrn hastala del universo, pasando por la de los mosquitos,hamburguesas, seres humanos, vehculos, etc.Normalmente todo lo que se produce, vende ointercambia se relaciona directa o indirectamentecon la masa, por lo tanto puede considerarse que laaplicacin de la metrologa en su aspecto masa, en

sus distintos niveles, es omnipresente en elquehacer cotidiano.

Temperatura

La sensacin de calor o fro es una de las mscomunes en los seres vivientes y el concepto detemperatura y su medicin est presente en in-numerables actividades del ser humano.

Puesto que nuestro primer contacto con la medicinde temperatura de tipo cientfico suele ser eltermmetro casero, vienen de inmediato a la mentelas aplicaciones de tipo mdico y en particular ladeterminacin de la temperatura corporal de losenfermos con la importancia que puede tener parala evolucin de ciertas dolencias. Pero tambin serequiere medir temperatura en forma adecuada parala fabricacin de medicamentos, el uso de tcnicas


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de diagnstico, los anlisis clnicos, la esterilizacinde material clnico y hospitalario. Los alimentos,tanto en su preparacin como en las tcnicas de suconservacin, requieren mediciones de temperaturay, si stas pueden ser empricas a nivel casero, anivel industrial se requiere exactitud en lasmediciones. La tintorera, la fabricacin de cermicade todo tipo, la aplicacin de esmaltes y pinturas en

aparatos electrodomsticos y en vehculos, lageneracin de energa, el transporte refrigerado, elaire acondicionado y tantas ms actividadeshumanas, requieren mediciones adecuadas detemperatura.

Tiempo

La medicin del tiempo es til no solamente paraasegurar la puntualidad o para determinar elganador de una prueba de atletismo! Adems de lasaplicaciones obvias del diario vivir (levantarse adeterminada hora; autobuses, trenes y avionescumpliendo en tiempo sus itinerarios, control de lashoras de trabajo para clculo de remuneracin, con-trol del tiempo en las telecomunicaciones, etc.),muchos procesos industriales, muchas tcnicasmdicas dependen de una medicin exacta deltiempo. Otras aplicaciones usuales son por ejemplo


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Aplicaciones

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los taxmetros (basados slo en tiempo ocombinacin de tiempo y recorrido), los relojesregistradores (timekeepers), los velocmetros. Lasincronizacin de actividades tales como lasoperaciones burstiles y las militares, loslanzamientos y acoplamientos de naves espaciales,etc. demanda la medida exacta del tiempo.

En general podemos hablar de relojes y decronmetros (tipo I con circuitos electrnicosdigitales y tipo II de mecanismos anlogosmecnicos o de motor sincrnico) y de otrosmedidores de intervalos de tiempo, como losempleados en el estacionamientos de vehculos, ellavado automtico de vehculos, los parqumetros, oen el control de tiempo de aparatos electrodo-msticos tales como mquinas lavadoras, mquinassecadoras, hornos de microondas.

Electricidad y magnetismo

En el siglo pasado se realizaron innumerables tra-bajos que abrieron la puerta del desarrollo moderno;se construyeron motores movidos por electricidad,con los cuales la industria, el transporte y todaactividad que requiere algn tipo de movimiento sevi favorecida. Con la manufactura de las bombillas


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incandescentes, la iluminacin artificial cambi laforma de todas las actividades nocturnas. Enumerarlas aplicaciones actuales de la electricidad ade-cuadamente suministrada y utilizada significaralistar todas las actividades del hombre, para lascuales es controlada (medida) y para ello es ne-cesario disponer de aparatos o sistemas confiablesy de exactitud conocida.

En las comunicaciones el uso de la electricidad esfundamental tanto en telefona, radio, televisin,como en operacin de satlites. Pero, ms que laexistencia misma del recurso electricidad ymagnetismo, es la confiabilidad del manejo oempleo de este recurso lo que la metrologagarantiza con sus patrones y procedimientos. En eldiseo es donde se afrontan los innumerablesproblemas de confiabilidad y por supuesto que eldisponer de sistemas que aseguren el com-portamiento adecuado de los equipos, dentro deciertos lmites, hace posible disear, planificar yrealizar proyectos complejos

Por otra parte, en toda la electrnica subyace el usode medidas confiables (exactas para los profanos),confiabilidad y reproducibilidad debidas, en granparte, a los avances en metrologa.


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Aplicaciones

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Fotometra y radiometra

El hombre ha desarrollado muchos aparatos yartefactos que le permiten contar con luz inde-pendientemente de las condiciones naturales y que,an ms, permiten intensidades que difcilmente seencuentran en la naturaleza. Todos estos aparatosdemandan tcnicas confiables de medicin para

garantizar que efectivamente se est logrando laintensidad o iluminacin deseadas.

Pero, adems, las tcnicas de anlisis fsico yqumico a menudo exigen mediciones muy exactasde la magnitud de luz o de radiacin. Los fotmetrosde absorcin, de ennegrecimiento, fotoelctricos,espectrofotmetros y medidores de radiacin, etc.dependen para su exactitud de calibracionescuidadosas, basadas en los patrones aceptados.

En la actualidad se emplean tcnicas de terapiafotodinmica para el tratamiento de ciertas en-fermedades, aplicaciones industriales de la luzultravioleta, el empleo de las propiedades ger-micidas de ciertas radiaciones, el uso de deter-minadas longitudes de onda en el crecimiento deplantas, etc. que, tambin, demandan medicionesconfiables.


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Acstica y vibracin

Las mediciones exactas en acstica son de im-portancia para aspectos tales como el diseo deauditorios y teatros, las telecomunicaciones, la ra-dio, la fabricacin de instrumentos musicales, laproduccin de aparatos de reproduccin ytransmisin de sonido (incluyendo fongrafos, mi-

crfonos y amplificadores), la eliminacin desonidos molestos o peligrosos (en oficinas, reas deproduccin, transporte terrestre y areo), el diseode artefactos de advertencia como las sirenas deambulancias y bomberos y ciertos indicadores anivel industrial, el sonar, las exploracionespetroleras, la fabricacin y calibracin de aparatospara sordera, las microondas, la sismografa, losecocardiogramas, el ultrasonido en qumica, enmedicina con fines de diagnstico y de tratamiento,en aplicaciones industriales tales como soldadura.

Radiacin ionizante

Las aplicaciones mdicas de la radiacin ionizanteson probablemente las ms conocidas bajo la formade los rayos X para diagnstico y del uso de losistopos radioactivos en radioterapia y comotrazadores en investigacin mdica y bioqumica.


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Aplicaciones

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Entre las aplicaciones industriales se puedenmencionar la activacin de vitaminas, la sntesis (porejemplo la de bromuro de etilo), la polimerizacin(poliestireno o polietileno), la vulcanizacin del hule,la polimerizacin de monmero de metil-metacrilato,los acabados textiles para lograr tejidos y prendasde planchado permanente, el procesamiento dealimentos (coccin, secado, pasteurizacin, etc.), la

preservacin y esterilizacin de alimentos, el controlde la germinacin y de las infestaciones por insectosen granos almacenados, el curado o endureci-miento de acabados tales como pinturas y tintas, lametalurgia, la geoqumica, la arqueologa (C14), lasmediciones de grosor, la generacin de energaelctrica.

QumicaEn las actividades cientficas y en las tcnicas esimportante conocer las bases para calcular qu ycunto de una o varias substancias debe utilizarse.

El caso obvio es el del laboratorio, clnico o in-dustrial, pero tambin son importantes los procesosindustriales de todo tipo, unos porque manejanvolmenes muy grandes y pequeas variacionespueden significar toneladas perdidas y otros porque


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utilizan cantidades muy pequeas y variacionesnfimas pueden ser cruciales.

Es decir que el uso de patrones y materiales dereferencia constituye la base del trabajo (el xito deproduccin), y la garanta de la calidad. Por ejemplo,en la produccin y comercializacin de losmedicamentos existe un campo muy importante

para empleo de la metrologa.


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Patrones y materiales de referencia

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PATRONES Y MATERIALESDE REFERENCIA

INTRODUCCIN

Los patrones y materiales de referencia sern loselementos tratados en ms detalle en las seccionessiguientes, de acuerdo con el siguiente modelo:consideraciones sobre qu se mide, definicin de launidad, patrones primarios, exactitud e incertidumbre,equipos de medicin.

En relacin con la incertidumbre, es de notar que en-tre los metrlogos existen dos escuelas(7). Unaenfoca la incertidumbre como un elemento paradenotar la uniformidaddel resultado en medicionesrepetidas. La otra usa el trmino para indicar que semiden diferenciasentre los resultados. En amboscasos recordemos que la incertidumbre no es sino elintervalo de confianza. Los dos enfoques sonvlidos segn el campo de aplicacin, ya sea enlaboratorios de trabajo o en laboratorios nacionales.

Para los laboratorios nacionales y secundarios, serecomienda trabajar de acuerdo a la gua ISO de


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1993, Guide to the expression of uncertainty inmeasurement(44).

En el continente americano, con la creacin y lostrabajos del Sistema Interamericano deMetrologa, SIM, se est buscando lograr la mayorintegracin y coherencia posible en aspectos demetrologa. Las autoridades del SIM llevaron a cabo,

en 1999, un ejercicio de planeacin estratgica. Unode los aspectos analizados consisti en determinarlas reas para las acciones a nivel regional y a nivelde laboratorios nacionales de metrologa. Estasreas resultaron ser: longitud, masa, temperatura,tiempo y frecuencia, electricidad y magnetismo,fotometra y radiometra, acstica y vibracin,radiacin ionizante, qumica.


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LONGITUD

Qu se mide

Intuitivamente todos conocemos lo que es longitudo largo. En la prctica, lo que realmente medimos esla distancia o separacin entre dos puntos yconsiderando que la definicin de patrones

actualmente se orienta al empleo de constantesuniversales, es importante estar conscientes de quela longitud implica distancia.

Se estima que un 80% de las mediciones hechas enla industria tienen que ver con desplazamiento y porlo tanto con longitud. En el ao de 1800, seconsideraba adecuada una exactitud de 0,25 mm

para las mediciones de longitud, hoy se habla(13)

deintervalos para los requerimientos que van del campode la nanotecnologa hasta el campo de la geofsica.

Definicin internacional de la unidad demedida de longitud

Historia

Originalmente, el metro se defini como la diez-millonsima parte de la longitud de un cuadrante del


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meridiano terrestre e inicialmente se determinmidiendo un arco de meridiano entre Dunkerque enFrancia y Barcelona en Espaa, ciudades ambas anivel del mar; sobre esta base se construy en 1799el llamado mtre des Archives, primeramaterializacin del metro. Posteriormente alestablecimiento del internacional Tratado del Metroen 1875, una copia de este prototipo se constituy

en 1889 como el metro prototipo internacional. Estemetro prototipo, una barra de iridio-platino que anse conserva en Paris, se consideraba estable y pre-ciso, al igual que sus copias, y se utiliz hasta 1960,fecha en la cual fue reemplazado por una definicinbasada en la longitud de onda de cierta lneaespectral naranja de la luz emitida por el istopo 86del krypton. En la 17 Conferencia General de Pesasy Medidas de 1983 se modific a la definicin actual,la cual est relacionada con la velocidad de la luz enel vaco (299 792 458 metros por segundo).

Definicin

La unidad de longitud es el metro (smbolo m)que se define como la longitud de la trayectoriarecorrida por la luz en el vaco durante un inter-valo de tiempo de 1/299 792 458 de segundo.


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Patrones

Para hacer prcticas las mediciones de longitud, serequiere una transferencia de un patrn expresadoen trminos de la velocidad de la luz hacia un patrno artefacto fsico.

Para medir longitudes del orden del metro se

emplean mtodos interferomtricos. El mtodoconsiste en comparar la longitud a ser medida con lalongitud de onda de una radiacin luminosa cuyafrecuencia fha sido previamente determinada congran exactitud. La referencia utilizada es la longitudde onda de la radiacin producida por un lser,estabilizado ya sea en frecuencia o en longitud deonda(43).

Por ejemplo(43), con un lser de helio-nen es-tabilizado con cmara de metano, se miden lon-gitudes de onda de 3 392,231 397 327 nm conincertidumbre relativa de 3 x 10-12 mientras que conun lser de argn estabilizado con cmara de yodo semiden longitudes de onda de 514,673 466 4 nm conuna incertidumbre relativa del orden de 2,5 x 10-10.

En la actualidad, existen modelos porttiles delser estabilizados, los cuales le han permitido al


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BIPM hacer comparaciones y calibraciones insitu en una regin sin requerir que varios labo-ratorios nacionales de metrologa se vean obli-gados a llevar sus aparatos a Paris para su cali-bracin(19). Con estas calibraciones a base delser, los pases pueden contar con sus patronesnacionales.

De estos patrones nacionales se derivarn deacuerdo a la cadena que ya vimos, los patrones decalibracin y los patrones de ensayo y de trabajotales como cintas mtricas, reglas y otros.Asimismo, de stos se originan todos los artefactosempleados en la vida diaria para medir la longitud

En adicin a los mtodos basados en fuentesluminosas, tambin se utilizan bloques patrn demedida. Se trata de bloques metlicos ocermicos, altamente pulidos, cuyas extremidadestienen un paralelismo de alta calidad, y que sepueden combinar en la cantidad necesaria paraobtener la longitud deseada con una exactitudadecuada a los fines, ya sea que se trate de blo-ques de calibracin o de trabajo.

Los bloques patrn calibrados por interferometrapueden constituir la materializacin del patrn y de


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ellos, por comparacin mecnica, se derivanpatrones secundarios.

Incertidumbres

Como mencionamos anteriormente, en los patrones,utilizando los lser estabilizados se pueden obtenerincertidumbres relativas de medicin de longitud del

orden de 10-9

y 10-12

.

Equipos de medicin

Longitud, anchura, altura, espesor, dimetro, sontodas medidas lineales y se han desarrolladonumerosos instrumentos para poder medirlas enforma simple y con la exactitud requerida encada caso.

As tenemos, entre otros: reglas (de madera, metal oplstico, rgidas o plegables), cintas mtricas (demetal, plstico o tela), calibradores (de alta precisin,para tuercas y tornillos, para engranajes), micr-metros, nonios o verniers, bloques patrn, medidoresde ngulos, divisores (tambin conocidos comocompases de puntas o bigoteras), medidores dedimetro interior o exterior, medidores de redondez ode planos, rugosmetros, etc.


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Estos instrumentos pueden basarse en mtodosmecnicos, neumticos, pticos o electrnicos.Segn el tipo de instrumento y el uso al que estdestinado, se establecen en cada caso toleranciasde exactitud.


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Dicho de otra forma, la masa es la cantidad de ma-teria contenida en un volumen determinado mientrasque el peso es el resultado de la atraccin de laTierra sobre esa masa.

Definicin internacional de la unidad de masa

Historia

La unidad de masa, el kilogramo, se defini original-mente como la masa de un litro de agua a 4oC. Semodific esta definicin en vista de las dificultadesprcticas de obtener agua pura y por el hecho deque la definicin involucraba otra magnitud, a saberla temperatura.

Podra argumentarse que el kilogramo es unmltiplo del gramo y que por lo tanto es ste el quedebe constituir la unidad. En efecto esto ha sidoanalizado por los metrlogos pero por razonesprcticas se acord seguir considerando elkilogramo como la unidad de masa.

Como, con los actuales conocimiento cientificos, nose ha podido definir an la unidad de masa enfuncin de las constantes universales, actualmentese define sta con base en un artefacto o prototipo,


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por acuerdo de las 1 y 3 Conferencia General dePesas y Medidas, de 1889 y 1901 respectivamente.Sin embargo, la 21 Conferencia General de Pesasy Medidas, en octubre de 1999(13), acordrecomendar que los laboratorios nacionalescontinen sus esfuerzos para refinar experimentosque vinculen la unidad de masa a constantes funda-mentales o atmicas con miras a una futura

redefinicin del kilogramo.

Definicin

El kilogramo (smbolo kg) es la unidad demasa; es igual a la masa del prototipointernacional del kilogramo.

Patrones

El prototipo internacional es un cilindro de trein-tinueve milmetros de altura y treintinueve milmetrosde dimetro, hecho de una aleacin con noventapor ciento de platino y diez por ciento de iridio. Tieneuna densidad aproximada de veintin gramos ymedio por centmetro cbico. Se considera como elnico patrn primario de masa. El prototipo original

kilogramme des Archives, fabricado en la misma


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poca que el mtre des Archives, se considerapatrn histrico.

En 1889, de una misma colada, se prepararon: elkilogramo internacional, cuatro testigos y patronesnacionales (originalmente 40 de ellos para llenar lasnecesidades de los pases signatarios de laConvencin del Metro). Estos, y los fabricados

subsecuentemente por el BIPM, son a vecesconocidos como kilogramo Nox, donde x es elnmero de identificacin de uno de esos patrones.

Debido a que la definicin y construccin de launidad se basan en un artefacto, la unidad nuncapodr ser transferida con mayor exactitud que la quepermita la comparacin de masas con el prototipointernacional de masa.

Considerando las limitaciones de las compara-ciones, se ha estructurado una jerarqua de pa-trones, con las siguientes caractersticas obligadas,que se expone a continuacin:


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PROTOTIPO INTERNACIONAL DEL KILOGRAMOMaterial: Platino-Iridio; Densidad: 21,5 g cm-3

PATRONES DE REFERENCIA DEL BIPMMaterial: Platino-Iridio.

PROTOTIPOS NACIONALESMaterial:Platino-Iridio.

PATRONES PRIMARIOS NACIONALESMaterial: Acero (Latn)

Densidad: 8,0 g cm-3 (8,4 g cm-3)PATRONES SECUNDARIOS NACIONALES

Material: Acero (Latn)

PATRONES DE REFERENCIA

PATRONES DE TRABAJO

Exactitud

El patrn actual del kilogramo permite medir la masacon una exactitud de 1 en 108.

La finalidad de disponer de patrones es medir conexactitud la masa de los cuerpos; por ello esnecesario disponer de mltiplos y submltiplos delkilogramo con los cuales se puedan determinarexactamente las masas deseadas.

Los conjuntos de mltiplos y submltiplos delkilogramo tambin deben ser representados como


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patrones conectados con uno o ms kilogramo-patrn. Para considerar los mltiplos y submltiplosen funcin de su variabilidad, se agrupan endcadas que contengan por lo menos 4 patrones; larepresentacin ms usual es 1 2 2 5, as la masa deun kilogramo m

1kgpuede ser representada por:

m100 + m200 + m200 + m500

donde:

m100

= masa del patrn de 100 gramos.m200 = masa del patrn de 200 gramos (N

O 1).m200 = masa del patrn de 200 gramos (N

O 2).m

500= masa del patrn de 500 gramos.

Es claro que una balanza analtica de laboratorio norequiere del mismo grado de exactitud que unabalanza controladora de vehculos de carga. Laexactitud de los patrones de masa puede definirseconforme a las categoras E

i, F

i, M

icon valores

que van usualmente de un miligramo a 50kilogramos. A las masas con alta exactitud lescorresponde la categora E i , a las masas deexactitud fina les corresponde la categora F

i

y a lasde exactitud media les corresponde la categora Mi.


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Al estudiar la exactitud de m1kg la primera com-posicin para estimar la variabilidad es la siguiente:

m1kg - (m100+ m200+ m200+m500 ) = x

donde m1kg

es el patrn de la masa de un kilogramoy el valor de x podra pertenecer a cualquiera de lascategoras E, F o M.

En la recomendacin OIML R111(41) pueden en-contrarse los diferentes lmites de tolerancia para laexactitud de distintas masas patrn en lascategoras E

i, F

iy M

i. La calidad de la medicin est

caracterizada por la incertidumbre de la misma.

Equipos de medicin

La balanza es el intrumento ms antiguamenteconocido que se utiliza para medir la masa.Mientras no se cambie la definicin del kilogramoslo podemos comparar masa y no podremosmedirla en forma directa. La tcnica contem-pornea permite la construccin de innumerablestipos y capacidades del artefacto, adecuados paralos usos especficos que se desee, ya sea en la-boratorios, industrias, comercios, agencias esta-tales, etc. Los requerimientos bsicos de las


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balanzas son que sean estables, exactas,sensibles y que puedan ser calibradas.

En metrologa de masa de alta exactitud, se de-termina la masa en balanzas llamadas com-paradoras. La balanza comparadora para unpatrn nacional debe ser de intervalo limitado y conbuena sensibilidad (por ejemplo, de un micro-

gramo). Antes se hablaba de balanzas simples, debrazos iguales o desiguales, con o sin pesodeslizante, las de combinacin incluyendo lasbsculas, las romanas y las automticas conmltiples posiciones de equilibrio; actualmente seemplean tambin celdas de carga que envanseales elctricas para determinar el peso. En vistade todas las posibles combinaciones que se dan, latendencia actual es a hablar de instrumentos parapesarsin entrar en distinciones entre, por ejemplo,balanzas y bsculas.


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TEMPERATURA

Qu se mide

En el caso de las mediciones de la caractersticallamada temperatura, lo que buscamos es unindicador del calorde un cuerpo dado. Pero calor noes lo mismo que temperatura. Podramos definir

calorcomo una forma de energa asociada con yproporcional al movimiento molecular. Lo queconocemos por temperaturaes realmente el valorde la lectura de un aparato medidor como por ejem-plo un termmetro; por ello decimos que lamanifestacin del calor es la temperatura.

Definicin internacional de la unidad de

medida de temperaturaHistoria

La definicin de la unidad de medida de temperaturatiene una larga y compleja historia. Ya en 1742 AndersCelsius propuso una escala centgrada de temperaturabasada en el agua con el cero en el punto de

congelacin y un valor de 100 en el punto de ebullicin.El BIPM(19) recoge el historial a partir de la escala nor-mal de hidrgeno de 1878 hasta la actual escala


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internacional de temperatura (EIT-90 o ITS-90) de1990. Sin embargo, es interesante notar quetranscurri un siglo hasta que, en 1954, la 10a CGPM(Conferencia General de Pesas y Medidas) adopt lapropuesta hecha en 1854 por William Thomson Kelvinde definir la unidad de temperatura termodinmica (ac-tualmente nombrada en su honor) en trminos delintervalo entre el cero absoluto y un nico punto fijo. La

definicin actual fue aprobada por la 13 ConferenciaGeneral de Pesas y Medidas, en 1967.

Definicin

La unidad base de temperatura termodinmicaes el kelvin (smbolo K) que se define como lafraccin 1/273,16 de la temperatura termodi-nmica del punto triple del agua.

El llamado punto triple del aguaes el punto dondees posible el equilibrio o coexistencia de lasubstancia - agua en este caso - en sus estadosslido, lquido y gaseoso.

Al hablar de escalas de temperatura, es comnencontrar referencias a la temperatura termo-


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dinmica, objeto de la definicin internacional y,adems, a la escala prctica de temperatura.

La escala prctica o de Celsius, antes conocida comode grados centgrados, es la ms utilizada. Su puntocero es la temperatura de congelacin del agua y alpunto de ebullicin del agua se le define como 100 oC,ambos medidos bajo determinadas condiciones. Por

debajo del cero de esta escala, las temperaturastienen valor negativo; por ello decimos comnmenteque en un invierno crudo, las temperaturas puedenbajar a menos cuarenta grados (grados Celsius).

Por su parte, la escala de temperatura ter-modinmica, que por definicin se expresa enkelvin, tiene su punto cero en el llamado ceroabsolutoy equivale a -273,16 oC. Esta escala notiene por lo tanto valores negativos y los intervalosson los mismos que los de la escala Celsius.

Los termometristas expresan generalmente las tem-peraturas menores de 0 oC en kelvin y las mayoresde 0 oC en grados Celsius. A menudo, hacentambin la salvedad de que el punto de congelacindel agua a presin atmosfrica normal, 0 oC, ocurrerealmente a 273,15 K mientras que el punto tripledel agua ocurre a 273,16 K, equivalente a 0,01 oC.


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Patrones

La materializacin de la escala internacional de tem-peratura EIT-90, constituye el patrn para la unidadde temperatura. Su propsito es especificarprocedimientos y termmetros prcticos interna-cionalmente acordados, que permitan a loslaboratorios nacionales materializar la escala y de-

terminar valores altamente reproducibles.

Esta materializacin se logra por medio de una seriede celdas selladas, que contienen una substanciapura, en condiciones tales que pongan a lasubstancia en cierto estado al que corresponde unatemperatura dada, que representa un punto fijo dedefinicin. Estos puntos fijos de definicin seseleccionaron originalmente para que la escala seconformara lo ms posible a la escala termodinmica.

Los datos correspondientes estn recogidos en eldocumento legal conocido como EIT-90. La 21Conferencia General de Pesas y Medidas, enoctubre de 1999(14), encarg al comit internacionalcorrespondiente los trabajos que sirvan de basepara extender la EIT-90 por debajo de su actuallmite inferior de 0,65 K.


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Los puntos fijos de definicin de la escala EIT-90son varios y a ttulo indicativo se dan algunos deellos en la tabla 3.

TABLA 3

Puntos fijos de definicin de la escala EIT-90

Temperatura Substancia EstadoT90

/K t90

/oC

de 3 a 5 de - 270,15 Presin de vapora - 268,15 He - Helio saturado

83,805 8 - 189,344 2 Ar - Argn Punto triple

234,315 6 - 38,834 4 Hg - Mercurio Punto triple

273,16 0,01 H2O - Agua Punto triple

302,914 6 29,764 6 Ga - Galio Punto de fusin

429,748 5 156,598 5 In - Indio Punto de solidificacin

505,078 231,928 Sn - Estao Punto de solidificacin

692,677 419,527 Zn - Cinc Punto de solidificacin

933,473 660,323 Al - Aluminio Punto de solidificacin

1 234,93 961,78 Ag - Plata Punto de solidificacin

1 337,33 1 064,18 Au - Oro Punto de solidificacin

1 357,77 1 084,62 Cu - Cobre Punto de solidificacin


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Incertidumbres

Las celdas selladas permiten calibrar instrumentosde medicin de temperatura con una incertidumbrerelativa del orden de 10-6.

Equipos de medicin

El primer termmetro de que se tiene referencia fueel construido por el cientfico italiano Galileo Galileialrededor del ao 1593. Hoy en da, se cuenta condiversos tipos de sensores para medir tempe-raturas, todos los cuales infieren la temperatura pormedio de algn cambio en una caractersticafsica(42).

Los de empleo ms comn son: artefactos decambio de estado, artefactos de expansin de fluido,termocuplas o termopares, artefactos de resistenciay termistores, sensores pticos e infrarrojos,artefactos bimetlicos.

Los llamados artefactos de cambio de estadoserefieren a etiquetas, crayones, lacas o pinturas,cristales lquidos, grnulos o conos, que cambian deapariencia al alcanzar determinada temperatura.Usualmente se emplean para temperaturas entre


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C y 1 780o

C. El cambio de apariencia es per-manente por lo que no pueden usarserepetidamente, el tiempo de respuesta esrelativamente lento y la exactitud no es alta pero sontiles en aplicaciones industriales como por ejemploen soldadura o en hornos de coccin de cermica.

El termmetro casero es el representante mejor

conocido de los artefactos de expansin de fluido.Los termmetros pueden ser de mercurio, de unlquido orgnico como el alcohol y tambin existenversiones que emplean algn gas. Los hay quetrabajan bajo inmersin parcial, total o completa. Sepueden utilizar repetidamente, no requieren fuentesde corriente pero los datos que proporcionan nopueden ser directamente registrados y/o transmitidos.

Las termocuplas o termopares, construidos de dospiezas de diferentes metales unidas en un extremo ycon un voltmetro acoplado, son exactos, robustos,confiables y de costo relativamente bajo. Su intervalode medicin depende de los metales empleados yusualmente est entre - 270 oC y 2 300 oC.

Los artefactos de resistencia(conocidos comoRTDs en ingls) se basan en el principio de que alcambiar la temperatura cambia la resistencia


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elctrica. En el caso de metales sta aumenta; enlos termistoresen cambio, la resistencia elctrica delsemiconductor cermico disminuye al aumentar latemperatura. Son estables pero tienen elinconveniente de que, puesto que trabajan a basedel paso de una corriente por un sensor, se crea unacierta cantidad de calor lo cual puede afectar suexactitud. Los RTDs trabajan a temperaturas en

torno de los - 250o

C a 850o

C y los termistores en-tre - 40 oC y 150 oC.

Los sensores o pirmetros pticosse basan en quela luz emitida por un objeto caliente est relacionadacon su temperatura; trabajan entre 700 oC y 4 200 oC.Por su parte, los sensores o pirmetros infrarrojosmiden la cantidad de radiacin emitida por unasuperficie; son apropiados para temperaturas delorden de los 3 000 oC. Aunque su precio es mayor,ambos tienen la ventaja de que no requierencontacto directo con la superficie cuya temperaturava a ser medida.

En los artefactos bimetlicosse hace uso de ladiferente expansin trmica de diferentes metales.Se unen dos piezas de diferentes metales; alcalentarse, una pieza se expande ms que la otracuando se exponen al mismo cambio de


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temperatura y el movimiento provocado se transmitea un indicador en una escala de temperatura. Tienenla ventaja de ser porttiles y de no requerir fuente depotencia

Otros medidores de temperatura empleados enmetrologa son el termmetro estndar deresistencia de platino (standard platinum resistance

thermometer SPRT), los termmetros de gas avolumen constante (CVGT), los termmetros deradiacin.(55)

De acuerdo al tipo de medidor de temperatura, aluso que se le dar y al intervalo de temperaturasque abarca, se establecen las especificaciones ytolerancias. Por ejemplo a nivel industrial, entre 0 oCy 100 oC, se considera que se requiere una exactitudde 1 oC, mientras que, arriba de 100 oC, la exactitudrequerida cambia a 5 oC (6).


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TIEMPO Y FRECUENCIA

Qu se mide

El tiempo es un concepto que ha interesado a losfsicos y a los filsofos desde la antigedad. Aristtelesy Newton, entre muchos otros, buscaron definir eltiempo(44) y ms recientemente Hawking(17) habla, en

sentido matemtico, tanto de tiempo real como detiempo imaginario.

Para fines prcticos, el tiempo es un concepto relacio-nado con el orden y la duracin de los eventos; si doseventos ocurren en forma no simultnea en un puntodado, ocurren en un orden definido y con un lapso en-tre ellos(9). Para el hombre primitivo, el primer indicador

del transcurrir del tiempo debe haber sido el ciclo diariode da y noche con los movimientos visibles de losastros. Podemos razonablemente suponer que, porobservaciones, se concibieron posteriormente lasduraciones mayores indicadas por las fases lunares ypor las estaciones.

Historia

Inicialmente, los intervalos de tiempo se midieron enbase a la posicin de los astros. Un primer artefacto


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debe haber sido el reloj de sol, basado en laobservacin de que la sombra cambia de longituden el transcurso del da, consistente en una varilla(llamada estilo o gnomon) paralela al eje de la tierra,que proyecta su sombra sobre un cuadrante. Secree que data de 579 aC y se atribuye aAnaximandro o a Tales de Mileto. Para medir eltiempo durante la noche, en interiores o en das sin

sol, se usaron relojes de fuegoque se basaban enla tardanza de combustin de cuerdas con nudos,de candelasmarcadas o de cierta cantidad deaceite. Luego, aparecieron los relojes de agua, delcual se conoce un modelo antiqusimo, elaborado enChina, provisto de un flotador, pero cuyo mejorrepresentante es la clepsidra, perfeccionada enGrecia. Este instrumento fue empleado por asirios,egipcios, griegos y romanos y se sigui utilizandohasta el Renacimiento. Se basa en la supuestaregularidad de la salida de agua por un orificio y losmejores modelos empleaban dimetros variables adiferentes niveles. La clepsidra di a su vez origenal conocido reloj de arena.

Se cree que los relojes mecnicosse originaron enChina; aparecieron en Europa alrededor del SigloXIII. El primer reloj movido exclusivamente porpesa y del cual existe una descripcin, fue


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construido en 1364 por Henri de Vick, relojeroalemn, por encargo de Carlos V de Francia. Elreloj de pndulose debe a Huygens, en 1657; ldesarroll tambin los mecanismos que iban ahacer posibles los relojes de bolsillo. Por su lado,Pedro Henlein, cerrajero de Nuremberg, desarrollel mecanismo de espiral o muelle real y a partir delsiglo XVII los mecanismos eran esencialmente de

muelle y volante. Los relojes tenan a menudosistemas adicionales de campana, de carrilln o decuco. Todos estos dieron origen a una importanteindustria y a verdaderas obras de arte.

En 1855, E.D. Johnson construy el cronmetro.Aunque ya desde 1780 Luis Recordon haba de-sarrollado la cuerda automtica para relojes debolsillo, no fue sino hasta en 1924 que JohnHarwood la aplic a relojes de pulsera. Ya en elsiglo XX, se volvieron comunes los relojeselctricosy los relojes despertadores, aunque laverdadera generalizacin en el uso de los relojesse di con la puesta en el mercado de los relojesde funcionamiento a pilas, inicialmente conocidoscomo relojes digitalesaunque tambin los hayanalgicos. Actualmente se fabrican relojes decuarzo, que son muy exactos.


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Los relojes atmicos, empleados en ciencia - y enmetrologa - son los que permiten el alto grado deexactitud de medicin del tiempo que se puedeobtener hoy en da. Son estables ya que lasfrecuencias originadas son muy poco afectadas porfactores tales como temperatura, presin ohumedad.

Definicin internacional de las unidades demedida de tiempo [13 Conferencia Generalde Pesas y Medidas, 1967], y de frecuencia

Anteriormente, la definicin se refera al segundoque podramos llamar astronmico, en cambio en laactualidad se trata del segundo atmico.

El segundo (smbolo s) es la duracin de 9 192631 770 perodos de la radiacin correspondientea la transicin entre los dos niveles hiperfinos delestado base del tomo de cesio 133.

donde 9 192 631 770 es la frecuencia de la energainvolucrada en dicha transicin del cesio; el estadobase se considera ser aqul en el cual los electronesse encuentran en su menor nivel de energa; los


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niveles hiperfinos representan el incrementoenergtico ms pequeo que pueden experimentaren este estado(6).

De esta unidad, se deriva la unidad de frecuencia,el hertz.

El hertz (smbolo Hz) es la frecuencia de unfenmeno peridico, con perodo de un se-gundo.

La hora (smbolo h) y el minuto (smbolo min), noson mltiplos decimales del segundo y por lo tantono son unidades del SI. Sin embargo, su uso es tangeneralizado que se consideran como unidadesaceptadas para uso con el SI (ver tabla 3). Enciertos casos, tambin es necesario expresar in-tervalos de tiempo mayores tales como semana,mes, y ao.

Patrones

La realizacin de la definicin de segundose hacepor medio de un reloj atmico de cesio. Se basa enque los tomos, bajo diversas excitaciones, emiten


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radiaciones monocromticas y por lo tanto puedengenerar un perodo (duracin de una oscilacin)definido con mucha exactitud.

Se consideran patrones secundarios aquellos queemplean otras fuentes de frecuencia, tales comomaser de hidrgeno, patrones de rubidio, patronescomerciales de cesio, etc., que son suficientemente

exactos para la mayor parte de aplicaciones.

No es suficiente tener capacidad de medir conexactitud intervalos de tiempo, se requiere unaescala a nivel mundial, que permita hacer com-paraciones y relaciones precisas; los horarios detransporte areo son un claro ejemplo de la im-portancia de esta sincronizacin.

Para ello, es necesario el mantenimiento per-manente de una misma escala contnua de tiempocomo un elemento para la aplicacin de larealizacin del patrn.


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Reloj atmico de cesio(43)

La energa interna de un tomo (electrones+ncleo)asume valores que corresponden a los diversos estados cun-ticos del tomo.

Este ltimo tiene la posibilidad de efectuar una transicinentre un nivel de energia E

Ay otro nivel de energa E

B, emi-

tiendo o absorbiendo una radiacin. La frecuencia de la ra-diacin es determinada por la relacin:

h. = | EB - EA |

donde hdesigna a la constante de Planck.La transicin adoptada para definir el segundo fue

escogida no solamente en virtud de sus cualidades propias(monocromatismo de la radiacin lo cual implica una frecuen-cia bien definida, con pequea sensibilidad a las perturbacio-nes externas), sino tambin por motivos de orden tcnico (en-tre otros, frecuencia de transicin situada en un dominio defrecuencias accesibles a los instrumentos electrnicos exis-tentes, comodidad en el empleo del cesio para la obtencinde un haz atmico y para la deteccin por ionizacin).

El reloj de cesio emplea un oscilador de cuarzo muypreciso, cuya frecuencia se verifica generando una radiacinelectromagntica con la cual se ilumina una nube de tomosde cesio. Si la frecuencia de la radiacin es precisamente 9192 631 770 ciclos por segundo, los tomos de cesio sepolarizan y pueden ser detectados por un campo magntico.

Si la frecuencia se desva ligeramente, disminuye el nmerode tomos polarizados lo que genera una seal de correccinpara mantener la frecuencia del oscilador en su valor nominal.


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Escalas de Tiempo

La escala TAI, Tiempo Atmico Internacional, es calcu-lada en el BIPM. En 1999 se bas en alrededor de doscientosrelojes atmicos en cerca de cincuenta laboratorios nacionalesde metrologa. Para mantener la escala lo ms cercano posibleal segundo como lo define el SI, se usan datos de aquelloslaboratorios nacionales que mantienen los mejores patronesprimarios de cesio.

TAI es una escala uniforme y estable, por lo tanto notoma en consideracin la ligera irregularidad de la rotacin dela Tierra; sin embargo, se requiere este tipo de escala parafines prcticos. Para ello, existe la escala UTC, Tiempo Univer-sal Coordinado, que es idntica a la TAI excepto que, segnes necesario, se le agrega un segundo para asegurar que,promediado a lo largo de un ao, el Sol cruza el meridiano deGreenwich a medioda de la hora UTC con 0,9 segundo deaproximacin. Cuando no son importantes fracciones de se-gundo, el conocido tiempo promedio o tiempo del meridiano

de Greenwich (Greenwich Mean Time, GMT) es prcticamenteequivalente al UTC. Sin embargo, se recomienda no usar eltrmino GMT sino emplear siempre el trmino UTC.

La difusin de la escala se hace por diversos mediosy puede requerir receptores especiales.

Puede hacerse:

- por acceso telefnico al servicio horario; conuna exactitud de hasta 50 ms,


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- por difusin de seales horarias codificadas(por ejemplo en onda corta, 3 MHz a 30 MHz,con exactitud de 10 ms(36), en 1350 KHz fre-cuencia modulada, etc.), con exactitudes demilisegundos,

- con exactitud de 10 ns por recepcin deseales de televisin usando GPS (GlobalPositioning System/ Sistema de Posiciona-

miento Global basado en satlites artificiales)como intermediario.

Incertidumbres

En la actualidad, los patrones de tiempo se trabajancon incertidumbres relativas del orden de 10-14 yhasta, en algunos casos, de 10-15.

Por su parte, se calcula que, en un milln de aos defuncionamiento, la escala de tiempo atmico, TAI,difiere de la escala ideal en menos de un segundo.

Ms que la exactitud, que puede no ser constante,la caracterstica ms importante de una escala UTC(generada en laboratorios nacionales de metrologa)es su estabilidad.


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Equipos de medicin

Las mediciones usuales de tiempo se llevan a cabopor medio de diversos tipos de relojes ycronmetros, de mayor o menor exactitud segn lasnecesidades, calibrados en base a la escala UTC oTAI segn el caso. Tambin se emplean contadoresde intervalos de tiempo y osciladores de cuarzo.

Por su parte, las mediciones de frecuencia requierende las ms altas exactitudes posibles paraaplicaciones tales como las transmisiones decomunicaciones digitales y los sistemas deposicionamiento global (GPS).

metrologia para no metro logos

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