Precisión de la medición – Cercanía de la medición al valor verdadero

Definición

Precisión de la medición es el grado de cercanía de un valor medido o calculado al valor verdadero de la cantidad que se mide. En metrología, según la definición del Vocabulario Internacional de Metrología (VIM, JCGM 200:2012), es “la cercanía del acuerdo entre el resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando”. Dado que el valor verdadero suele ser desconocido, se utilizan patrones de referencia certificados o las mejores estimaciones como aproximaciones al valor verdadero.

La precisión es un concepto cualitativo: describimos las mediciones como de alta o baja precisión, sin asignar un número a la “precisión” en sí. En su lugar, se utilizan valores numéricos de error o incertidumbre para cuantificar cuán cerca es probable que esté una medición del valor verdadero. Esta distinción es crítica en campos regulados como la aviación, donde el Anexo 5 de la OACI enfatiza la corrección de las unidades y la trazabilidad para la integridad de la medición.

Punto clave:

• La precisión se refiere a la corrección (cercanía al valor verdadero), no a la consistencia (repetibilidad).

Fundamentos teóricos

El concepto de precisión se basa en la diferencia entre el valor verdadero (que es incognoscible en la práctica) y el valor medido obtenido de un instrumento o proceso. El error en una medición es:

[ \text{Error} = \text{Valor medido} - \text{Valor verdadero} ]

Tipos de error:

• Error sistemático: Error consistente y repetible debido a sesgo del instrumento o del método.
• Error aleatorio: Variaciones impredecibles de una medición a otra.

En la práctica, el valor verdadero se aproxima utilizando un valor de referencia o un patrón certificado. Organismos regulatorios como la OACI exigen que todas las mediciones en aviación sean trazables a estos patrones, garantizando precisión y seguridad.

Precisión vs. Exactitud

Precisión es cuán cerca está una medición del valor verdadero (corrección sistemática).
Exactitud es cuán estrechamente coinciden las mediciones repetidas entre sí (repetibilidad).

Ejemplo

• El altímetro reporta la altitud correcta cada vez: Preciso y exacto.
• El altímetro siempre marca 100 pies de más, pero es consistente: Exacto, no preciso.
• Las lecturas del altímetro varían mucho alrededor del valor verdadero: Preciso en promedio, pero no exacto.

Precisión vs. Incertidumbre

• Precisión es cualitativa: describe la cercanía al valor verdadero.
• Incertidumbre es cuantitativa: describe el rango de valores posibles (el intervalo de confianza).

Un resultado de medición siempre debe informarse con su incertidumbre:

[ \text{Valor medido} \pm \text{Incertidumbre de la medición} ]

Ejemplo:
Un indicador de combustible marca 10,000 kg ± 200 kg. La incertidumbre cuantifica cuánta duda existe sobre el valor verdadero, mientras que la precisión describe cuán cerca está esta lectura de la carga real de combustible.

Tipos y fuentes de error

• Error sistemático: Sesgo consistente (ej. instrumentos mal calibrados).
• Error aleatorio: Fluctuaciones estadísticas (ej. ruido eléctrico).
• Errores groseros: Errores graves debidos a fallos humanos o del equipo.

[ \text{Error total} = \text{Error sistemático} + \text{Error aleatorio} ]

En la aviación:

• Los errores sistemáticos se minimizan mediante calibración y controles de procedimiento.
• Los errores aleatorios se reducen promediando mediciones o mejorando el equipo.
• Los errores groseros se previenen mediante capacitación y validación.

Cuantificación y evaluación de la precisión

Aunque la precisión en sí es cualitativa, el error y la incertidumbre sí se cuantifican:

• Error:
  [ \text{Error} = \text{Valor medido} - \text{Valor de referencia} ]
• Error porcentual:
  [ \text{Error porcentual} = \left| \frac{\text{Valor medido} - \text{Valor de referencia}}{\text{Valor de referencia}} \right| \times 100% ]
• Especificación del instrumento:
  • Precisión a escala completa: ±0.5% del valor máximo.
  • Precisión de lectura: ±0.5% del valor mostrado.

Ejemplo:
Si una balanza con precisión de ±1% marca 500 kg, el valor real está entre 495 y 505 kg.

Ejemplos prácticos y analogías

Analogía del tablero de dardos

• Alta precisión y exactitud: Dardos agrupados en el centro.
• Alta precisión, baja exactitud: Dardos dispersos, promedio en el centro.
• Baja precisión, alta exactitud: Dardos agrupados fuera del centro.
• Baja precisión, baja exactitud: Dardos dispersos lejos del centro.

Termómetro

Si la temperatura real es 25,0°C:

• Lecturas de 25,0, 25,1, 25,0, 25,0: Preciso y exacto.
• Lecturas de 27,0, 27,1, 26,9, 27,0: Exacto, no preciso (error sistemático).

Ejemplo en aviación

Una llave dinamométrica diseñada para 100 Nm:

• Lecturas repetidas de 100,0, 99,9, 100,1, 100,0: Preciso y exacto.
• Lecturas repetidas de 102,0, 102,0, 102,1: Exacto, no preciso.

Aplicaciones y casos de uso

Investigación científica

Una medición precisa garantiza que los resultados de investigación sean válidos y repetibles. Por ejemplo, concentraciones químicas, constantes físicas y diagnósticos médicos dependen de alta precisión.

Control de calidad industrial

La fabricación y el ensamblaje requieren mediciones precisas para tolerancias de piezas y cumplimiento del producto. En aeronáutica, mediciones imprecisas pueden comprometer la integridad estructural.

Ingeniería y metrología

Las obras de construcción e infraestructura (como pistas de aeropuertos) requieren levantamientos y mediciones de materiales precisos para garantizar seguridad y funcionalidad.

Aviación

Los instrumentos de altitud, velocidad, combustible y navegación deben cumplir estrictos estándares de precisión. El Anexo 10 de la OACI establece precisiones requeridas para:

• VOR: ±2° de azimut
• DME: ±0,2 milla náutica
• GNSS: ±7,6 metros (aproximación no precisa)

Mejora de la precisión de la medición

Calibración

La calibración periódica con patrones rastreables es la mejor defensa contra la pérdida de precisión. La normativa aeronáutica exige intervalos de calibración documentados y trazabilidad.

Minimización de errores sistemáticos

• Utilizar procedimientos estandarizados.
• Mantener y limpiar los instrumentos.
• Capacitar a los operadores.
• Identificar y corregir sesgos conocidos (ej. compensación por temperatura).

Reducción de errores aleatorios

• Promediar varias mediciones.
• Controlar las condiciones ambientales.
• Usar equipos de alta calidad.

Análisis de incertidumbre

Siempre acompañe los resultados de medición con una estimación de incertidumbre, siguiendo directrices internacionales (ej. ISO/IEC Guide 98-3, “GUM”).

Resumen

La precisión de la medición es fundamental para la seguridad, la calidad y el cumplimiento en las operaciones técnicas de la aviación, la industria, la ciencia y la medicina. Es la evaluación cualitativa de cuán cerca está una medición del valor verdadero, diferenciándose de la exactitud (repetibilidad) y la incertidumbre (confianza cuantificada). Alcanzar y mantener una alta precisión de medición implica calibración, procedimientos rigurosos, análisis de errores e informe de incertidumbre—prácticas exigidas por organismos regulatorios y los mejores estándares metrológicos.

Para las organizaciones que buscan garantizar la integridad de las mediciones, la calibración regular, una sólida gestión de errores y un reporte claro de la incertidumbre son esenciales para la excelencia operativa y el cumplimiento normativo.