VI Congreso Iberoamericano de Acústica - FIA 2008
Buenos Aires, 5, 6 y 7 de noviembre de 2008

1

FIA2008-A084


Bases Metrológicas en Acústica y Vibraciones de la Argentina

TAIBO, Lucía N. (1)
BARCELO, Lucía E.(1)

(1)
Área Técnica ACÚSTICA, FISICA Y METROLOGIA, INTI (Instituto Nacional de
Tecnología Industrial), Av. Gral. Paz 5445, (1650) SAN MARTIN, Pcia. Buenos Aires, R.
ARGENTINA; E-mails: luciat@inti.gov.ar; lubar@inti-gov.ar


Abstract
The National Institute of Industrial Technology, INTI, is the argentinian state technical referring
in the application of quality regulations or product identity, as public assistant for the industrial
development and technological responsible to endeavor the integration of the whole community to the
productive system. Besides, it is the National Institute of Metrology, NMI of Argentina, due to its
legal responsibility on the national measurement standards. The dissemination of accuracy from the
metrological pyramid apex, comprises the transference of knowledge and the provision of traceability
to an ample spectrum of users from industry, trade and services. In our increasingly globalized world,
it is essential to attain the international equivalence of measuring standards. In America, the first joint
actions in Acoustics and Vibrations within the Interamerican System of Metrology (SIM) were
initiated in the past decade. Nowadays, INTI holds the international accreditation by ISO/IEC 17025
of its calibration and measurement capabilities, sustained by regional key comparisons among the
NMIs of Brasil, Mexico, Canada, USA and Argentina, and the peer review from PTB-Germany and
INMETRO-Brazil. This paper gives an overview of the attained status of INTI primary standards and
some examples of its dissemination to measurements and testing in laboratory and field applications.

Resumen
El INTI es el referente técnico del estado argentino en la aplicación de regulaciones de calidad o
identidad de producto, asistente público para el desarrollo industrial y responsable tecnológico para la
integración de la comunidad al sistema productivo. Además, es el Instituto Nacional de Metrología,
NMI, debido a su responsabilidad legal sobre los patrones nacionales de medición. La diseminación de
la exactitud desde la cúspide de la pirámide metrológíca, se efectúa mediante la transferencia de
conocimientos y provisión de trazabilidad a un amplio espectro de usuarios de la industria, comercio y
servicios. En nuestro mundo día a día más globalizado, es preciso lograr la equivalencia internacional
de las referencias metrológicas. En América, se iniciaban las primeras acciones conjuntas en Acústica
y Vibraciones en el marco del Sistema Interamericano de Metrología, SIM en la década pasada.
Actualmente, INTI posee acreditación internacional según ISO/IEC 17025 de sus capacidades de
calibración y medición, sustentada por comparaciones regionales clave entre los NMIs de Brasil,
Méjico, Canadá, EEUU y Argentina, y evaluación de pares por parte del PTB-Alemania e INMETRO-
Brasil. Este trabajo presenta un panorama de la base primaria de medición del INTI y ejemplos de
mediciones y ensayos aplicados en condiciones de laboratorio y de campo.

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1. Introducción
La metrología, o la ciencia de medición [1], es probablemente la más antigua de las
ciencias y hoy en día, juega un rol preponderante en el mundo altamente globalizado donde la
economía y la calidad de vida cotidiana dependen de la realización de mediciones confiables,
coherentes y aceptadas internacionalmente. La Convención del Metro es el acuerdo
internacional sobre las unidades de medición que comprende a la mayoría de los países
industrializados, por el que se confiere autoridad para actuar en la metrología mundial, a
organismos tales como la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), al Comité
Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) y al Buró Internacional de Pesas y Medidas
(BIPM). Las actividades desarrolladas se vinculan principalmente a la demanda de patrones de
medición de exactitud, alcance y diversidad crecientes, y a la necesidad de demostrar la
equivalencia entre los patrones nacionales de medida.

Esta estructura metrológica requiere de
la participación de diversos organismos
internacionales y nacionales con el objeto de
transferir los avances en el campo técnico y
científico. La acción conjunta de los países
situados en distintas regiones del mundo se
canaliza a través de las denominadas
Organizaciones Regionales de Metrología
(RMOs) coordinadas por el CIPM, con el fin
de desarrollar proyectos de interés común.
Figura 1. Organizaciones Regionales de Metrología (RMOs) en el mundo.
1.1 El rol de los Institutos Nacionales de Metrología (NMIs)
Los denominados Institutos Nacionales de Metrología (NMIs) de los países
intervinientes en el acuerdo internacional, cumplen un rol protagónico en el avance del
conocimiento básico y aplicado. Los NMIs son los responsables de proveer las bases de
referencia o Patrones Nacionales de Medición (PNMs) en cada país, para ser transferidos a un
amplio espectro de usuarios de la industria, el comercio y los servicios, a través de
calibraciones y mediciones trazables. El concepto de trazabilidad se refiere a “la propiedad
del resultado de una medición, o de un patrón, de estar relacionado con referencias
establecidas, generalmente patrones nacionales o internacionales, a través de una cadena
ininterrumpida de comparaciones, todas con incertidumbres establecidas 1.
Con el objeto de definir los valores de referencia en las distintas magnitudes, es preciso
evaluar la equivalencia entre los distintos NMIs y las infraestructuras verticales de
trazabilidad de cada país. A tal efecto se llevan a cabo comparaciones internacionales
denominadas clave, coordinadas por el CIPM con la participación de un número reducido de
países. Asimismo, dentro de las organizaciones regionales también se efectúan comparaciones
clave con la participación de un número mayor de países, en cuyo caso debe cumplirse un
complejo procedimiento de evaluaciones que puede demandar varios años de actividad, a fin
de lograr la equivalencia al CIPM.
En 1999 la firma del Acuerdo de Reconocimiento Mutuo (CIPM-MRA), constituyó un
importante avance que posibilita a los gobiernos y usuarios contar con una base técnica

1
VIM - Vocabulary of International Metrology ISO 1995.
SIM
EE UU RR OO MM EE TT
AA PP MM PP
CC OO OO MM EE TT

MM EE NN AA MM EE TT

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coherente y confiable que sirva de sustento para acuerdos más amplios en el comercio
internacional y en los ámbitos reglamentados. El proceso del MRA comprende básicamente
dos etapas:
(i) Comparaciones de medida internacionales, denominadas clave, (ii) Implementación de
sistemas de calidad y demostración de competencia por parte de los NMIs, cumpliendo la
norma ISO/IEC 17025 por autodeclaración o por acreditación.
Como resultado del proceso del MRA, las capacidades de medición y calibración de los
respectivos NMIs se incluyen en una base de datos mantenida en el BIPM [2], reconocida
mutuamente por los NMIs según lo establecido en el acuerdo.
2 Trazabilidad en Acústica y Vibraciones
2.1 Comparaciones internacionales en el SIM
La trazabilidad en Acústica y Vibraciones es de creciente interés en ámbitos muy
diversos que abarcan actividades relacionadas con el comercio, medio ambiente, salud y
caracterización de productos de muy variada naturaleza.
En el marco del CIPM el comité consultivo
sobre Acústica, Ultrasonido y Vibraciones es el
CCAUV2 [3]. La RMO del continente americano es
el Sistema Interamericano de Metrología (SIM),
formado por cinco subregiones (Figura 2). Desde la
primera mitad del siglo pasado, ya se realizaban
importantes trabajos de metrología en acústica y
vibraciones en EEUU y Canadá. En Argentina, el
tema comenzó a desarrollarse en forma sostenida en
el INTI a partir de la década del 80, incentivándose
la integración con los demás países de la región [4].
No obstante, las primeras comparaciones formales
en el continente, tuvieron lugar en 1995 en la
subregión NORAMET entre los NMIs de EEUU,
Canadá y Méjico.
Figura 2. SIM, NMIs integrantes del MWG9-AUV.

En 1996 se llevaron a cabo actividades importantes [5] que culminaron con la
incorporación de Brasil y Argentina (SURAMET) a la región del norte, dando comienzo en
ese mismo año a la primera comparación internacional en aceleración del continente
americano. Desde entonces, el Grupo de Trabajo de Metrología en Acústica, Ultrasonido y
Vibraciones, MWG9-AUV del SIM integrado por el NIST-EEUU, NRC-Canadá, CENAM-
Méjico, INMETRO-Brasil e INTI-Argentina, desarrolla actividades en forma sostenida,
manteniendo reuniones periódicas en las que se intercambian experiencias en el avance de las
investigaciones, se planean proyectos conjuntos y organizan comparaciones internacionales
según las prioridades y recursos de los países participantes.
En la Tabla 1 se resumen las comparaciones llevadas a cabo en la región, hasta el presente.


2
Comité Consultivo en Acústica, Ultrasonido y Vibraciones

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Tabla 1. Comparaciones Internacionales en Acústica y Vibraciones

Tipo de
Comparación Magnitud Patrón Viajero
Campo de
Medida
Período
Laboratorio Piloto
Regional
SIM-AUV-AK1 Presión sonora Micrófonos LSP1 125-8000 Hz
1997-2000
NRC-Canadá
Regional
SIM-AUV-VK1
Aceleración
vibratoria
Acelerómetros
Piezoeléctricos 50-5000 Hz
1996-1999
NIST-EEUU
Internacional,
Dinamarca, Brasil
Méjico, Argentina
Presión sonora Micrófonos LSP1 125-8000 Hz 1998-2000 DTU, Dinamarca
Regional,
SIM.AUV.A-S1
Nivel de
Presión Sonora Pistonfón 124 dB, 250Hz
2001-2004
CENAM-Méjico
2.2 El rol del INTI
El Instituto Nacional de Tecnología Industrial, INTI, es el referente técnico del estado
argentino en la aplicación de regulaciones de calidad o identidad de producto en la industria y
el comercio, es el asistente público para desarrollo industrial y el responsable tecnológico de
procurar la integración entre la comunidad y el sistema productivo en todo el país.
Asimismo, dada la responsabilidad legal 3 que le compete sobre los patrones de medida,
es el NMI de la República Argentina. Cumpliendo este rol, efectúa la realización y
mantenimiento de los patrones de las unidades de medida conforme al Sistema Internacional de
Unidades (SI), y su diseminación en los ámbitos de la metrología científica, industrial y legal,
constituyendo la cúspide de la pirámide de trazabilidad metrológica en el país. Los patrones
nacionales en Acústica y Vibraciones mantenidos por el INTI se indican en la Tabla 2.

Tabla 2. Patrones Nacionales en Acústica y Vibraciones

Magnitud Patrón materializado Método
Presión Sonora Micrófono a condensador IEC 61094-2
Aceleración Acelerómetro piezoeléctrico ISO 16063-11
Potencia Sonora Fuente sonora de referencia ISO 6926
El laboratorio cuenta con el reconocimiento internacional de las capacidades
metrológicas declaradas [2], acreditado según ISO/IEC 17025 por auditoria de pares (peer
review) de PTB-Alemania e INMETRO-Brasil.
2.2.1 Presión Sonora
El Patrón Nacional de Presión Sonora está formado por un conjunto de tres micrófonos
del tipo condensador que son considerados internacionalmente como los más exactos y
estables en el intervalo audible. Esta unidad se materializa a través de un micrófono que al
exponerse a un campo sonoro, genera una tensión eléctrica proporcional a la presión sonora.
Esta relación de proporcionalidad se conoce como sensibilidad y se expresa en dB re 1 V/Pa.
Alcance: Sensibilidad - 50 dB a - 23 dB re 1 V/Pa. Incertidumbre 0,05 dB re 1 V/Pa. En la
Figura 3 se da la carta de trazabilidad en presión sonora partiendo de las unidades básicas y
derivadas del SI, uc: incertidumbre combinada expandida con k = 2, la cual se incrementa a
medida que se desciende en la cadena metrológica.

3
Ley Nacional de Metrología Nº 19511/1971

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.










Figura 3. Carta de trazabilidad en presión sonora


Comparación SIM-AUV-AK1
La comparación internacional en presión sonora (Tabla 1) contó con la participación de
los cinco NMIs que forman el MWG9-AUV: National Measurement Standards (INMS -
Canada), National Institute of Standards and Technology (NIST - U.S.A.), Centro Nacional
de Metrología (CENAM - Mexico), Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e
Qualidade Industrial (INMETRO - Brazil) e Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI
- Argentina). Resultó muy satisfactoria encontrándose una desviación máxima < 0.04 dB en la
sensibilidad de los micrófonos entre los distintos laboratorios, valor que es aún inferior a la
incertidumbre estimada de 0.05 dB según la norma IEC para micrófonos LS1P [6]. Los
resultados de esta comparación fueron aprobados para su vinculación a la comparación clave
internacional CCAUV.A-K1, junto con las regionales de Europa y Asia Pacífico,
EUROMET.AUV.A-K1 y APMP.AUV.A-K1 respectivamente.
2.2.2 Aceleración lineal
El patrón nacional de aceleración lineal tiene un valor definido por la sensibilidad
promedio de un acelerómetro patrón con cristales piezoeléctricos de cuarzo de alta estabilidad
cuando se aplica un movimiento armónico simple con frecuencia y nivel de aceleración
determinados por el método absoluto de interferómetría láser.
La medición de la aceleración
alterna, que es una magnitud derivada
del SI, trazable a las magnitudes de base
de tiempo y longitud, se realiza con un
interferómetro láser tipo Michelson de
plano vertical [7].

Figura 4. Montaje interferométrico de plano vertical y líneas de interferencia
MAGNITUDES SI


ACÚSTICA – Métodos:
Absoluto reciprocidad


Relativo comparación


Relativo sustitución



USUARIOS

Patrón primario
Micrófono LS1P, uc 0.05 dB a 1 kHz
Tensión
eléctrica
alterna, V
Tensión
eléctrica
continua, V
Capacitancia
eléctrica, F
Resistencia
eléctrica, Ω
Patrón de Referencia
Micrófono LS2P, uc 0.12 dB
Longitud,
m
Temperatura,
ºK
Humedad
Relativa, %
Presión
estática, Pa
Patrón de Transferencia
Pistonfón, uc 0.15 dB
Ensayos y Medición de SPL, Intensidad sonora, Potencia sonora
Industria, Medio Ambiente, Seguridad e Higiene Laboral, etc.
Calibración de
Medidores de Nivel
Sonoro
uc ≤ 0.5 dB
Calibración de
Patrones de
Transferencia
uc ≤ 0.3 dB
Calibración de
Micrófonos Medición
uc ≤ 0.2 dB
Calibración de
Instrumental
Acústico

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En la Figura 5 se da la carta de trazabilidad en aceleración, uc: incertidumbre
combinada expandida con k = 2.















Figura 5. Carta de trazabilidad en aceleración vibratoria
Comparación SIM-AUV-VK1
La primera comparación internacional en
aceleración en el continente americano (Tabla1),
piloteada por el NIST-EEUU, se efectuó
siguiendo un esquema circular entre los 5
Institutos que se indican en la Figura 6. Todos los
participantes obtuvieron resultados dentro de ±
1% en el rango de frecuencias analizado (50 Hz a
5000 Hz) para los acelerómetros “double ended”.
Para los “single ended” todos los laboratorios
estuvieron dentro de los límites normalizados
hasta una frecuencia de 1 kHz. [8].
Figura 6. Participantes 1º comparación internacional SIM en aceleración
En la actualidad se encuentra en la etapa de revisión final el Informe (Draft B)
preparado por el NIST para la equivalencia con el CCAUV [9].
NIST
NRC
CENAM
INMETRO
INTI
MAGNITUDES SI



ACELERACIÓN – Métodos:
Absoluto Interferometría LÁSER



Relativo comparación




USUARIOS

Aceleración
(Sensibilidad Acelerómetro Patrón, uc± 1.3%) pC/g
Acelerómetro de
Referencia
uc ± 1.5 %
Patrón de
Transferencia
uc ± 1.9 %
Ensayos de Resistencia a las Vibraciones, Medición de Vibraciones
Industria, Automotriz, Construcciones, Seguridad e Higiene Laboral, etc
Calibración Equipos
Medición
Vibraciones
3% ≤ uc ≤ 5 %

Calibración de
Excitadores de
Vibración
uc ± 2.5 %
Calibración de
Acelerómetros
Medición uc ± 1.5 %

Tensión
eléctrica
alterna, V
Capacitancia
eléctrica, F
Longitud,
m
Tiempo,
s

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2.2.3. Potencia Sonora
El patrón nacional de potencia sonora se materializa mediante una Fuente Sonora de
Referencia, FSR, de tipo aerodinámico altamente estable en el tiempo, cuyo nivel de potencia
sonora, Lw re 1pw w, se determina según la norma ISO 6926.


En la Figura 7a. (izquierda) se observa la
ubicación de la Fuente Sonora de Referencia, FSR,
B&K tipo 4204 en la cámara semianecoica del
Laboratorio de Acústica del INTI (frecuencia de
corte inferior 75 Hz). Para la medición de potencia
sonora se siguen los lineamientos de la norma ISO
6926, y se han investigado hasta el presente distintos
métodos de medición de SPL efectuando barridos
automáticos y posiciones fijas alrededor de la fuente.
Se comprobó que la repetibilidad del método
de camino espiral sobre una semiesfera centrada
alrededor de la fuente es equivalente al de arcos
meridionales desplazados en 120º, debido a la
simetría axial de la fuente, aunque el primero es más
preciso para los emisores que poseen características
direccionales asimétricas en el plano x-y. La
medición de la FSR se efectúa por el método espiral
sobre una semiesfera de 2 m de radio.

Figura 7a. Calibración de la FSR, B&K 4204, cámara semianecoica del INTI (método espiral)
Los ángulos polares desde el plano horizontal hasta la dirección vertical se cubren
mediante un dispositivo que desplaza el micrófono en un cuarto de círculo. La proyección
vertical de la velocidad del micrófono es constante, y los ángulos de azimut se cubren
mediante la rotación de la fuente con velocidad uniforme, resultando constante el área
cubierta por unidad de tiempo debido a esta combinación de movimientos.
En la Figura 7b (izquierda) se observa el
brazo móvil que desplaza el micrófono y la FSR
apoyada sobre una plataforma rotatoria..






En el año 2000 se efectuó la calibración de la FSR, B&K 4204 del INTI en el PTB-
Alemania, determinándose el Lw re 1pW en bandas de 1/3 de octavas entre 100 Hz y 12500 Hz
mediante el método espiral. Los resultados fueron concordantes en ambos casos, ubicados
dentro de la franja de incertidumbre dada por el PTB, uc de ± 0.6 dB en todo el rango de
frecuencias, excepto en las bandas de inferiores a 160 Hz donde uc ± 1.2 dB.
Figura 7b. Vista de FSR y brazo móvil.

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3 Diseminación de la exactitud a diferentes tipos de usuarios
En el Laboratorio de Acústica y Vibraciones del INTI se brinda trazabilidad a usuarios
de mediciones, ensayos y calibraciones, provenientes de innumerables sectores de la industria,
comercio y servicios vinculados a la protección del medio ambiente, salud e higiene y
seguridad ocupacional. También se efectúan trabajos de investigación aplicada, orientados
principalmente al estudio e implementación de métodos ingenieriles de medición, y asistencia
técnica para la mejora de la calidad acústica de los productos y de las condiciones del habitat
en el plano laboral y social.
Para los ensayos en laboratorio, se cuenta con instalaciones normalizadas que permiten
abarcar una diversidad muy amplia de aplicaciones como los aparatos de uso doméstico,
equipos industriales, sistemas constructivos, protectores auditivos, etc. En la Figura 8, se
observan instalaciones del Laboratorio de Acústica.












Figura 8. Cámaras de ensayos acústicos en el INTI



Seguidamente se proporcionan ejemplos
de ensayos brindados a diversos tipos de usuarios.
En la Figura 9 se observa la medición
del Nivel de Potencia Sonora de una
enfriadora exhibidora vertical, de acuerdo con
el método IRAM 4112 (eq. ISO 3741). Las
mediciones se efectúan en forma directa o por
comparación, obteniéndose el promedio espacial
por barrido continuo. Se observa el brazo rotatorio
de micrófono y la fuente sonora de referencia.


Figura 9. Medición de Lw en cámara reverberante





Cámara Semianecoica
ISO 3745, fc = 75 Hz,
Planta ext: ≈10 m x 13 m, h = 7.3 m

Cámara Reverberante
V = 210 m3, ISO 3741/2/3, IRAM 4112/3,
ISO 354, IRAM 4075
Cámara Silente
ISO 4869.1/3. IRAM 4060 -1/3
Medición Protectores Auditivos

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Figura 10. Medición de Lw en cámara semianecoica
de una cortadora de césped según ISO 3475,
método espiral. [10]









Figura 11. Ensayo de emisión de ruido de vehículos
automotores según Decreto 779/95, por el método
dinámico (norma IRAM 9C), en la pista de pruebas
normalizada del INTI.








Figura 12. Medición de vibraciones, asistencia
técnica al desarrollo de neumáticos








Figura 13. Medición de vibraciones en la
construcción

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Figura 14. Medición de vibraciones humanas
en vehículos y maquinaria autopropulsada
(agrícola, vial, para la construcción, etc),







El presente trabajo ha mostrado un panorama sucinto de la trazabilidad en Acústica y
Vibraciones desde la cima de la pirámide metrológica en el INTI como el NMI de la
Argentina, hasta la diseminación de la exactitud a usuarios muy diversos a través de ejemplos
de aplicaciones concretas. En la medida en que la relación entre el INTI y los usuarios sea
más cercana y se transfieran conocimientos y experiencia, podrán obtenerse mayores
beneficios mutuos que permitan acrecentar la confiabilidad y coherencia en las mediciones, lo
que en definitiva apuntará a mejorar la calidad de vida del hombre en su medio ambiente.

Referencias
[1] Kind, Dieter, Lübbig, Heinz (2003) “Metrology-the present meaning of a historical term”,
Metrologia 40, 255-257.
[2] BIPM (Buró Internacional de Pesas y Medidas) “Capacidades de calibración y medición de los
Institutos Nacionales de Metrología (Apéndice C).
[3] Echeverría Villagómez, S., Valdés, J. (2001) “El CCAUV del CIPM: Impacto industrial de la
equivalencia internacional en mediciones de Acústica, Ultrasonido y Vibraciones, Simposio
Nacional de Metrología, Querétaro, México.
[4] Taibo, L., Riganti, J. (1992) "National System of Acoustical Metrology: its Role within
MERCOSUR", Proceedings IV International Seminar on Noise Control, Río de Janeiro, Brasil.
[5] Taibo, L. “Metrología en Acústica y Vibraciones en el INTI” (1996), "Metrologia em Acústica e
Vibrações no Âmbito das Américas", I Simpósio Brasileiro de Metrologia em Acústica e
Vibrações, INMETRO/SOBRAC, Petrópolis, Brasil.
[6] Wong, G., Wu, L. (2007) “SIM.AUV.AK-1 LSIP Microphone Inter-Laboratory Comparison”,
Final Report, NRC.
[7] Taibo, L et al.: Implementación de Técnica Interferométrica para Calibración de Acelerómetros,
2º Jornadas de Desarrollo e Investigación INTI, Buenos Aires 1998. Posteriormente publicado en
la revista Industria y Desarrollo, Año 2, N° 5, Mayo 1999,.
[8] Taibo, L., Barceló, L. (2002) “El INTI en la primera comparación interamericana en aceleración
en el marco del SIM”, Memorias 4º Jornadas de Desarrollo e Innovación, INTI.
[9] Evans, D.J. et al (2007) “Report on Acceleration Comparison SIM.AUV.VK-1”, Draft B, NIST.
[10]Taibo L. et al., “Sound power measurement standards at laboratory and field environments”,
Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 112, No. 5, Pt 2, noviembre 2002.