Calibración del caudal: caudalímetros, muestreadores y condiciones

Para comparar dos caudales no basta con la misma unidad: también deben coincidir fluido, base de expresión y condiciones declaradas. Un valor en L/min a condiciones reales no es directamente comparable con otro referido a una temperatura y presión determinadas. La calibración debe identificar qué mide el instrumento y qué relación establece; ajustarlo simplemente a la lectura deseada no conserva esa evidencia.

1. Definir caudal, fluido y cadena

El caudal volumétrico es volumen por unidad de tiempo; el caudal másico es masa por unidad de tiempo. La relación es q_m = ρQ, donde la densidad ρ corresponde al fluido y a las condiciones del caudal volumétrico Q. Especifica gas o líquido, composición, intervalo y modo de funcionamiento. Una unidad como kg/h expresa masa; L/min expresa volumen, aunque el dispositivo se denomine comercialmente «másico».

En gases, un sensor puede determinar caudal másico y mostrarlo como volumen equivalente a las condiciones configuradas. Para líquidos, temperatura y propiedades del fluido siguen siendo relevantes: la conversión gaseosa del ejemplo no es un modelo universal para líquidos. Viscosidad, densidad y principio de medida pueden limitar la transferencia de una calibración a otro fluido.

Identifica sensor, indicador, canal de adquisición, ajustes, accesorios y versión de configuración. Distingue consigna de la bomba, indicación de caudal y valor registrado. Una prueba de pantalla o simulación eléctrica no incluye necesariamente la medida física del flujo.

2. Explicitar las condiciones

Para un caudal a condiciones reales, indica dónde y a qué temperatura y presión se define el volumen. Para un caudal de referencia, declara temperatura, presión absoluta, composición y convención seca o húmeda. «Estándar», «normalizado», sccm o SLPM sin estos datos no eliminan la ambigüedad: no asignes automáticamente la misma temperatura a distintos instrumentos.

Para un gas de composición constante, sin fugas ni acumulación entre secciones y en régimen estacionario, la conservación de masa permite escribir Q_r = Q_a(p_a/p_r)(T_r/T_a)(Z_r/Z_a). Los subíndices a y r representan condiciones reales y de referencia; Z es el factor de compresibilidad. Usa presiones absolutas en la misma unidad y temperaturas en kelvin. No introduzcas directamente °C ni presiones relativas.

Suponer Z = 1 requiere justificación respecto a la incertidumbre necesaria. Si cambia la composición o el contenido de agua, esa relación no basta sin un modelo adecuado. La temperatura pertinente es la del gas, no automáticamente la del ambiente. Documenta además si el instrumento ya aplica una conversión: repetirla puede generar un error.

3. Tabla de comparabilidad

Esta tabla original ayuda a preparar el servicio y revisar lecturas aparentemente discordantes. Complétala antes de calcular una desviación.

Selecciona una referencia adecuada al intervalo y al fluido, con incertidumbre útil para la decisión. Los sistemas pueden basarse en volumen y tiempo, recogida de masa, presión-volumen-temperatura-tiempo o comparación con patrones de transferencia. El nombre del principio no asigna por sí solo una incertidumbre: cuentan realización, condiciones, correcciones y estabilidad de la referencia en uso.

4. Conexión y adquisición

Evalúa la estanqueidad y todo el recorrido. Insertar una referencia en serie puede añadir una restricción y cambiar la presión o el rendimiento de la bomba. En muestreadores, accesorios y medio de recogida influyen en la pérdida de carga; una configuración de ensayo diferente necesita justificación. Conserva un esquema con sentido del flujo y ubicación de sensores, sin suponer caudales volumétricos iguales en secciones a distinta presión.

Utiliza medios y conexiones compatibles, dentro de los límites de los componentes y con aislamiento autorizado. No desconectes líneas presurizadas ni introduzcas gases o contaminantes no previstos. Evita contaminar referencia e instrumento; los filtros que se utilicen deben ser compatibles con el método y la pérdida de carga evaluada.

Define estabilización, puntos y repeticiones según tecnología, uso y objetivo de incertidumbre. Registra valores originales, condiciones y tiempos en intervalos comparables. Una meseta estable en pantalla no demuestra ausencia de pulsaciones; un promedio prolongado puede ocultar variaciones relevantes. Cuando corresponda, verifica escala de señal, integración del volumen, temporizador, inicio/parada y datos exportados.

5. Resultados y decisión

Calcula e = indicación − referencia tras llevar ambos valores a la misma base; la corrección correspondiente es c = −e. Informa puntos, unidades y condiciones. Un factor obtenido en un punto no se extiende a todo el intervalo sin evidencia; comparar con la consigna no sustituye conocer el caudal real.

El presupuesto puede incluir referencia en uso, repetibilidad, resolución, estabilidad, fugas, presión, temperatura, densidad o modelo del gas y adquisición temporal. Evita duplicar contribuciones ya incluidas y considera correlaciones. Para el volumen integrado, evalúa también duración, sincronización y variación del caudal: la incertidumbre del caudalímetro por sí sola no siempre describe el resultado completo.

Distingue incertidumbre típica u e incertidumbre expandida U = ku, declarando k. La conformidad requiere un criterio y una regla de decisión acordados antes del ensayo. Separa resultados iniciales, ajustes autorizados y resultados posteriores; no reconstruyas el estado inicial a partir del final.

6. Caso simulado: dos bases de expresión

Una referencia indica 100,00 L/min de gas seco a condiciones reales de 298,15 K y 95,000 kPa absolutos. El dispositivo expresa el volumen a 293,15 K y 101,325 kPa absolutos. Suponemos, solo para este ejemplo, composición idéntica, régimen estacionario, ausencia de fugas y Z_r/Z_a = 1.

La conversión da 100,00 × (95,000/101,325) × (293,15/298,15) = 92,1854 L/min, redondeados a 92,19 L/min. Comparar directamente 100,00 y 92,19 sugeriría una desviación aproximada de 7,81 L/min debida a la base elegida. El cálculo explica la diferencia; no demuestra conformidad porque faltan incertidumbre y criterio aplicable.

En 20,00 minutos, suponiendo caudal constante y despreciando la incertidumbre únicamente para ilustrar el cálculo, el volumen es 2 000,0 L a condiciones reales o unos 1 843,7 L a las de referencia. Denominar ambos simplemente «litros muestreados» haría ambiguo el denominador de una concentración. Si el caudal varía, hace falta una estimación justificada de su integral temporal.

El control del caudal no demuestra eficiencia física de recogida, recuperación biológica ni corrección del recuento de partículas. Vincula informe, configuración y volumen con la decisión de uso. Amplía trazabilidad metrológica, incertidumbre y calibración de presión en el hub de metrología.

7. Fuentes y alcance

Verificación: 1 de octubre de 2026. Tabla y caso son originales de GuideGxP. Las condiciones y programas de publicaciones concretas no son obligaciones NCF universales.

1. Wright, Nakao, Johnson y Moldover, Gas flow standards and their uncertainty, Metrologia 60 (2023), 015002 — modelos y contribuciones metrológicas; texto íntegro consultado.
2. NIST SP 250-80, noviembre de 2009 — publicación técnica sobre el sistema WGFS y sus condiciones declaradas, no una norma general.
3. INRS MétroPol, Principe général et mise en œuvre pratique du prélèvement, versión 3.1, enero de 2026 — verificación del caudal en higiene ocupacional; sus tolerancias o intervalos no se trasladan a laboratorios NCF.