Rango, distancia o intervalo de valores en la medición

1. Rango

Rango en la medición es el intervalo completo entre los valores más bajo y más alto que un instrumento o sensor puede detectar, mostrar o entregar de manera confiable. Es una especificación fundamental en cualquier campo relacionado con la medición cuantitativa, como temperatura, presión, voltaje, fuerza, desplazamiento o caudal.

El rango normalmente se divide en:

• Rango de entrada: Las señales físicas o eléctricas mínimas y máximas que un instrumento puede aceptar (ej.: 0–10 bar, 0–100°C, –20 V a +20 V).
• Rango de salida: Las señales de salida mínimas y máximas correspondientes (ej.: 4–20 mA, 0–10 V).

El Valor Superior del Rango (URV) y el Valor Inferior del Rango (LRV) definen los límites de este intervalo.

Una comprensión y aplicación correctas del rango aseguran:

• Las lecturas de los instrumentos se mantienen dentro de la capacidad funcional del dispositivo.
• Seguridad e integridad de datos en industrias reguladas (ej.: ICAO Anexo 5 para aviación).
• Prevención de mediciones fuera de rango inferior (por debajo del LRV) y superior (por encima del URV), que pueden causar datos inexactos o daños en el hardware.

Ejemplo Práctico

Un banco de pruebas de motores a reacción utiliza un indicador digital de temperatura con un rango de –50°C a +1500°C. Si el proceso excede estos límites, el indicador puede entregar resultados erróneos o fallar. Los instrumentos de calidad suelen incluir advertencias de sobre-rango o apagado automático, pero estas funciones no sustituyen una selección y uso adecuados.

Los fabricantes especifican los rangos según normas internacionales (como IEC 61298). Siempre consulte los certificados de calibración y las hojas de datos para verificar los valores de rango y asegurar el cumplimiento y la trazabilidad.

2. Intervalo (Span)

El intervalo (span) es la diferencia entre los valores superior e inferior del rango:

[ \text{Intervalo} = \text{URV} - \text{LRV} ]

• El intervalo siempre es positivo y cuantifica la “amplitud” de la ventana de medición.
• El intervalo afecta la resolución y sensibilidad del instrumento; intervalos más estrechos aumentan la sensibilidad y precisión.
• Algunos instrumentos permiten ajustar el intervalo para adaptarse a los requisitos del proceso (ej.: configurar un transmisor de 0–100 bar para operar entre 40–60 bar y mejorar la precisión).

Durante la calibración, el intervalo se establece usando patrones trazables. Ajustes incorrectos del intervalo pueden introducir errores (ej.: no linealidad, desplazamiento) y comprometer la confiabilidad de la medición.

Casos de Uso Típicos

• Un transductor de presión para aeronaves con rango de 0–1000 hPa puede ajustarse a un intervalo de 900–1100 hPa para mejorar la granularidad en el cálculo de altitud.
• Medidores de caudal industriales o balanzas suelen usar intervalos que no comienzan en cero (cero suprimido) para enfocarse en valores de proceso relevantes.

3. Rango de medición

El rango de medición es la parte del rango total en la que la precisión y repetibilidad del instrumento están garantizadas, según certifica el fabricante o la entidad de calibración.

• Solo dentro del rango de medición los límites de error e incertidumbre están controlados.
• Un instrumento puede mostrar valores fuera del rango de medición, pero esas lecturas no son confiables.

Ejemplo:
Un voltímetro digital puede tener un rango de –20 V a +20 V pero un rango de medición certificado de –10 V a +10 V. Las lecturas fuera del rango certificado no tienen precisión garantizada.

Las normas regulatorias (ej.: IEC 61298, ISO 10012, ICAO Anexo 5) requieren que el rango de medición sea claramente definido y trazable, especialmente en aplicaciones críticas para la seguridad o la calidad.

Consejo de selección: Elija siempre instrumentos cuyo rango de medición cubra completamente los valores esperados de su proceso, con un margen de seguridad.

4. Terminología y conceptos relacionados

4.1. Escala y rango de escala

• Escala: Las marcas graduadas o valores digitales que muestra un instrumento.
• Rango de escala: El intervalo entre los valores más bajo y más alto mostrados en la escala.

El rango de escala puede exceder el rango de medición certificado para advertir sobre situaciones fuera de rango. Siempre distinga entre lo que se muestra (rango de escala) y lo que está certificado en cuanto a precisión (rango de medición).

4.2. Valor Inferior (LRV) y Superior (URV) del Rango

• LRV: El valor más bajo en el rango o rango de medición del instrumento.
• URV: El valor más alto en el rango o rango de medición.

LRV y URV se usan para calcular el intervalo y configurar transmisores analógicos/digitales (ej.: mapeo de 0 bar a 4 mA y 10 bar a 20 mA).

4.3. Rango con cero suprimido

Se utiliza cuando el LRV está por encima de cero. Esto enfoca la medición en una ventana específica del proceso, mejorando la resolución y evitando lecturas bajas irrelevantes (ej.: balanzas que miden solo de 100 a 2000 kg).

4.4. Rango de salida

Define el rango de señal eléctrica o digital que corresponde al rango de entrada o de medición (ej.: 4–20 mA, 0–10 V). Un escalado correcto asegura la transferencia precisa de datos a controladores o registradores.

4.5. Rango del indicador

El conjunto completo de valores que la pantalla puede mostrar. Puede ser más amplio que el rango de medición, pero solo las lecturas dentro del rango de medición están certificadas como precisas.

5. Ejemplos prácticos y casos de estudio

Caso de estudio 1: Transductor de presión

Un transductor con rango de entrada de 0–100 bar y salida de 4–20 mA monitorea la presión de una tubería que varía de 10–80 bar. Las sobrepresiones ocasionales llegan a 95 bar. Se utiliza todo el intervalo del dispositivo y la calibración se realiza dentro de este rango.

Caso de estudio 2: Control de temperatura en HVAC

Un sensor RTD con rango de medición de –50°C a +150°C (intervalo: 200°C) regula el suministro de aire entre 15–30°C. La calibración se realiza en varios puntos dentro de este intervalo para verificar el rendimiento.

Caso de estudio 3: Multímetro digital

Un multímetro con rango de 0–600 V se usa para mantenimiento eléctrico. Medir voltajes superiores a 600 V puede dañar el instrumento y generar condiciones inseguras. La calibración utiliza patrones de voltaje certificados dentro del rango especificado.

Caso de estudio 4: Balanza con cero suprimido

Una balanza para empaque mide solo de 50 a 150 kg (intervalo: 100 kg). Las cargas inferiores a 50 kg no se muestran, enfocando la atención y la resolución en el rango relevante.

Caso de estudio 5: Calibración de medidor de caudal

Un medidor de caudal con rango de medición de 5–100 L/min se calibra en varios caudales. El sistema activa alarmas fuera de este rango para asegurar precisión e integridad del proceso.

6. Importancia de una correcta selección de rango e intervalo

6.1. Precisión y resolución

La exactitud depende de que el rango e intervalo del instrumento coincidan con el proceso. Un rango demasiado amplio reduce la resolución; uno demasiado estrecho puede provocar frecuentes errores fuera de rango.

6.2. Seguridad del instrumento

Operar fuera del rango puede dañar sensores (ej.: sobrecarga eléctrica, fallo mecánico). La protección contra sobre-rango no debe sustituir una selección adecuada.

6.3. Control de procesos y cumplimiento

La medición precisa es vital para un control de procesos seguro y eficiente. Las normas regulatorias (ej.: ISO 9001, FDA cGMP) exigen evidencias de que los instrumentos se usan dentro de sus rangos certificados.

7. Criterios de selección de rango e intervalo

1. Comprender la variable de proceso: Analizar los valores normales/anómalos del proceso.
2. Elegir un rango de medición adecuado: Asegurar cobertura con margen para desviaciones.
3. Optimizar el intervalo para la resolución: Usar el intervalo más estrecho posible para mayor precisión.
4. Considerar ambiente y sobrecargas: Tener en cuenta temperatura, vibración y sobrecargas accidentales.
5. Revisar especificaciones del fabricante: Consultar hojas de datos y certificados de calibración para todos los parámetros relevantes.

8. Errores potenciales y consecuencias

• Usar fuera del rango de medición: Conduce a datos poco confiables o espurios.
• Exceder el rango o intervalo: Puede causar fallos catastróficos en el instrumento.
• Calibración incorrecta: Invalida la trazabilidad y el cumplimiento, arriesgando la pérdida de la certificación.

9. Tabla resumen: Términos clave y distinciones

Conclusión

La comprensión y correcta aplicación de los conceptos de rango, intervalo y rango de medición es crucial para lograr mediciones precisas, seguras y conformes en la ciencia, la ingeniería y la industria. Seleccione siempre instrumentos y configure sus rangos e intervalos para que se adapten a las necesidades de su proceso, verifique la calibración y consulte las normas oficiales para orientación.

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Referencias:

• IEC 61298: Instrumentos de medición y control de procesos
• ISO 10012: Sistemas de gestión de la medición
• ICAO Anexo 5: Unidades de medida utilizadas en operaciones aéreas y terrestres
• Hojas de datos y certificados de calibración de fabricantes de instrumentos