Caliabración de balanzas2

8/7/2019 Caliabracin de balanzas2

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Calibracin de instrumentos de pesaje

de funcionamiento no automtico

Fsico

Luis Enrique Sogamoso UrielesProfesor: Universidad del Atlntico


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Introduccin

Dentro del conjunto da magnitudes bsicas para cualquier empresa

industrial o comercial est la masa . Por esta razn es necesarioevaluar la confiabilidad de las balanzas, esto implica someterlas aunas ciertas pruebas metrolgicas durante el proceso de

calibracin.


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Definicin de masa y peso

La masa es la expresin de la cantidad de materia de un cuerpo,revelada por su peso, o por la cantidad de fuerza necesaria para

producir en un cuerpo cierta cantidad de movimiento en un tiempo dadoPeso: Fuerza de atraccin gravitacional que ejerce la tierra (o laLuna, o Marte, ...) sobre el cuerpo


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El patrn de masa

El 26 de marzo de 1791 naci el sistemamtrico decimal.

En 1799 se redefini y se adopto como lamasa de un litro de agua en su punto demayor densidad 4 oC

Inicialmente los patrones se fabricaron en

latn y posteriormente se construyo unode platino llamado de los archivos.

En 1875 se acord la construccin de unkilogramo de 90 % de platino y 10 % deiridio durante la creacin de la convencindel metro.

En 1879 se construyo el prototipo dePlatino Iridio

En 1889 se entrego copia a 20 pases

durante una reunin de la convencin delmetro


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Principio de Arqumedes

El principio de Arqumedes es un principio fsico que afirma queun cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido esttico, ser

empujado con una fuerza vertical ascendente igual al peso delvolumen de fluido desplazado por dicho cuerpo. Esta fuerza recibe

el nombre de empuje hidrosttico o de Arqumedes, y se mide ennewton (en el SI

).
http://es.wikipedia.org/wiki/Empuje_hidrost%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Empuje_hidrost%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Empuje_hidrost%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Arqu%C3%ADmedeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Empuje_hidrost%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Arqu%C3%ADmedeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Empuje_hidrost%C3%A1tico


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Masa convencional y masa

real

Cuando se requiere una alta exactitud en la pesada, el efecto del empuje del airepuede ser significativo y en tal caso la indicacin del instrumento de pesaje

general tiene que ser corregida. El valor de esta correccin depende de la

densidad del objeto y la densidad del aire.

Para evitar clculos complicados de la correccin por empuje del aire en lospesajes comerciales, se defini

el concepto de masa convencional del resultado

del peso en el aire, publicado por la OIML D 28, como la masa mc

de un cuerpo la

cual es igual a la masa (m) de un patrn que equilibra al cuerpo en condiciones

convencionalmente escogidas. Estas condiciones son: t= 20 C (temperatura de

referencia), 0

=1,2 kg/m3

(densidad de referencia del aire), c

=8000 kg/m3

(densidad de referencia del patrn). Presin atmosfrica de 1013,90 hPa

(760,5

mmHg), y una humedad relativa de 50%.


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Masa e indicacin de una balanza

Las balanzas son instrumentos que actualmente han alcanzado un gran nivel

de exactitud y es imposible pensar que un laboratorio pueda prescindir de

ellas; sin embargo son pocos los usuarios que tienen presente que las

balanzas no miden masa, sino de manera mucho ms exacta una magnitudque se denomina masa convencional

La diferencias entre los valores de masa y los indicados por las

balanzas

depende fundamentalmente de la densidad de los objetos cuya masa

interesa

determinar, siendo esta igual a 0 si la densidad del objeto es 8000 kg/m3 o un

poco ms de 0,1% si la densidad es igual a la del agua.

11Indicacion

1 1

B

ao

Bc

a o

B

m

=


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Donde:

Indicacin , es la indicacin de la balanza para el objeto de masa m y

densidad , aqu m es la masa del objeto es la densidad del objeto [g/cm3]

0es la densidad del aire convencional que por definicin es igual a 0,0012

g/cm3

a

es la densidad del aire durante la ejecucin de las mediciones [g/cm3].

Comnmente se

ces la densidad convencional que por definicin es igual a 8 g/cm3

B

es la densidad de la pesa utilizada en el ajuste de la balanza [g/m3], ya

sea interna o externa. El ajuste de la balanza es una operacin a la tpicamente

los fabricantes de los equipos llama autocalibracin, en todo caso, no se trata

de una calibracin, sino un ajuste.a

B

es la densidad del aire durante el ajuste de la balanza [g/cm3]

Si se realiza el ajuste de la balanza poco antes de las mediciones, podemos

asumir que aB

y

ason iguales


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=

B

oa

B

ao

c

im

11

11


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Balanzas analticas digitales

Son balanzas con resolucin del orden de las dcimas

de miligramos


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Balanzas analticas mecnicas

Estas balanzas tambin tienen resolucin del orden de las dcimas de

miligramos


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Comparadora de masas

Estas balanzas son empleadas en la calibracin de masas patrones


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Balanzas industriales

En cualquier planta es muy frecuente encontrar balanzascomo esta


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Norma tcnica

La norma en la que se basa la calibracin de instrumentos de pesajes de

funcionamiento no automtico es la OIML R 76-1, que en Colombia se

homologa como la NTC 2031

Definiciones:

La NTC 2031 incluye una serie de definiciones, que es importante

conocer. Se incluyen algunas en el siguiente material

Clase de exactitud: Clase de instrumentos de medicin que cumplenciertos requisitos metrolgicos, previstos para mantener los erroresdentro de los lmites especificados


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Definiciones

Instrumento de pesaje: Instrumento de medicin que sirve para determinar lamasa de un cuerpo cuando acta sobre ste la accin de la gravedad (masagravitacional)

Instrumento de pesaje de funcionamiento no automtico: que necesita ser

manejado por un operador durante el transcurso de la medicin, por ejemplo,para colocar las cargas en el dispositivo receptor de cargas o para retirarlas, as

como para obtener el resultado; dicho instrumento permite observar directamente

el resultado de la mediciones.

Carga Mxima; (max) Capacidad mxima de medicin, teniendo en cuenta lacapacidad aditiva de tara

Carga Mnima ; (Min) Cantidad de masa, por debajo de la cual las mediciones

pueden tener un error relativo muy importante


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Definiciones

Dispositivo para nivelacin; Permite colocar uninstrumento en su posicin de referencia de calibracin

Dispositivo de ajuste de cero; Permite colocar y/o mantenerla indicacin del instrumento en cero cuando no hay ninguna carga enel dispositivo receptor de carga

Dispositivo receptor de carga; Parte del instrumento queest destinado a recibir la carga Dispositivo medidor de carga ; Parte del instrumento quesirve para medir la masa de la carga con la ayuda de un dispositivoequilibrador

de carga y un dispositivo

indicador y/o impresor

Rango de pesaje; Rango comprendido entre las cargas mnimay mxima


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Definiciones

Divisin de escala; Intervalo entre dos marcas sucesivas de la escala.

Divisin de escala real: (d) Valor de la divisin de escala expresada enunidades de masa (resolucin)

Carga lmite : La carga esttica mxima que puede ser soportada por elinstrumento sin alteracin permanente de sus cualidades metrolgicas

Nmero de Divisiones de escala de verificacin (n) ; (instrumento conuna sola divisin de escala); cociente entre la carga mxima y la divisin de

escala de verificacin

Divisin de escala de verificacin (e): Valor expresado en unidades de

masa utilizado para la clasificacin y la verificacin de los instrumentos de

pesaje

maxn e=


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Definiciones

Balanza de indicacin digital: Instrumento de pesaje, en el cual

la indicacin se muestra en forma digital y no se permite la interpolacinde una fraccin de la divisin de escala.

Balanza con indicacin anloga: La salida o la presentacin de

la informacin es una funcin continua de la magnitud por medir o de ladivisin de escala

Aumento: Carga adicional que se coloca gradualmente sobre la

plataforma, la cual produce un aumento en la indicacin, en una divisinde escala. El valor nominal del aumento es el correspondiente a (1/10)*d


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Procedimiento de calibracin

Inspeccin previa

Antes de realizar las pruebas metrolgicas, se debe constatar que el

instrumento de pesaje est

marcando ceros, para el caso de balanza

verificar que est

nivelada. Las condiciones ambientales deben garantizar

el funcionamiento del equipo. En la parte de anotaciones del protocolo demedicin anotar todas las observaciones relevantes que puedan afectar

las mediciones y el funcionamiento del aparato. Prenda el instrumento y

espere, al menos, 10 minutos antes de utilizarla.


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Jerarqua

Los instrumentos de pesaje no automtico se clasifican en:

Exactitud Clase Smbolo

Especial 1

Fina 2

Media 3

Ordinaria 4

Tabla1

I

II

IIIIIII


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Procedimiento para determinar la

clase

Se determina e10 , 10kd e d e kg< =

Para d


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CLASE DEEXACTITUD

VALOR DEDIVISION DE

VERIFICACION

e

NUMERO DE VALORES DEVERICACION: n =max/e

ALCANCEMINIMO (LIMITE

INFERIOR)**

MINIMO MAXIMO

ESPECIAL

0,001 g e 50 000 100 e

FINA0,001 g e

0,05 g

0,1 g

e

100

5 000

100 000

100 000

20 e

50 e

MEDIA 0,1 g e

2 g

5 g

e 100

50010 00010 000

20 e20 e

ORDINARIA5 g

e

100 1 000 10 e

I

II

III

IIII

Tabla2


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ERRORESMAXIMOS

PERMITIDOS EN

VERIFICACIONINICIAL

CLASE CLASE CLASE CLASE

0,5 e 0

m 50 000 0

m 5 000 0

m 500 0

m 50

1,0 e

50 000< m 200 000 5 000< m 20 000 500< m 2 000 50< m 200

1,5 e 200 000< m 20 000< m 100 000 2 000< m 10 000 200< m 1 000

NOTA: Numeral 3.5.2 Los errores mximos permisibles en serviciosern el doble de los errores mximos permisibles en verificacin

inicial.

Tabla3


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Ejemplo 1

Capacidad Max: 8100 g

d : 0,01 g

e : ?

n : ?

Clase de exac

: ?


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Ejemplo 2


d : 0,1 g

e : ?

n : ?

Clase de exac

: ?


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Ejemplo 3


d : 1 g

e : ?

n : ?

Clase de exac : ?


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Rangos de pesaje y tolerancia

Una vez clasificada la balanza se multiplican los rangos de la clase

respectiva por la divisin de escala en las unidades en que pesa labalanza, la tolerancia respectiva se determina con la columna 5 de la

tabla 3, recordando que es el doble del valor hallado

Ejemplo

Consideremos la siguientes balanza:

Tipo de balanza : digital

Capacidad mxima : 300g

Divisin de escala : 0,01 g

Divisin de escala de verificacin e=?


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Rangos de pesaje y tolerancia

300 /0,010 3000n g g= =

De acuerdo con la tabla 2, este valor est

entre 20000 y 100000, por lo que

entonces es clase 2 . Los errores mximos tolerados son:

RANGO Tolerancia

0-50 g

50 200 g200

300 g


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Carga

Err

ores

ma

xtolera

dos

Curva de errores tolerados

P b t l i


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Pruebas metrolgicas

Las pruebas metrolgicas que se realizan de acuerdo

con la NTC 2031 son:

Exactitud

Invariabilidad

Movilidad Excentricidad de carga

Constancia del punto cero


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Prueba de exactitud

A.4.4.1 Ensayo de la pesada

Aplique cargas de ensayo crecientes desde cero hasta Maxinclusive y de igual forma retire las cargas hasta volver al cero.Para determinar el error intrnseco inicial, se seleccionan por lomenos 10 cargas de ensayo diferentes mientras que para otros

ensayos es suficiente con solo 5 cargas. Las cargas de ensayoseleccionadas incluirn Max , Min y valores iguales o cercanos aaquellos para los cuales cambia el error mximo permisible(emp).

Se debe notar que cuando se cargan o descargan las masas lacarga se aumentar o disminuir progresivamente.


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Prueba de exactitud

Exactitud

Se divide la capacidad mxima de la balanza en rangos de medicin y

se colocan cargas patrones en forma creciente hasta la capacidad

mxima, sin dejar, en ningn momento, el dispositivo receptor vaco.

Luego se procede en forma decreciente. En cada pesada colocamosel aumento respectivo si la balanza es electrnica y de clase II o III.

Para las balanzas analticas con resolucin de 0.1 mg, no se lecoloca aumento. Toda esta informacin debe quedar consignada en

el protocolo respectivo

El aumento va desde (1/10)*d hasta el valor en que la indicacin

aumenta en una divisin de escala. Este valor se registra en el

protocolo


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Prueba de invariabilidad

T.4.3 Repetibilidad

Capacidad de un instrumento de ofrecer resultados concordantesentre s cuando se coloca una misma carga varias veces yprcticamente de manera idntica sobre el receptor de carga bajocondiciones de ensayo razonablemente constantes.

3.6.1 Repetibilidad

La diferencia entre los resultados de varias pesadas de una mismacarga no ser mayor que el valor absoluto del error mximopermisible del instrumento para esa carga.

Rango bajo Rango medio Rango alto

Emax-Emin0.5d Emax-Emin1d Emax-Emin1.5d


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Prueba de invariabilidad

A.4.10 Ensayo de repetibilidad (3.6.l)

Deben ejecutarse dos series (*) de mediciones, una con una cargade aproximadamente 50 % y una con una carga cercana al 100 %de Max. Para los instrumentos con Max inferior a 1 000 kg cadaserie debe constar de 10 pesadas. En otros casos cada serie debeconstar de 3 pesadas como mnimo. Las lecturas deben tomarsecuando el instrumento est cargado y cuando el instrumentodescargado ha llegado a su posicin de descanso entre pesadas.En el caso de una desviacin de cero entre las pesadas, elinstrumento debe ser reajustado a cero sin determinar el error decero. No es necesario determinar la posicin del cero real entrepesadas.

Si el instrumento posee un dispositivo de ajuste de cero automticoo de limitacin del cero, ste debe funcionar durante el ensayo.

(*) NOTA: El mtodo propuesto se emplean tres cargas, una porcada nivel.


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Prueba de movilidad

T.4.2 Discriminacin.

Capacidad de un instrumento de reaccionar ante pequeas variaciones de la carga.El umbral de discriminacin, para una carga dada, es el valor de la menor carga

adicional que, cuando se coloca o se retira suavemente del receptor de carga, causaun cambio perceptible en la indicacin.

3.8 Discriminacin

3.8.1 Instrumento con indicacin no automtica

Una carga extra equivalente a 0.4 veces el valor absoluto del error mximo permisible parala carga aplicada, siempre que se coloque o retire suavemente del instrumento en equilibrioproducir un movimiento visible del elemento indicador.

3.8.2 Instrumento con indicacin automtica o semiautomtica 3.8.2.1 Indicacin analgica

Una carga extra equivalente al valor absoluto del error mximo permisible para la cargaaplicada, siempre que se coloque o retire suavemente del instrumento en equilibrio,provocar un desplazamiento permanente del elemento indicador correspondiente a nomenos de 0.7 veces el valor de la carga extra.

3.8.2.2 Indicacin digital

Una carga adicional igual a 1.4 veces el valor de divisin real, siempre que se coloque o

retire suavemente del instrumento en equilibrio, cambiar la indicacin inicial.


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Prueba de excentricidad de carga

3.6.2 Excentricidad de la carga

Las indicaciones para diferentes posiciones de una misma carga no podrndiferenciarse en ms que los errores mximos permisibles cuando elinstrumento se ensaya de acuerdo con los puntos 3.6.2.1 hasta 3.6.2.4 .

Nota:Si el instrumento est diseado de forma tal que las cargas puedan seraplicadas en diferentes maneras, puede resultar apropiado aplicar ms deuno de los ensayos siguientes:

3.6.2.1 A menos que se especifique lo contrario de aqu en adelante, seaplicar una carga correspondiente a 1/3 de la suma de la capacidad

mxima y el efecto mximo de tara aditiva correspondiente. 3.6.2.2 En un instrumento con un receptor de carga que tenga n puntos de

apoyo, con n > 4 , se aplicar a cada punto de apoyo la fraccin 1/(n - 1) dela suma de la capacidad mxima y el efecto mximo de tara aditiva.

3.6.2.3 - Tanques y tolvas

3.6.2.4 Basculas de riel o puente gras


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Prueba de constancia del punto

cero

3.9.4.2 La diferencia al volver a cero tan pronto como la

indicacin se haya estabilizado, despus de retirar cualquier cargaque haya permanecido en el instrumento durante media hora, noexceder de 0.5 e (*).

A.4.11.2 Ensayo de retorno a cero (3.9.4.2) Se determinar la desviacin en la indicacin del cero antes y

despus de un perodo de carga a un valor cercano a Max duranteun perodo de media hora. La lectura debe tomarse tan pronto laindicacin se haya estabilizado.

NOTA: Para la calibracin se tomara un valor de 1 e.


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Clculo de errores

Frmula

Para balanzas digitales se emplea:

I: Indicacin de la balanza

C: Carga patrn

d: Divisin de escala de verificacin

A: Aumento

Para la balanzas mecnicas no se hace aumento

( )*1000 (1/ 2) Error I C e A= +


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Masas patrones


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Clasificacin de las masas patrones


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Clasificacin de las pesas


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Clasificacin de las pesas

Errores mximos tolerados para pesas patrones


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NORMA TCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (OIML R 111)

ERRORES MXIMOS PERMISIBLES PARA PESAS PATRN

CLASE DE EXACTITUDE1 E2 F1 F2 M1 M2 M3 QUILATES

ERRORES MXIMOS TOLERADOS EN mg1 mg 0,002 0,006 0,020 0,06 0,20 0,22 mg 0,002 0,006 0,020 0,06 0,20 0,4 0,25 mg 0,002 0,006 0,020 0,06 0,20 0,510 mg 0,002 0,008 0,025 0,08 0,25 1,0 0,520 mg 0,003 0,010 0,03 0,10 0,3 1,0 0,550 mg 0,004 0,012 0,04 0,12 0,4 1,0

100 mg 0,005 0,015 0,05 0,15 0,5 2,0 1,0200 mg 0,006 0,020 0,06 0,20 0,6 2,0 1,0

500 mg 0,008 0,025 0,08 0,25 0,6 2,01 g 0,010 0,030 0,10 0,3 1,0 5,0 20 2,02 g 0,012 0,040 0,12 0,4 1,2 5,0 20 3,05 g 0,015 0,050 0,15 0,5 1,5 10,0 20

10 g 0,020 0,060 0,20 0,6 2,0 20,0 20 1020 g 0,025 0,080 0,25 0,8 2,5 20,0 30 15

50 g 0,030 0,1 0,30 1,0 3,0 30,0 50,0100 g 0,05 0,15 0,5 1,5 5 30,0 60 30200 g 0,10 0,3 1,0 3,0 10 50,0 100,0500 g 0,25 0,75 2,5 7,5 25 100,0 2501 kg 0,50 1,5 5 15,0 50 200 400,02 kg 1,00 3 10 30 100 400 600

5 kg 2,50 7,5 25 75,0 250 800 125010 kg 5,00 15 50 150 500 1600 250020 kg 10,00 30 100 300 1000 3200 4000

ValorNominal

Caliabración de balanzas2

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