Medición y Control de Peso
Definición:
El peso de un cuerpo es la fuerza con que es atraído por la Tierra. La relación
entre la masa del cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su
peso viene dado por la expresión:
en
la que:
P
= peso
m
= masa
g
= aceleración debida a la gravedad
Como
la masa de un cuerpo es constante y la aceleración de la gravedad varía con el
lugar (es de 9.78 en el ecuador y 9.83 en los polos) y también con la altura,
es obvio que el peso del cuerpo variará según el lugar de la Tierra y la altura
a los que esté sobre el nivel del mar.
Esto es evidente efectuando la medida con una balanza o resorte. Sin embargo,
en una balanza clásica de cruz, la medida se efectúa por comparación con masas
conocidas y, como éstas están sometidas también a la misma fuerza de
gravitación, la lectura será independiente del lugar donde se realiza la
medición. Asimismo, como los demás tipos de básculas se ajustan usualmente con
pesos patrón, las medidas realizadas serán también independientes de las variaciones
de g respecto a la altura y al lugar de la Tierra donde estén instaladas.
Otro
factor que influye en la medición es la diferencia de empuje del aire (por el
principio de Arquímedes) sobre el cuerpo y sobre el peso patrón; su influencia
es tan pequeña que el error cometido queda comprendido dentro del error normal
aceptado en las operaciones de pesaje.
En
la industria interesa determinar el peso de las sustancias en las operaciones
de inventario de materias primas, de productos finales, en la mezcla de
ingredientes, etc.
Existen varios métodos
para medir el peso:
1. Comparación con otros pesos patrones (balanzas y
básculas).
2. Células de carga a base de galgas extensiométricas.
3. Células de carga hidráulicas.
4. Células de carga neumáticas.
La
comparación con otros pesos patrones la realizan las balanzas y las básculas.
La
balanza clásica está constituida por
una palanca de brazos iguales, llamada cruz, que se apoya en su centro y de
cuyos extremos cuelgan los platillos que soportan los pesos. Puede medir desde
unos pocos gramos hasta 300 kg.
La balanza
de Roberval consiste, esencialmente, en un paralelogramo articulado que
puede oscilar alrededor del punto central del lado superior del paralelogramo,
manteniéndose verticales las varillas laterales que soportan los platillos; se
caracteriza porque su equilibrio se alcanza independientemente de la posición
de los pesos en los platillos.
Su
campo de medida llega hasta los 40 kg y se emplea en las operaciones de llenado
o de comprobación de pesos de objetos terminados, como se muestra en las
siguientes figuras (a y b).
La
báscula clásica (c) consiste,
esencialmente, en una palanca apoyada en un punto de la que cuelgan, en un
extremo el peso a medir y en el otro que tiene la forma de un rectángulo, dos
pesos móviles uno para ajuste basto y otro para ajuste fino; un fiel indica
cuándo la báscula está ajustada.
La
báscula automática (d) consiste en
una palanca en ángulo, apoyada en su centro, con un peso conocido en un extremo
y el desconocido en el otro. La báscula alcanza siempre una posición de
equilibrio marcando, directamente, en una escala graduada y se le puede adaptar
fácilmente una máquina impresora o transmisora del peso.
Las balanzas y las
básculas son sencillas y de gran exactitud pudiendo alcanzar las primeras del
orden del 0,002% al 0,05% y las segundas del 0,1%.
Sin embargo, presentan los
inconvenientes de su lenta velocidad de respuesta, la posible corrosión que
ataca al juego de palancas, en particular en los puntos de apoyo y que es
debida a la suciedad, al polvo, a los vapores y a la humedad presentes en
ambientes industriales y al desgaste de las piezas móviles, lo que redunda en
perjuicio de la precisión de las pesadas.
La
balanza electromagnética (e) utiliza
un sensor de posición y una bobina de par montados en un servosistema que
equilibra un peso patrón y el peso desconocido. La señal eléctrica de salida
del controlador, que genera la corrección del desplazamiento provocado por el
peso, crea un campo magnético en la bobina del electroimán que equilibra la
atracción del imán permanente.
El sistema permite, mediante un microprocesador,
proporcionar una tara automática, unas rutinas estadísticas con cálculo de la
media y la desviación estándar de las pesadas y una compensación de la
temperatura. Puede añadirse un módulo de comunicaciones para el envío del valor
de la pesada. La exactitud típica es de 1 mg en 500 gramos.
La célula de carga a base de galgas extensiométricas consiste, esencialmente, en una célula que contiene una pieza de elasticidad conocida (tal como el acero de módulo de elasticidad (2,1 x 106 bar) capaz de soportar la carga sin exceder de su límite de elasticidad. A esta pieza se encuentra cementada una galga extensiométricas, que puede estar formada por varias espiras de hilo (0,025 mm) pegado a un soporte de papel o de resina sintética, o bien puede estar formada por bandas delgadas unidas con pegamento a la estructura sometida a carga.
Esta operación de pegado parece sencilla, pero es un trabajo de artesano, absolutamente esencial, para obtener lecturas exactas y estables de las tensiones presentes en la estructura, por ejemplo, el peso.
mediante un microprocesador, proporcionar una tara automática, unas rutinas estadísticas con cálculo de la media y la desviación estándar de las pesadas y una compensación de la temperatura. Puede añadirse un módulo de comunicaciones para el envío del valor de la pesada. La exactitud típica es de 1 mg en 500 gramos.
La
tensión o la compresión a que el peso somete a la célula de carga hacen variar
la longitud del hilo metálico y modifican, por lo tanto, su resistencia
eléctrica.
La
célula de carga es el conjunto
sellado y encapsulado del puente y las galgas, provisto de puntos mecánicos de
fijación para unirlo a la estructura, siendo adecuada para la mayor parte de
las aplicaciones industriales de pesaje.
En
los instrumentos de pesaje se aplican las normas metrológicas de la OIML
(Organización Internacional de Metrología Legal) que clasifican los aparatos en
cuatro clases y dos categorías (laboratorio e in situ), según la norma UNE-EN
ISO/IEC 17025: 2005 (CGA-ENAC-LEC) y la Norma UNE-EN 45501:1995 Aspectos
metrológicos de los instrumentos de pesaje de funcionamiento no automático.
Exactitud especial – Clase I (UNE EN 45501:1995): 1 mg a
30 Kg
Exactitud fina – Clase ll (UNE EN 45501:1995): máximo
3.000 Kg
Exactitud media – Clase III (UNE EN 45501:1995): máximo
150.000 Kg
Exactitud ordinaria – Clase IV (UNE EN 45501:1995):
máximo 150.000 Kg
El microprocesador aporta compensación de temperatura al realizar medidas
promedio e ignora los cambios de señal de las células debidos a variaciones de
la temperatura; facilita la carga repetitiva al controlar la diferencia de
pesada del contenedor con relación al peso deseado; proporciona la comunicación
con el sistema de control del proceso; utiliza código de barras para
automatizar la pesada; con un montaje adecuado, es inmune a la influencia del
viento y a las interferencias electromagnéticas; y con seguridad intrínseca
incorporada puede trabajar en atmósferas explosivas.
Las células están protegidas contra la humedad y el polvo, tienen
una exactitud del 0,03% al 0,25%, admiten indicación a distancia y pueden medir
pesos de 20 kg a más de 150 Tm. Necesitan compensación de temperatura del hilo
de resistencia y de la pieza de acero deformable, y son relativamente caras.
Las
células de carga hidráulicas consisten
en un pistón sobre el que se apoya la carga, que ejerce una presión sobre un
fluido hidráulico. Según la carga, y de acuerdo con el área conocida del
pistón, se crea una presión en el aceite que puede leerse en un manómetro
Bourdon y que, por lo tanto, refleja indirectamente la carga. Sumando las
presiones hidráulicas de varias células de carga y aplicándolas a un transmisor
electrónico o digital se obtiene una señal que puede leerse en indicador y
utilizarse en sistemas de pesaje electrónicos.
Las células de carga hidráulicas se fabrican para unas capacidades de carga de 1.200 kg hasta 4.500 Tm, son de respuesta rápida (menos de 2 segundos), su exactitud es del 0,25%, admiten sobrecargas hasta el 40%, pueden fabricarse a prueba de explosión y son resistentes a vibraciones.
El sistema adopta una posición de equilibrio gracias al conjunto tobera-obturador y a la cámara de realimentación del transmisor. La presión del aire alcanzada en esta cámara indica el peso. La capacidad de carga de las células neumáticas varía de 10 kg a 10 Tm, poseen una exactitud del 0,2% y se adaptan fácilmente al control neumático. Tienen la ventaja de ser insensibles a los cambios de temperatura, ser higiénicas y a prueba de explosión, con el inconveniente de precisar aire comprimido de instrumentos (limpio y seco) o de nitrógeno y de ser de respuesta relativamente lenta.
Una comparación de los sistemas de medida del peso puede verse en la
tabla siguiente:
