Masas y Balanzas Recomendaciones Recomendaciones generales de equipo de medición de peso Ing. Olman Ramos Alfaro – Laboratorio de Masas y Balanzas – LACOMET
Masas 1. Buenas Prácticas 1.1 Uso (posición, condiciones ambientales, otros c uidados) uidados) -
-
-
Utilizar guantes para la manipulación de las pesas. Se puede usar guantes de tela (algodón), látex o nitrilo. Utilizar horquillas, agarraderas y pinzas, en la medida de lo posible. Las pinzas largas ayudan a mantener y a proteger las pesas del calor y de la suciedad de las manos. Manipular las pinzas con cuidado ya que estas pueden producir ralladuras y por ende deterioro de la superficie de las pesas. Evitar el uso de papel para secar la superficie de las pesas, ya que el papel toalla puede producir ralladuras o dejar residuos sobre la superficie de la pesa. Utilizar franela limpia. Los líquidos para limpieza deben contener la mínima cantidad de agua, de manera que sean lo menos corrosivos para el material de fabricación. Evite tocar cualquier instrumento de limpieza, como cepillos o brochas, directamente con las manos, esto transmite suciedad y grasa que pueden ser transmitidos a las pesas directamente. Los guantes de cuero o tela que se van a utilizar deben ser lavados con anticipación, con el fin de eliminar suciedad, grasa o productos químicos que se hallan utilizado en la elaboración de los mismos. Los guantes de látex deben ser desechados después de ser usados. Limpiar las pesas y equipos después de cualquier proceso de ajuste o trabajo de campo. Ambientar posteriormente.
1.2 Antes del proceso de calibración se debe comprobar que:
-
Encender la balanza, o comparador, al menos tre inta (30) minutos antes de su uso. Realizar el proceso de calentamiento de la balanza o comparador con 5 a 10 repeticiones. Realizar, si es necesario, el proceso de ajuste interno, según la balanza o comprador. Verificar que las condiciones ambientales dentro del área de trabajo, se encuentren en un ámbito de temperatura de 19 °C a 21 °C y un ámbito de humedad relativa de 45 %HR a 60 %HR.
Clase de exactitud
Cambio de temperatura durante la calibración
E1
± 0,3 ºC por hora con un máximo de ± 0,5 ºC en 12 horas
E2
± 0,7 ºC por hora con un máximo de ± 1 ºC en 12 horas
F1
± 1,5 ºC por hora con un máximo de ± 2 ºC en 12 horas
B
B
B
B
B
F2 B
B
± 2 ºC por hora con un máximo de ± 3,5 ºC en 12 horas
B
M1 B
± 3 ºC por hora con un máximo de ± 5 ºC en 12 horas
B
Clase de exactitud
Cambio en humedad relativa del aire durante la calibración
E1
40 % a 60 % por hora con un máximo de ± 5 % en 4 horas
E2
40 % a 60 % por hora con un máximo de ± 10 % en 4 horas
F
40 % a 60 % por hora con un máximo de ± 15 % en 4 horas
B
B
B
B
1
Cuadro 1 Condiciones ambientales recomendadas al momento de la calibración. 1.3 Uso, almacenamiento y manipulación:
Los patrones de masa deben ser almacenados en un lugar seguro, seco, con condiciones ambientales ideales, las cuales corresponden a su clase de exactitud. Clase E Almacenar dentro del laboratorio, con condiciones ambientales controladas, especialmente en un ámbito de temperatura de 19 °C a 21 °C y un ámbito de humedad relativa de 45 %HR a 60 %HR. Estas pesas deben ser usadas como patrones de referencia o control para los patrones de trabajo, o como medios de diseminación de la unidad de la masa, además, deben ser manipulados por personal entrenado, el cual debe usar guantes y accesorios de manipulación apropiados. Clase F Almacenar dentro del laboratorio, con condiciones ambientales controladas, especialmente en un ámbito de temperatura de 19 °C a 21 °C y un ámbito de humedad relativa de 45 %HR a 60 %HR, excepto para aquellas pesas que van a ser usadas como patrones de trabajo para la calibración de balanzas. Estas pesas pueden ser usadas como patrones de referencia y control para los patrones de trabajo en campo, también pueden ser usadas como patrones de trabajo interno para la diseminación de la unidad de la masa hacia los instrumentos de pesaje de funcionamiento no automático. Estas pesas deben ser manipuladas por personal entrenado, el cual debe usar guantes y accesorios de manipulación apropiados. Clase M Almacenar dentro del laboratorio, o en un área apropiada, con condiciones ambientales normales. Estas pesas pueden ser usadas como patrones de trabajo para la calibración y diseminación de la unidad de la masa hacia los instrumentos de pesaje de funcionamiento no automático en el 1 TP
PT
Recomendación R 111-1:2004. OIML, Anexo C, sección C.2.1, T abla C.1
campo, o para otras pesas de más bajo nivel de exactitud, pero, no pueden ser usadas como patrones de referencia para los patrones de trabajo del mismo nivel. Estas pesas deben ser manipuladas por personal entrenado, al cual se le recomienda usar guantes y accesorios de manipulación apropiados según sea el proceso a realizar. 1.4 Mantenimiento y Limpieza Esquemáticamente el proceso de limpieza se puede ver de la siguiente forma:
Inspección Visual de la Pesa
Determinar la clase de exactitud De acuerdo con la OIML R 111
Seleccionar el método de limpieza de acuerdo a la clase de exactitud de la pesa
Realizar el proceso de limpieza
Llevar las pesas al laboratorio antes de calibrar para ambientarlas
Figura 1 Esquema para el proceso de limpieza
Luego de la limpieza el tiempo de ambientación de las pesas, por clase, será: Clase de exactitud Luego de limpiar con alcohol Luego de limpiar con agua destilada
E1 7-10 días 4-6 días
E2 3-6 días 2-3 días
F1 1-2 días 1 día
F2 a M3 1 hora 1 hora
2
Cuadro 2 Tiempo de estabilidad después de la limpieza 1.4.1 Limpieza para pesas de clase E, F y M la limpieza puede realizarse de la siguiente forma
Clase E Se utiliza una brocha de pelo suave (por ejemplo marta o camello) de forma muy suave y ligera con el fin de evitar la acumulación de polvo en la superficie, también se usa una pera sopladora. Clase F, sin cavidad de ajuste Se aplica etanol con una franela, sin ejercer demasiada presión sobre la superficie, con el fin de eliminar toda la suciedad. La superficie debe secarse muy bien, y con cuidado de no producir ralladuras, para evitar problemas de corrosión sobre la superficie. Clase F, con cavidad de ajuste Por lo general esta cavidad es roscada. Se aplica etanol con una franela sobre la superficie de la pesa, ejerciendo poca presión. Si es necesario un proceso de ajuste, se debe limpiar la zona roscada con cuidado La superficie debe secarse muy bien para evitar problemas de corrosión, además la zona de la cavidad debe secarse con cuidado para evitar que la humedad entre en la pesa. Clase M Limpiar la superficie con etanol de forma c uidadosa pero efectiva sin dañar la superficie.
2
Recomendación R 111-1:2004. OIML, Anexo B, sección B.4.2, Tabla B.1
Buscar defectos y hendiduras en las cuales pueda acumularse suciedad que produciría corrosión, si la suciedad es profunda en esta área utilizar un cepillo suave para eliminarla. Para pesas de hierro fundido, preferiblemente limpiar y posteriormente pintar la superficie para protegerla. 2. Calibración 2.1 Calibración externa, interna (comprobación intermedia interna) El proceso de calibración de los patrones de masa se realiza por medio de un proceso de comparación contra patrones de mejor nivel de exactitud, por ello es recomendable evaluar de forma apropiada al proveedor de servicios y la tr azabilidad que ofrece. La trazabilidad, como base de referencia a las magnitudes del SI, no debe romperse, por ello se debe contar con períodos apropiados de re-calibración de los patrones de masa y proveedores de confianza de esta trazabilidad. De acuerdo al tipo de proceso realizado por la empresa, los patrones de masa deberán estar calibrados o no. La calibración se recomienda para mantener el control de los patrones de trabajo y de los instrumentos de pesaje de funcionamiento no automático. 2.1.1 Método de comparación: 2.1.1.1 Método: A B B A (Doble Comparación) El método de comparación directa por Doble Comparación, A B B A, consiste en tomar el patrón A y colocarlo sobre el plato de la balanza, luego retirarlo y colocar el calibrando B, posteriormente se quita el calibrando y se coloca el calibrando B de nuevo, luego se retira el calibrando B y se coloca de nuevo la pesa patrón A.
Figura 2 Distribución de pesas para el método A B B A, Doble Comparación La diferencia de lectura d = (Δm) se obtiene de la siguiente forma: Δ
m
=
B
1
- A1 + B2 - A2
2
Dónde: A: valor medido en masa del patrón (lectura de la balanza/comparador) B: valor medido en masa del calibrando (lectura de la balanza/comparador)
2.2 Periodicidad de Calibración (intervalos recomendados dependiendo del equipo)
La periodicidad de los intervalos de calibración de los patrones de masa depende de: - Tipo de equipo - El fin para el que va a ser usado el equipo
(1)
-
El proceso La exactitud requerida en el proceso La periodicidad de uso El usuario del equipo. Recomendaciones de fabricante Calibraciones previas y deriva en el tiempo Condiciones ambientales Los criterios de aceptación y rechazo de un producto o proceso Frecuencia de realización del proceso de verificación Costo
Con base en esos aspectos es posible establecer un intervalo adecuado. Existen algunas recomendaciones para establecer estos períodos. 1. El documento D-10 de la OIML. http://www.oiml.org/publications/D/D010-e07.pdf 2. Documentos con recomendaciones generales. http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-04-10-Det-Int-Cal.pdf En resumen se consideran los siguientes aspectos. 1. Definir el intervalo inicial, que aplica a e quipos nuevos. 2. Definir los intervalos subsecuentes, que aplica para equipos en uso. 2.2.1 Métodos de revisión de los intervalos establecidos. 2.2.1.1 Ajuste Automático o de Escalera Se aplica individualmente por equipo. Cada vez que se calibra un equipo se extiende el período de calibración si se encuentra dentro de tolerancia y se reduce el período de calibración si está fuera de tolerancia. Desventaja: Se produce un desequilibrio en la carga de confirmación y se requiere de gran planificación para cubrir todos los equipos. 2.2.1.2 Gráfico de Control Se grafican los resultados de las calibraciones realizadas y se analizan las tendencias al cambio. Con base en ellas se hace una proyección y se determina el tiempo necesario para la nueva confirmación. Desventaja: Difícil de aplicar en equipo complejo. Es necesario conocer la dispersión del equipo. 2.2.1.3 Tiempo Calendario Se aplica por grupos de equipos, en donde los equipos de medición se disponen inicialmente en grupos a partir de su similitud de construcción y de su fiabilidad esperada. Al grupo se le asigna un intervalo inicial con base en la intuición de ingeniería. Para cada grupo de equipos se debe determinar el período idóneo. Ese período puede variarse con el tiempo. Se pueden utilizar medios estadísticos para definir los períodos de cada grupo de equipos. Para cada grupo se lleva un control de cuantas unidades regresan de la calibración fuera de tolerancia, o los que requieren mantenimiento durante el período de uso. Con base en esa información se varía el intervalo de calibración para todo el grupo de instrumentos.
2.2.1.4 Tiempo de uso Se aplica en forma individual. El tiempo para cada calibración se expresa en un gráfico de control en horas de uso del equipo, en lugar de tiempo calendario. Es especialmente útil en patrones que no sufren desgaste en los períodos de almacenamiento y cuyos costos de calibración son excesivos. Desventaja: Debe considerarse el desgaste por almacenamiento. 2.2.1.5 En servicio o Ensayo: “Caja Negra” Se aplica en forma individual. Se verifican los parámetros críticos propios de equipo, o propios de proceso seleccionado, en intervalos cortos, por ejemplo una vez al día, utilizando un aparato portátil de calibración o mediante una “Caja Negra” (herramienta) diseñada específicamente para verificar los parámetros seleccionados. Si se encuentra que no es conforme se la aplica una confirmación completa. Balanzas 1. Buenas Prácticas 1.1 Uso (posición, condiciones ambientales, otros c uidados) Desde el punto de vista del proceso productivo actual, se utilizan los siguientes equipos. a. Balanzas b. Balanza con medidor de humedad Aun cuando las empresas utilizan estos equipos con regularidad por lo general no se han aportado evidencias de su control metrológico, como aporte a las empresas se presentan una serie de recomendaciones destinadas a mejorar el uso de estos equipos. La mayoría de los procesos productivos involucran actividades en las cuales la materia prima es procesada en diferentes etapas y debe contarse con equipos de control del proceso.
Respecto a las condiciones ambientales adecuadas para mantener y usar los equipos, es recomendable consultar el fabricante, proveedor, o revisar el manual de funcionamiento, para identificar estas condiciones. En todo sistema de pesaje es fundamental considerar condiciones ambientales como la temperatura de la habitación, la exposición a la luz solar, sobre cargas eléctricas y la presencia de suciedad sobre y en el mecanismo de pesaje, que podría inducir al equipo a brindar lecturas erróneas. El uso de equipos de acondicionamiento ambiental ya sean ventiladores o equipos de acondicionamiento, debe estudiarse ya que en ocasiones estos equipos producen corrientes de aire que afectan la pesada. 1.2 Las recomendaciones generales de uso son: – Asegúrese que todo el sistema esté a 0 (ajustado). – Encender la balanza, o comparador, al menos tre inta (30) minutos antes de su uso. – Realizar el proceso de calentamiento de la balanza o comparador con 5 a 10 repeticiones. Realizar, si es necesario, el proceso de ajuste interno, según la balanza o comprador. – Verificar que las condiciones ambientales dentro del área de trabajo, se encuentren en un ámbito de temperatura y un ámbito de humedad relativa recomendado por el fabricante. – Para pesar productos, componentes o partes, debe pesarse primero el recipiente y a ese peso sumarle las piezas o la cantidad de producto que se desea pesar; o en el caso particular tarar el recipiente para pesar antes de su uso.
– Colocar las piezas, el producto o partes que se va a pesar, sobre el plato de la balanza, esperar
–
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– – – – –
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el tiempo de estabilización del equipo para tomar la lectura. El tiempo de estabilización para una balanza, se encuentra establecido en el Manual del Fabricante. La balanza debe protegerse de las variaciones de temperatura y humedad, exposición a la luz solar, no colocarse cerca de hornos, montacargas o plataformas de carga, etc., tanto al almacenarse como en su uso. Ya que los objetos calientes o tibios tienen un peso menor que cuando están fríos, debido a las corrientes y densidad del aire que los rodea, estos objetos, ya sean partes o producto terminado debe ser estabilizado a la temperatura ambiente antes de ser pesados. Si la balanza se encuentra expuesta a polvo o humedad se debe cubrir. Las balanzas deben colocarse en una mesa que sea firme y protegerla de vibraciones (de ser posible una mesa exclusiva para ella). Cuando el equipo cuente con campana debe permanecer siempre cerrada. Para pesar, utilizar únicamente recipientes limpios. Tener limpios cámara de pesada y platillo. Si se derrama alguna sustancia durante la pesada, hay que limpiar de inmediato con un paño limpio y seco. No utilizar disolventes orgánicos o productos químicos ya que pueden dañarse las superficies pintadas y la pantalla. La balanza debe protegerse de corrientes de aire, pues estas producen inestabilidad. Para su estabilización requiere dar un tiempo prudencial de aproximadamente 15 minutos para que el flujo de aire se detenga. Cuando se presente algún problema que no se pueda corregir en el momento, se debe reportar esto a la persona designada en la empresa para el cuidado y mantenimiento de las balanzas.
1.3 Mantenimiento y Almacenamiento Para establecer los controles de las balanzas se debe contar con las condiciones mínimas para que el equipo se comporte regularmente. Las balanzas deben estar colocadas en mesas fuertes, que disminuyan la sensibilidad a los movimientos y vibraciones. Lo recomendable es colocar estos equipos en un lugar fijo, colocados en mesas resistentes, evitando que las vibraciones sean un factor de influencia al obtener la lectura final, especialmente aquellos equipos que poseen mayor sensibilidad. 1.3.1 Recomendación (Nivelación). Es importante que las balanzas siempre se encuentren niveladas antes de realizar una pesada; la forma correcta de comprobarlo es revisar el indicador de nivel, que normalmente se encuentra en la parte superior o trasera del equipo, de no ser así, en el manual del equipo debe venir la ubicación:
Figura 1. Indicador de nivel
Si el instrumento no posee un indicador de nivel, se puede utilizar uno externo, colocándolo sobre el dispositivo receptor de carga. Si el instrumento se encuentra desnivelado, se procede a nivelarlo utilizando el sistema de nivelación (patas del instrumento). 2. Calibración 2.1 Calibración inicial Al lograr las condiciones óptimas desde el punto de vista ambiental y estructural, se empezaría el proceso de control metrológico. Es recomendable hacer una calibración inicial, para esto, la empresa puede acudir a un proveedor de servicios metrológicos o consultar al proveedor de servicios. Es importante tomar en cuenta que, las balanzas se calibran en el lugar donde se encuentran instaladas para su uso. El resultado de la calibración de la balanza será un informe o certificado que servirá como punto de partida para el control metrológico. Se debe corroborar si los resultados de la calibración concuerdan con las especificaciones del fabricante o contra alguna norma, parámetro o recomendación ligada al proceso en e l que se está usando. 2.2 Puntos de calibración. En el caso de las balanzas, los puntos a calibrar son seleccionados de acuerdo a la capacidad máxima de las mismas, y a su uso, esto se encuentra establecido en la recomendación internacional Nº 76 de la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML); en nuestro país mediante el NCR 179:2004, Metrología. ”Instrumentos de pesaje de funcionamiento no automático”. Esto se aplica en el momento de la calibración, por el personal que la realiza. 2.3 Periodicidad Las balanzas se deben calibrar periódicamente, sobre todo la primera vez que se pone en funcionamiento o cuando se cambia de lugar, y se debe verificar después de nivelarlas y después de grandes cambios de temperatura, humedad o presión atmosférica. Algunas balanzas poseen mecanismo de calibración de forma automática y no es necesaria esta operación. 2.4 Comprobaciones intermedias El paso siguiente son las comprobaciones intermedias que se deben realizar al equipo, en este caso, esta información será la base para elaborar una carta de control, observar el comportamiento del equipo y establecer los intervalos de calibración. La periodicidad de las comprobaciones deben ser establecidas por la empresa, de acuerdo a varios factores entre los que destacan la frecuencia y condiciones de uso del equipo. Para las comprobaciones intermedias lo óptimo es contar con una pesa patrón, pero en caso de ausencia de recursos para este fin, la empresa puede establecer un “patrón interno” por ejemplo podría ser una pieza de material metálico inerte que no sufra pérdidas o ganancias de peso significativas para el proceso con el tiempo, sin embargo, la importancia de tener un control sobre este patrón, debido a la trascendencia del m ismo en la cadena de producción. Un aspecto básico es que, la masa del patrón o patrones se encuentre dentro de la tolerancia establecida para el proceso y sean representativos de los pesos regularmente utilizados durante el proceso de trabajo. Para obtener una guía de cómo elaborar el gráfico de control estadístico adecuado para su proceso, es recomendable consultar bibliografía sobre “control estadístico del proceso”, la cual se encuentra disponible vía internet.
Es muy importante recalcar que “los valores adquiridos ” que brinda un certificado de calibración son las correcciones, las cuales deben ser aplicadas a los valores o resultados obtenidos en los procesos, para obtener el valor real, en ningún momento se debe confundir una calibración con un ajuste o un arreglo del equipo. 2.5 Programa de calibraciones Una vez que han sido identificados los equipos que requieren de calibración, se establece un programa de calibraciones, donde se determinan los intervalos de calibración. Este puede depender de varios factores entre los que se citan: – Tipo de equipo – Recomendación del fabricante – Tendencia de datos obtenidos de registros de c alibración previos – Registros históricos de mantenimiento y servicio – Extensión y severidad de uso – Tendencia al desgaste y deriva – Frecuencia de revisiones cruzadas con otros patrones de referencia – Frecuencia y calidad de calibraciones y verificaciones internas – Condiciones ambientales (temperatura, humedad, vibraciones, entre otros) – Exactitud requerida de la medición – Costo de la calibración
Cuando se establece por primera vez un programa de este tipo se debe considerar que el proceso de confirmación metrológica recomendado por INTE-ISO 10012:2003 menciona que un sistema que mantenga intervalos de calibración/confirmación sin revisar, determinados únicamente por intuición (por ejemplo, 1 año), no es confiable, e n ese caso es mejor tomar en cuenta lo siguiente:
– – – – – – –
Experiencia aportada por quien ha operado el equipo Recomendación del fabricante Extensión y severidad del uso Influencia de las condiciones ambientales Tolerancia y exactitud deseada de la me dición (o del proceso) Los instrumentos pueden ser tratados individualmente o como grupos, Los instrumentos fallan en cumplir con sus especificaciones, debido a desviaciones con el tiempo, o por el uso.
El registro para el seguimiento y verificación del cumplimiento del programa de calibración puede contener al menos la siguiente información:
Identificación
Equipo
Fecha de calibración
Resultados
Fecha de Próxima calibración
Responsable
Observaciones
