En el mundo de la metrología, la exactitud no es solo una meta, es una necesidad. Cada instrumento de medición, sin importar su sofisticación, está sujeto a variaciones que pueden afectar la exactitud de sus mediciones a lo largo del tiempo.
Estas variaciones, conocidas como deriva, son inevitables pero manejables si se comprenden y evalúan adecuadamente. La incertidumbre de la deriva es un factor crítico que puede impactar significativamente la confiabilidad de los datos obtenidos, por lo que su evaluación correcta es esencial para cualquier laboratorio que dependa de mediciones precisas y veraces.
Hoy exploraremos cómo podemos evaluar de manera efectiva la incertidumbre de la deriva, utilizando diferentes métodos según la cantidad de datos de calibración disponibles.
Desde métodos basados en un único informe de calibración hasta enfoques que consideran múltiples informes para capturar tendencias a largo plazo, te guiaré a través de las estrategias para manejar esta componente crucial de la incertidumbre de medición.
Equipados con esta comprensión, los profesionales del laboratorio pueden garantizar que sus mediciones son tanto precisas como confiables. Preparémonos para sumergirnos en el fascinante mundo de la deriva y aprender cómo mantener bajo control uno de los mayores desafíos en la medición.
¡Aquí vamos!
¿Qué es exactamente la deriva?
Imagina que estás midiendo algo con un instrumento que siempre debería darte el mismo resultado bajo las mismas condiciones. Pero, con el tiempo, notas que las lecturas cambian un poco, aunque las condiciones sean las mismas.
Eso es la deriva. Puede ser causada por un montón de cosas, como cambios en la temperatura, la humedad, la presión o simplemente porque el instrumento está envejeciendo. Y no discrimina, puede hacer que las lecturas aumenten o disminuyen.
El vocabulario Internacional de Metrología la define así:
4.21 (5.16)
deriva instrumental, f
variación continua o incremental de una indicación a lo largo del tiempo, debida a variaciones de las características metrológicas de un instrumento de medida
NOTA: La deriva instrumental no se debe a una variación de la magnitud medida, ni a una variación de una magnitud de influencia identificada.
Traducción del JCGM 2008.
Ahora que sabemos qué es la deriva, hablemos de cómo y cuándo deberías evaluarla para mantener la confianza en tus mediciones. Aquí van algunas situaciones clave en las que es crucial echarle un ojo a este fenómeno travieso:
1. Cada vez que calibres tu equipo: Este es un momento perfecto para revisar si ha habido algún cambio significativo en las respuestas de tu instrumento.
2. Cuando estimes la incertidumbre: Ya que estás evaluando cuán exactas son tus mediciones, incluir la deriva en esta estimación te dará un panorama más completo.
3. Al actualizar tus presupuestos de incertidumbre: Como parte de mantener tus metodologías analíticas al día, considerar la deriva te ayuda a ajustar tus expectativas y resultados.
En cuanto al tiempo, hay unos intervalos comunes que te pueden servir como referencia:
- Anualmente: Es un buen ritmo para muchos entornos, especialmente si tus mediciones son críticas.
- Según el intervalo de calibración recomendado por el fabricante o tu programa de aseguramiento metrológico: Esto garantiza que te mantienes alineado con las especificaciones de tus instrumentos y estándares.
- Durante el período de validez del instrumento: Esencialmente hasta que el instrumento llegue a su fecha de expiración o se considere obsoleto.
¿Por qué es tan importante tomarse el tiempo para evaluar la incertidumbre de la deriva?
Bueno, pensar en la deriva es fundamental porque puede afectar significativamente la exactitud de tus mediciones. Si no la tienes en cuenta, podrías subestimar la incertidumbre real de tus resultados.
Esto no solo puede llevar a errores en tus análisis, sino que también puede afectar la calidad y confiabilidad de tu trabajo en general.
Por lo tanto, asegúrate de incluir la deriva en el cálculo del presupuesto de incertidumbre de tus metodologías. Aunque pueda parecer un detalle menor, en el mundo de la metrología, cada pequeño cambio cuenta y puede tener un impacto grande.
Causas de la deriva
Factores internos:
- Envejecimiento del equipo: Sí, los instrumentos también envejecen, y con el tiempo pueden perder exactitud.
- Componentes desgastados: Como cualquier máquina, partes que se desgastan afectan el funcionamiento general.
- Cambios en las características del material: Incluso los materiales de los que están hechos los instrumentos pueden cambiar, afectando su rendimiento.
Factores externos:
- Cambios en la temperatura, humedad y presión: Estos elementos ambientales pueden influir mucho en cómo actúa un instrumento.
- Vibraciones y campos electromagnéticos: A veces, el entorno es tan influente como el equipo en sí.
Ahora que sabemos qué puede causar la deriva, veamos cómo podemos medir esta traviesa característica y su incertidumbre asociada. Aquí te dejo un par de métodos que puedes emplear para evaluar la incertidumbre de la deriva, especialmente útiles cuando revisas los resultados de las calibraciones pasadas.
Métodos para evaluar la Incertidumbre de la deriva
Deriva desde la última calibración:
Este es un enfoque bastante directo. Simplemente mira los dos últimos informes de calibración de tu instrumento y calcula la diferencia entre los resultados reportados. Esta diferencia te da una medida directa de cuánto ha cambiado el instrumento, lo que te permite estimar la incertidumbre relacionada con esa deriva.
Existen dos métodos de acuerdo a los datos de calibración disponibles:
Método A (Valores de referencia iguales)
Este método se usa cuando los valores de referencia en ambos informes de calibración son iguales. Aquí, la incertidumbre de la deriva se puede calcular usando la siguiente fórmula:
Donde,
UD – Incertidumbre debida a la deriva
y2 – resultado de calibración más reciente
y1 – resultado de calibración previo
Ejemplo:
Se obtienen los valores de calibración de los dos últimos años para un horno que requiere estar a 104°C + 1°C, de acuerdo con la especificación del método:
La incertidumbre debido a la deriva será:
UD= I 0.40°C – 0.32°C I = 0.08 °C
Método B (Valores de referencia diferentes):
Cuando los informes de calibración muestran valores de referencia que no coinciden, el análisis de la deriva se complica un poco, pero aún así es manejable. Para este escenario, utilizamos un método que nos permite ajustar por las diferencias en los valores de referencia.
Para este método, necesitas calcular la incertidumbre considerando que los valores de referencia entre las calibraciones han cambiado. Esto implica un análisis más detallado que simplemente restar un resultado de otro, como en el Método A.
La fórmula que se utiliza para este cálculo es la siguiente:
Donde,
UD – Incertidumbre debida a la deriva
yi2 – Resultado de calibración más reciente
yref2 – Valor de referencia más reciente
yi1 – Resultado de calibración previo
yref1 – Valor de referencia previo
Ejemplo:
Se obtienen los valores de calibración de los dos últimos años para un termómetro digital de laboratorio. Los resultados en diferentes puntos son:
La incertidumbre debido a la deriva, para la temperatura cercana a 20°C será:
UD= I (20,14°C – 20,08°C) – (20,12- 20,09) I = 0.021 °C
Una vez que has calculado el valor de la incertidumbre de la deriva (UD), ya sea por el método A o el B, es crucial que actualices tu presupuesto de incertidumbre. Este paso no es algo que hagas una sola vez y te olvides; más bien, deberías revisar y ajustar este presupuesto cada vez que recalibres el equipo.
Esto garantiza que siempre tengas una imagen precisa de la capacidad de tus instrumentos para proporcionar resultados confiables.
Los métodos que te hemos contado para evaluar la incertidumbre de la deriva tienen varias ventajas. Son accesibles y no requieren que seas un experto metrólogo para aplicarlos efectivamente. Además, te ayudan a estimar la Capacidad de Medición y Calibración (CMC), lo cual es un punto crucial en la metrología.
La Vocabulario Internacional de Metrología VIM incluso considera estos cálculos como una manera exacta —aunque no infalible— de estimar la incertidumbre de la deriva.
Sin embargo, es importante ser consciente de los posibles contras. Utilizar estos métodos puede llevar a un alto riesgo de exagerar o subestimar la incertidumbre si no se tiene cuidado. Además, puede que estos cálculos no reflejen completamente las tendencias de desempeño a largo plazo del equipo.
Esto significa que, posiblemente, necesites revisar y actualizar los presupuestos de incertidumbre con más frecuencia de lo que esperabas.
Deriva promedio a lo largo del tiempo
Si optamos solo por el método de la deriva desde la última calibración, podríamos encontrarnos con un problema: el riesgo de que las variaciones significativas de la deriva no se reflejen adecuadamente debido a que los periodos entre calibraciones pueden ser relativamente cortos comparados con el tiempo de operación real del instrumento.
Esto puede llevar a cambios en la Capacidad de Medición y Calibración (CMC) del laboratorio que no se detectan hasta la siguiente calibración, además de los inconvenientes ya mencionados con el método anterior.
Para hacer frente a estos desafíos y reducir el riesgo de sobrestimar o subestimar la incertidumbre debida a la deriva en el tiempo, conviene realizar evaluaciones de la incertidumbre que consideren un periodo más largo.
La norma ISO/IEC 17025, en el numeral 7.7, recomienda registrar los datos de manera que podamos identificar tendencias a lo largo del tiempo. La identificación de tendencias no es efectiva si sólo se basa en dos puntos de datos.
Cuantos más datos recopilemos, más claro será el panorama y más fiables serán nuestras estimaciones de tendencia.
Para aplicar este método, necesitas tener a mano los resultados de las tres últimas calibraciones de tu instrumento. De cada calibración, tomas en cuenta únicamente el valor medido por el instrumento, junto con la fecha y el número de días entre cada calibración.
Con estos datos, puedes desarrollar una expresión matemática que te permitirá calcular la deriva promedio sobre el periodo considerado. La expresión general que podrías utilizar es:
Donde,
UD = Incertidumbre debida a la deriva (deriva a lo largo del tiempo)
yi = Resultado de calibración más reciente
yi -1 = Resultado de calibración previa
ti = Fecha de última calibración
ti -1 = Fecha de calibración previa
n= Número de evaluaciones de la deriva en el tiempo (si son 3 calibraciones = 2 evaluaciones
I= Intervalo de calibración en días
Ejemplo:
Se obtienen los valores de calibración de los tres últimos años para un termómetro digital de laboratorio, a una temperatura de calibración de 4°C. Los resultados son:
Debes obtener la deriva entre 2022 y 2023 restando el valor obtenido en 2022 del valor obtenido en 2023. Luego divides por el número de días entre calibraciones y obtienes la tasa deriva/ días entre 2022 y 2024 (tasa 1).
Haces lo mismo con los datos entre 2023 y 2024 (tasa 2). Luego calculas el promedio entre la tasa 1 y tasa 2. Este valor lo multiplicas por el número de días promedio entre la primera fecha y la última fecha de calibración y así obtienes el valor de la incertidumbre anual debida a la deriva:
Este método te ayuda a obtener un promedio de cuánto ha cambiado el instrumento por día, lo que proporciona una perspectiva más estable y continua de la deriva a lo largo del tiempo.
Al integrar más puntos de datos, esta metodología ofrece una visión más completa y precisa del comportamiento del instrumento, ayudándote a ajustar mejor tu presupuesto de incertidumbre y a garantizar la calidad de las mediciones en tu laboratorio.
Deriva basada en especificaciones
Consideraciones claves según la GUM (Guía para la Expresión de la Incertidumbre en la Medición)
La GUM nos recuerda que no existe una diferencia fundamental entre las incertidumbres originadas por efectos aleatorios y aquellas que provienen de correcciones por efectos sistemáticos.
La guía aboga por una evaluación de incertidumbre que sea realista más que «segura» o «conservadora».
De hecho, se desaconseja la sobreestimación deliberada de la incertidumbre, ya que podría llevar a decisiones inapropiadas como la adquisición de equipos más caros de lo necesario o el rechazo indebido de productos o servicios.
Aplicación del método
Para usar este método, se deben hacer las siguientes suposiciones sobre el desempeño del equipo:
1. El desempeño del equipo permanece dentro del intervalo de tolerancia entre calibraciones.
2. El rendimiento del equipo es impredecible entre los límites de tolerancia superior e inferior.
Esta aproximación es especialmente útil para equipos nuevos o aquellos que solo han sido calibrados una vez, aunque puede ser menos fiable para equipos que han pasado por múltiples calibraciones y cuya tendencia puede ser evaluada de manera más efectiva.
Riesgos de la sobrestimación
Aunque esta metodología es ampliamente recomendada por fabricantes y organismos de acreditación debido a su simplicidad y a que tiende a evitar la subestimación de la incertidumbre, su uso podría llevar a una sobrestimación significativa de la incertidumbre real.
Esta sobrestimación podría resultar en un número mayor de rechazos al aplicar la regla de decisión.
Ejemplo práctico
Supongamos que estás evaluando la incertidumbre de la deriva basada en la tolerancia obtenida en los certificados de calibración. La fórmula es:
UD = (LST- LIT) / 2
Donde,
UD = Incertidumbre de la deriva
LST = Límite superior de la tolerancia
LIT = Límite Inferior de la tolerancia
En un certificado de calibración de un medidor de corriente tenemos los siguientes datos:
UD = (10.007mA – 9.993mA) /2 = 0.007mA
Es igual al valor de la tolerancia obtenida para ese nivel de medición. Finalmente, debes incorporar este valor a tu presupuesto de incertidumbre.
Métodos a utilizar según la cantidad de datos disponibles
La selección del método más adecuado para evaluar la incertidumbre de la deriva dependerá del número de informes de calibración que tengas a mano:
Un informe de calibración: En este caso, es recomendable utilizar la evaluación basada en las especificaciones, tolerancias, o el Error Máximo Permitido (EMP).
Este es considerado un método seguro según la GUM, ya que se basa en datos provistos por el fabricante o los estándares aplicables. El riesgo de usar este método es bajo porque proporciona una estimación conservadora de la incertidumbre.
Dos informes de calibración: Aquí puedes aplicar el método de la deriva desde la última calibración.
Este método evalúa la variación entre dos puntos en el tiempo y puede ser riesgoso porque hay una probabilidad alta de subestimar la incertidumbre real, especialmente si la deriva del instrumento no es lineal o es influenciada por factores externos no constantes.
Tres o más informes de calibración: Es aconsejable utilizar el método de la deriva promedio en el tiempo. Este enfoque permite una mejor visión de las tendencias a largo plazo y puede ofrecer una imagen más precisa de cómo cambian los instrumentos a lo largo del tiempo.
Sin embargo, al igual que el método anterior, también presenta un riesgo alto de error si no se manejan adecuadamente los datos o si las condiciones de medición cambian significativamente entre calibraciones.
Conclusión
La incertidumbre de la deriva es un componente crucial en la evaluación de la incertidumbre total de un método de medición y no debe ser ignorada. Los métodos descritos proporcionan diferentes maneras de evaluar esta incertidumbre, dependiendo de la cantidad y calidad de los datos disponibles.
Esta guía ofrece un camino claro sobre cómo abordar la incertidumbre de la deriva utilizando distintos enfoques. Al seguir los pasos y utilizar las fórmulas proporcionadas, puedes determinar con mayor exactitud la incertidumbre asociada con los instrumentos que utilizas en tu laboratorio.
Al integrar estas estimaciones en tu presupuesto de incertidumbre, estarás mejor equipado para garantizar la confiabilidad de tus mediciones.
