Calibración de material de vidrio utilizado para entregar líquidos

Instituto Nacional de Tecnología Industrial Centro de Desarrollo e Investigación en Física y Metrología

Procedimiento específico: PEMA16V CALIBRACIÓN DE RECIPIENTES VOLUMETRICOS Revisión: Diciembre 2017 Este documento se ha elaborado con recursos del Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Sólo se permite su reproducción sin fines de lucro y haciendo referencia a la fuente.

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Página titular Diciembre 2017

Lista de enmiendas Diciembre 2017

Índice Diciembre 2017

Calibración de material de vidrio utilizado para entregar líquidos Diciembre 2017

Apéndice 1 Diciembre 2017



PEMA16V: Diciembre 2017

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1. Objetivo

Establecer el procedimiento para la calibración de material volumétrico por medios gravimétricos.

2. Alcance

Calibración de material volumétrico para entregar o recibir de 0,1 ml a 2000 ml

Determinación de los errores de indicación en los ensayos de verificación primitiva y periódica de vasos graduados

3. Definiciones y Abreviaturas

3.1 Volumen recibido ó contenido por material volumétrico “tipo IN”: Es el volumen de agua contenido ó recibido a la tem-peratura de referencia, cuando es llenado hasta la línea de enrase a calibrar 3.2 Volumen “entregado” por material volumétrico “tipo EX”: Es el volumen de agua entregado a la temperatura de refe-rencia, cuando es llenado hasta la línea de enrase a calibrar y luego vaciado, cumpliendo, si los hay, los tiempos estableci-dos de drenaje y escurrimiento. 3.3. Tiempo de entrega ó drenaje: Es el tiempo transcurrido para el descenso de líquido desde la línea enrasada hasta que deja de salir líquido en forma continua. En el material que se vacía por volcado se debe establecer previamente el tiempo de drenaje. 3.4. Tiempo de espera ó escurrimiento: Intervalo de tiempo que comienza al finalizar el tiempo de entrega, durante el cual se deja gotear el resto de líquido contenido en la medida. 3.5 Menisco: Curvatura producida por el líquido en la interface aire-liquido. 3.6 Enrase: Coincidencia del menisco con el aforo ó línea de graduación.

4. Referencias

4.1. OIML R 43 “Standard graduated glass flasks for verification officers”. (1981) 4.2. Resolución Nacional de la SECRETARIA DE ESTADO DE COMERCIO Y NEGOCIACIONES ECONOMICAS INTERNACIO-NALES Nº 456/83.

4.3. Ítem 4 “vasos graduados” del Anexo del Decreto reglamentario de la Ley Nº 845.

4.4. Formula Para La Determinación De La Densidad Del Aire Húmedo (CIPM, 2007)

4.5. ”Recommended table for the density of water between 0 °C and 40 °C based on recent experimental reports”, de M. Tanaka, G. Girard, R. Davis, A. Peuto y N. Bignell.ormas–ISO

4.6. Norma ISO 4787-versión vigente. Laboratory glassware -Volumetric glassware - Methods for use and testing of capaci-ty

4.7. Norma ASTM: E-542 versión vigente. Standart Practice for Calibration of Laboratory Volumetric Apparatus.

4.8. PCMA: Plan de Calidad Masas de INTI Física y Metrología

4.9. Procedimiento especifico PEMA03V – INTI Física y Metrología - Cálculo de la densidad del aire húmedo

4.10. ISO 3696-versión vigente. Water for analytical laboratory use

4.11. OIML R 111. Weights of classes E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 and M3. Part 1.

4.12. JCGM 100:2008 Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement

4.13. ISO 3507-versión vigente. Laboratory glassware-Pyknometers 4.14. ISO 835 -versión vigente Laboratory Glassware — Graduated Pipettes 4.15. ISO 385 -versión vigente Laboratory Glassware — Burettes. 4.16. ISO 648 -versión vigente Laboratory Glassware — Single volume pipettes 4.17. ISO 1042 -versión vigente Laboratory Glassware — One-Mark Volumetric Flasks 4.18. ISO 4788 Laboratory Glassware – Graduated Measuring Cylinders

5. Instrucciones

5.1. Generalidades. La calibración de material volumétrico comprende la realización de un conjunto de operaciones me-trológicas, que tienen como fin la determinación del volumen de agua entregado ó contenido por el instrumento.


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5.2 Elementos necesarios. Para efectuar la calibración o verificación de un instrumento (medida de capacidad), se re-quieren los elementos siguientes.

Material de limpieza: papel o tela para el secado (que no desprenda pelusas); solventes adecuados según el tipo de impureza a remover (ejemplo: detergentes, alcohol etílico, acetona, agua); escobillas, guantes etc.

Comparadores y balanzas con la resolución necesaria para obtener la incertidumbre requerida. Es importante que pose-an las dimensiones y capacidad necesarias.

Agua destilada o desmineralizada de calidad grado 3 (ISO 3696), previamente acondicionada. (ref. 4.10)

Instrumento de medición de temperatura, humedad y presión, para él cálculo de la densidad del aire húmedo con la re-solución acorde a la incertidumbre requerida.

Termómetro con rango de medida y longitud apropiadas.

Cronómetro con resolución igual o mejor que 0,1 s Mesa y soporte con mecanismo de nivelación, (nnivel de burbuja ó plomada).

Soportes y ganchos de fijación.

Pipeta con propipeta

Lupa

Cinta métrica.

Papel secante.

Recipientes contenedor y/o receptores.

Elementos de protección personal

Los instrumentos de medición y patrones de masa utilizados estarán calibrados con trazabilidad a los patrones nacionales.

Nota: La lista de los equipos disponibles en el laboratorio (juegos de pesas, comparadoras., termómetros, higrómetros etc se registran en el Apéndice 2 de este procedimiento).

5.3 Verificaciones y registros previos 5.3.1 Registro de los datos de identificación. En cualquier caso, se procede a completar la planilla de datos; (Apéndi-ce 1) con la información requerida en el formato. 5.3.2 Inspección del material Durante la inspección del material se debe verificar:

• Daños visibles sobre la superficie.

• Legibilidad de las líneas de graduación e inscripciones.

• Que el material esté libre de porosidades ó hendiduras que puedan atrapar o retener aire o líquido que dificulten el lle-nado o vaciado, también libre de sedimentos ó cualquier otro contaminante.

• En los instrumentos para entregar que el conducto de salida debe estar libre de daño permitiendo el drenaje sin restric-ciones.

• En la determinación de los errores de indicación de vasos graduados en los ensayos de verificación primitiva y periódica de vasos graduados, se debe verificar además el cumplimiento de las especificaciones de la aprobación de modelo (ref. 4.2)

Si el instrumento no cumple con alguno de los requerimientos listados anteriormente no realiza la calibración del mismo

5.3.3 Acondicionamiento El material se limpia interior y exteriormente utilizando elementos y solventes apropiados (punto 5.2) para la remoción de la suciedad adherida y luego se enjuagan reiteradas veces con agua destilada ó desmineralizada.


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Fig. 1

Se comprueba el estado de la limpieza del recipiente verificando que al humedecer las paredes se forme una película com-pleta y continua sobre la superficie, de igual forma la contaminación de la superficie del liquido reduce la tensión superficial afectando la formación del menisco. Finalmente, el material, el agua que será utilizada (convenientemente tapada, para evitar la incorporación de aire) y los ins-trumentos utilizados en la calibración se colocan en el lugar de trabajo 24 h antes de iniciar las mediciones. 5.4 Rutinas de medición 5.4.1 Ciclos de pesada. El operador debe elegir el ciclo de pesada acorde al instrumento a calibrar y las condiciones de medición. Estos pueden ser ABA, ABBA (ver referencia 4.11 pág. 64 y 63 para detalles de los mismos) o medición directa con la balanza. En caso de que se decida hacer mediciones directas utilizando la balanza (por ejemplo en microvolúmenes) se debe hacer una prueba de linealidad de la misma al inicio y final de las determinaciones usando patrones en los rangos de masa utiliza-dos en la medición.

5.4.2. Modo de enrase en las líneas de las graduaciones

• El operador debe estar a una altura con respecto a la medida de capacidad que le permita colocarse de frente a la escala.

• Se debe lograr tanto el contraste, como la iluminación suficiente para poder identificar las partes del menisco. Colocando el recipiente frente a una fuente de luz y un mate-rial oscuro unos milímetros justo debajo del menisco se ve con claridad su punto más bajo.

• Retirando agua del recipiente se hace coincidir el borde superior de la línea de gra-duación con la tangente horizontal que pasa por el punto inferior del menisco, según se indica en la figura 1.

5.5 Selección de los puntos de calibración La determinación del volumen se realiza en 10%, 50% y 90% de la escala ó en los que solicite el usuario.

5.6 Procedimiento En este apartado se describen las generalidades de los procedimientos para calibración de materiales volumétricos para re-cibir (IN) y para entregar (EX). Sin embargo, debido a la diversidad de los instrumentos volumétricos dada por su uso, mate-rial, geometría, capacidad ó incluso reglamentaciones específicas entre otros, es conveniente evaluar si estos necesitan ser calibrados teniendo en cuenta algún requerimientos extra como por ejemplo alguna norma o ley.


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5.6.1 Procedimiento de calibración de material para entregar (tipo EX).

5.6.1.1 El instrumento a calibrar se nivela o se coloca verticalmente a una base donde se realiza la tarea de enrase, cercana a la comparadora y se llena unos milímetros por encima de la indicación del punto de calibración seleccionado, teniendo cuidado de no humedecer las paredes considerablemente por encima de la línea de graduación. 5.6.1.2 Utilizando una jeringa, pipeta o elemento similar, se realiza el enrase con la indicación seleccionada. El menisco de-be quedar enrasado según 5.4.4. Cualquier remanente de líquido adherido al pico vertedor se remueve. 5.6.1.3 Se descarga el líquido hacia el recipiente receptor. Cualquier gota adherida al pico vertedor se retira colocando en contacto el pico inclinado con el recipiente receptor. 5.6.1.4 Se determina la masa del recipiente receptor lleno. 5.6.1.5 Se repite tres veces como mínimo lo descrito en los puntos 5.6.1.2 a 5.6.1.4, para cada punto de calibración. 5.6.2 Procedimiento de calibración de material para contener/recibir (tipo IN). 5.6.2.1 Se determina la masa del instrumento a calibrar vacío y seco. 5.6.2.2 Se nivela ó se coloca verticalmente a una base donde se realiza la tarea de enrase, próximo a la comparadora. 5.6.2.3 Se llena hasta unos milímetros por encima de la indicación seleccionada cuidando no humedecer las paredes. 5.6.2.4 Utilizando una jeringa, pipeta o elemento similar, se realiza el enrase. El menisco debe quedar enrasado según 5.4.4 5.6.2.5. Se determina nuevamente la masa del instrumento lleno. 5.6.2.6. Se repite tres veces como mínimo lo descrito en los puntos 5.6.2.2 a 5.6.2.5. 5.6.3 Modo húmedo En recipientes para contener el recipiente se llena y vacía y luego se determina la masa del recipiente vacio estando este húmedo, luego se procede según 5.6.2.2 a 5.6.2.5. En recipientes para entregar también se humecta el recipiente llenándolo y vaciándolo, respetando tiempo de espera si lo hay, no se seca la parte que queda húmeda por encima de la línea de graduación a ensayar o el aforo, y se procede según 5.6.1.2 a 5.6.1.4. Este método se utiliza por ejemplo en casos donde no resulta práctico secar el instrumento antes de enrasarlo ó recipientes para entregar que en lugar de pesar el recipiente vacio se pesa lleno.

6. Cálculos

6.1 Calculo del volumen a la temperatura de referencia. Para cada punto de calibración, las determinaciones de volumen se realizan por la diferencia de masa entre el recipiente lle-no y vacío, corregido por el empuje del aire y por la expansión térmica de la medida, de acuerdo a:

( )( )refp

a

awvllT TTemmV

ref−−⋅

−⋅

−

⋅+−= αρρ

ρρ111)()(

Donde

mll : masa lleno de [g]

mv : masa vacio [g]

e: es la masa de agua evaporada durante la calibración [g]

T: es la temperatura de agua [ºC]

Tref : temperatura de referencia del instrumento [ºC], se asume que es de 20ºC si el instrumento o usuario del instrumento no indican lo contrario.

ρw: densidad del agua [g/cm3]

ρa : densidad del aire [g/cm3]

ρp: densidad de las pesas patrón. [g/cm3]

α: es el coeficiente de cúbico de expansión térmica del material [1/ºC]

6.2 Determinación de densidad del aire


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La densidad se determina utilizando la referencia 4.4 .

6.3. Determinación de la densidad del agua

En cada ciclo de pesada, se mide la temperatura del agua contenida en el recipiente receptor de líquido o en un recipiente similar al lado de este, caracterizando lo mejor posible la temperatura de toda la masa de agua. Con este fin la temperatura del agua se puede medir en distintas localizaciones dentro de la masa de líquido y con eso obtener un promedio.

A partir de la temperatura del agua se calcula la densidad aplicando la ecuación de Tanaka. (ref. 4.5)

Donde:

a1/ ºC1 = -3.983035 ± 0,00067

a2/ ºC = 301,797

a3/ ºC2= 522528,9

a4/ºC = 69,34881

a5/ (kg m-3) = 999,972

Al usar agua saturada de aire, se debe aplicar la siguiente corrección: tsskgm 103 )/( +=∆ −ρ

Donde 612,4)(10/ 33

0 −=−− kgms y 106,0)(10/ 33

1 =⋅ −− mkgs .

6.4 Estimación del volumen evaporado. En caso de que no se use tapa en el recipiente que contiene el líquido a pesar, se determina el volumen evaporado de agua, dejando el material destapado sobre una balanza, y registrando la variación de masa a intervalos regulares de tiempo. Se estima la pendiente de volumen evaporado por unidad de tiempo, y se multiplica dicha pendiente por la duración de la calibración

6.5. Incertidumbre (U) de medición

6.5.1 Componentes de la incertidumbre

Fuente de incertidumbre (xi)

Contribución de la fuente u (xi)

Coeficiente de sensibilidad

Diferencia de masa

U : Repetibilidad de las medi-ciones de la masa vacio y masa Lleno Up=Incertidumbre patrones S= Repetibilidad del compa-rador (s). R=Resolución de la balanza.

Densidad del Patrón Incertidumbre estándar ob-tenida del certificado= pu .

Densidad del Aire

Incertidumbre de la formula (ref 4.4) incertidumbre de la presión (P), humedad (H) y tempera-tura del aire (ta) (certificados de calibración de instrumetos e intervalos de variación)

Densidad del Agua U del instrumento de medi-ción de la Temperatura del

[ ])(1)()(120

refaw

ap

p

ttm

V−×−

−

−=

∂∂

αρρρρ

ρ

[ ])(1)(2

20ref

awp

a

p

ttmV

−×−−

=∂∂

αρρρ

ρρ

[ ])(1)(

)(2

20ref

aw

wp

pa

ttmV−×−

−

−=

∂∂

αρρ

ρρρρ

[ ])(1)()(2

20ref

aw

ap

pw

ttmV−×−

−

−−=

∂∂

αρρ

ρρρρ


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Temperatura del agua

agua, U de la formula de tanaka para la densidad del agua. Gradientes

Coeficiente de expansión volumétrica Fabricantes, norma αu.

Repetibilidad

Desviación media estándar.

R = S√n

Donde

( )∑= −

−=

n

i

ir n

VVs

1

2

1

1

Enrase Se calcula de forma geométri-ca, V=πr2×h ó por normas (ref 4.6).

1

6.5.2 Combinación y balance de incertidumbre. Para la combinación de estos componentes se parte del modelo indicado en 5.6. 6.1 y se utiliza el archivo informático pe-ma16V.xls A continuación se presenta, a modo de ejemplo, un caso típico de balance de incertidumbre, para matraz de 50 ml.

Cuando corresponda, se constatará que la incertidumbre alcanzada sea menor o igual a la tercera parte de la menor división o tolerancia dada para el instrumento.

7. Informe de los resultados

El certificado de calibración es elaborado de acuerdo a lo establecido en el manual de la calidad del INTI-Física y Metrología, incluyendo además cualquier dato o información que sea relevante.

8. Registros de la calidad.

Se conservan registros de las observaciones originales, copia de los certificados emitidos, como así también copia de la or-den de trabajo, salida de elementos y demás documentación relacionada, de acuerdo con el Manual de Calidad capítulo 11.

9. Apéndices

Nº APÉNDICE TÍTULO

1 Planilla de registro de datos.

2 Equipamiento utilizado

3 Planilla de registro de datos para microjeringas

Componente Símbolo Tipo Distrib Factor g.l (ciui)2 W-S % contribValor nominal VN 50,00 ml

Densidad de patrones ρp 8 g/cm3 BR R 1E-01 g/cm3 1,7 6E-02 g/cm3 50 9,4E-04 cm6/g 2,9E-09 2E-19 0,010%Coeficiente de expansión γ 1,0E-05 1/°C BR R 1E-05 1/°C 1,7 2E-07 1/°C 50 6,6E+01 ºCcm3 1,8E-10 6E-22 0,001%

presión hPa 1015,48 hPa BR R 10 1,7 5,8E+00 1,2E-06 1/hPa 6,9E-06temperatura t 20,1 C BR R 2 1,7 1,2E+00 -4,1E-06 1/C -4,7213E-06

humedad hr 42,0 % BR R 10 1,7 5,8E+00 -1,2E-07 g/cm3 -6,9431E-07formula 1,2E-07 1,0E+00 g/cm3 1,2026E-07

densidad del aire ρa 0,001203 g/cm3 BN N 9,7E-06 g/cm3 2,0 4,8E-06 g/cm3 50 4,4E+01 cm6/g 4,5E-08 4E-17 0,161%temperatura del agua t 18,68 °C BR R 0,5 °C 1,7 0,3 °C

densidad del agua ρ w 0,9985 g/cm3 BN N 1E-04 g/cm3 2,0 6,19E-05 g/cm3 50 5,0E+01 cm6/g 9,6E-06 2E-12 34,269%Evaporación e 0 g AN N 0,00 g 50 1,0026 cm3/g 0,00 0E+00 0,000%

pesada ∆m 49,8536 g AN N 0,0005 g 1 1,0026 cm3/g 2,3E-07 5E-14 0,812%Repetibilidad ml 0,001 ml 5 1 ml 2,2E-06 1E-12 7,814%

Enrase 0,008 ml 0,008 2,0 0,004 50 1 1,6E-05 5E-12 56,933%Resultado: volumen V 49,984 ml N 0,010 ml 2,0 0,005 ml 3E+02 100%

Valor estimado Intervalo (±) ui ci

)()()(20 ttmV

refaw

ap

p

−−

−=

∂∂

ρρρρ

ρα

−

−−=

∂∂

)()(20

aw

ap

p

mt

Vρρρρ

ρα

PEMA16V Apéndice 2: Diciembre 2017

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Planilla de datos:

ID : usuario: Fecha : Realizó: Elemento: fabricante: Nº serie : Diámetro: mm Estado: Bueno

Coef. Exp term: Valor nominal: ml Temp de refe: ºC Revisó: Resolución: EX: ___ IN:__ Húmedo ____ Seco Tiempo de drenaje ___ Tiempo de escurrimiento:

Pesadas Condiciones ambientales Volumen Ciclo. Patrón Incógnita Incógnita Patrón Patrón+sens Temp agua Presión H Temp. amb

( ml) ( g ) ( g ) ( g ) ( g ) ( g ) ºC hPa % ºC

-

Patrones utilizados Vacio Pesa sensibiliad g Lleno Pesa sensibiliad - -

Equipos utilizados I.D Balanza/Serie Nº : Patrones/ Serie Nº: Certif. de calib: I.D Termómetro para el líquido : Certif. de calib: Termómetro/hidrómetro/barómetro: Certif. de calib otros: Observaciones :


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Planilla de Equipos. Pesas Patrón de

: (1mg a 100 g), clase F1 Marca AINSWORTH. Denver.Colo.U.S.A.Nº de inventario I 003600.

Pesas Patrón de

: (1 mg a 2 Kg), clase F1 Marca SAUTER Nº inventario 039538017.

Balanzas Comparadoras de

: 210 g d= 0.01 mg Marca Sartorius modelo MC210S Nº Serie 80107824.

Balanzas Comparadoras deSerie 90204970, Inventario Nº 102C001378.

: 303 g d= 0.1 mg Marca Sartorius modelo BP301S,

Balanzas Comparadoras de

: 1 000 g d= 0.1 mg Marca Mettler Toledo, Nº inventario 039538004.

Balanza electrónica,

marca “AND”, modelo HF-400, capacidad máxima 410 g, resolución 0,001 g, desviación standard relativa referida a la carga máxima ± 2,5.10-6, número de serie 12828393.

Instrumentos de medición de Temperatura, Humedad y Presión

Equipo automático de toma de datos de los parámetros de TEMPERATURA, HUMEDAD RELATIVA Y PRESION ABSOLUTA dentro de la sala de balanzas “N39”..

:

- Temperatura: resolución 0,01 °C, incertidumbre 0,06 ° C, compuesto por 15 canales, modelo T15C1, número de serie 001.

- Humedad relativa: resolución 0,1 % incertidumbre ± 4 %, marca CENTER, modelo 311, numero de serie 991205560.

- Presión absoluta: resolución 0,01 mbar, incertidumbre 0,15 hPa, marca PAROSCIENTIFIC, modelo 1030ª-01, serie 85200.

- Termohigrómetro, marca TFA, identificado como DP-1, provisto de sensor interno y externo de temperatura con resolución 0,1 °C e incertidumbre 0,4 °C y sensor de humedad relativa con resolución 1% e incertidum-bre 4 %.

- Estación Meteorológica marca DAVIS instrument, modelo perception II. Número de serie PE60517A24.

- Termómetro digital FLUKE 1523, serie 9940026 y termoresistencia de platino PT100, envainada en un tubo de acero inoxidable, resolución 0,01 ºC incertidumbre ± 0,02 ºC

Instrumentos de medición, para determinar la temperatura del baño

- Termómetro digital Fluke 1523, resolución 0,01 ºC incertidumbre 0,02 ºC, Serie: 9940026 Destiladores de agua

,

- ROLCO, serie 40901, Nº inventario: 102C001732

- Equipo purificador de agua APEMA. Modelo Osmoion 5WFI, número de inventario 102C002073. - Conductímetro para verificar el grado de destilación del agua, marca METROHM HERISAU, modelo E518,

número de serie 011/00982.

Nivel, lupa, soporte, pipetas, vasos de precipitado para contener el agua destilada, perita de goma para aspirar, plomada, papel adecuado.

Otros instrumentos


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Calibración volumen para entregar - micro volúmenes

OT/RUT/OTI/: Usuario: Fecha:

Marca: Serie N°: Vol. Nominal: Resolución:

IN: ____ EX: ___ Seco: __ Húmedo:___ Tiempo de drenaje: Tiempo de escurrimiento:

Realizo: Reviso:

Observaciones: tiene tapa el contenedor para recibir si no. Otras:

Temp.ºC

Humedad % Presión. hPa Temp.C Humedad. % Presión. hPa

Inicial

Inicial

final final

Valor verificado: Valor verificado:

N° de ciclo

Masa inicial (……)

Masa final (……)

Tagua º C

Tiempo s.

N° de ciclo

Masa inicial (……)

Masa final (……)

Tagua º C

Tiempo s.

Determinación de la evaporación

Masa inicial Masa final Tiempo transcurrido Masa inicial Masa final Tiempo transcurrido

Información Instrumentos utilizados en la calibración:

Balanza/ ID/PCMA:

Termohigrómetro/barómetro ID/OTI :

Termómetro agua ID/OTI:

Otros:

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