Ntc 1848 Pesas de Clases e1, e2, f1, f2, m1, m1-2, m2, m2-3 y m3.

NORMA TÉCNICA COLOMBIANANTC 1848 2007-04-18 PESAS DE CLASES E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 y M3. PARTE 1: REQUISITOS METROLÓGICOS Y TÉCNICOS. GENERALIDADES E: WEIGHTS OF CLASSES E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 AND M3. PART 1: METROLOGICAL AND TECHNICAL REQUIREMENTS CORRESPONDENCIA: esta norma es idéntica (IDT) a la norma OIML R111-1:2004. pesa; metrología; pesa de precisión. DESCRIPTORES: I.C.S.: 17.100.00 Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. (571) 6078888 - Fax (571) 2221435 Prohibida su reproducción Segunda actualización Editada 2007-04-25 PRÓLOGO El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993. ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo. La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general. La NTC 1848 (Segunda actualización) fue ratificada por el Consejo Directivo de 2007-04-18. Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales. A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 02 Metrología. ACEGRASAS S.A. ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ BASCULAS PROMETÁLICOS S.A. CENTRAGUAS S.A. ESP COMPENSAR CORPORACIÓN DE METROLOGÍA Y CALIDAD ECOPETROL E.C.I EMPRESA LICORES DE CUNDINAMARCA LABORATORIOS SIGMA PROGEN S.A. SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas: A SELLASEG INGENIERÍA LTDA. AGROGESTION XXI ASMECON Y/O JOSÉ MARLON VEGA TORRES ASOCRETOS BÁSCULAS INDUSTRIALES DE COLOMBIA BÁSCULAS MORESCO BCI LTDA. CALORCOL S.A. CEMENTOS PAZ DEL RÍO CENTRAGAS COATS CADENA LABORATORIO LONGITUDES COLCERAMICA COLCLINKER COMPROIND LTDA. CONTACTOS MUNDIALES E&M ELECTRO PORCELANA GAMMA EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ ENGICAST LTDA. EQUIPESAJES LTDA. EQUIPOS Y CONTROLES INDUSTRIALES ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA EXTRUCOL FIBER GLASS FUNDACIÓN CENTRO DE CALIDAD Y METROLOGÍA-CCM GASES DE BOYACÁ Y SANTANDER GESTION EN CALIDAD Y AMBIENTE EMPRESARIAL GESTIÓN AMBIENTAL GUILLERMO POMBO & CÍA E.U. HELBERT & CIA LTDA. HOLCIM HORNOS Y MONTAJES INDUSTRIALES LTDA ICP ECOPETROL INDUSTRIAS PHILIPS S.A. INGENIERÍA DE SERVICIOS LABORATORIO DE FUERZA INGENIO RÍOPAILA S.A. ICPC LABORATORIO CONTROL DE CALIDAD DEL EJÉRCITO MATRICES TROQUELES Y MOLDES CÍA. LTDA. METRÓN QUALITY CONSULTING METROPYME LTDA. MINISTERIO DE DESARROLLO MULTI-INGENIERÍA PINZUAR LTDA. POSTOBÓN S.A. PREINT LTDA. PROENFAR PROASEM LTDA. PROMETÁLICOS S.A. LABORATORIO MASAS Y BALANZAS PROMIGAS E.S.P RECT-CAR SENA LABORATORIO DE MEDICIONES LONGITUDINALES SERVINTEGRAL LTDA. SHELL COLOMBIA S.A. SIGMA E.U. STIVE FROLICH TECNIBASCULAS LTDA. THERMAL CERAMICS UNILEVER ANDINA S.A. UNIVERSIDAD MANUELA BELTRÁN UNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD UIS ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales y otros documentos relacionados. DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) CONTENIDO Página GENERALIDADES...................................................................................................................1 1. 1.2 1.3 ALCANCE ........................................................................................................................... 1 APLICACIÓN ...................................................................................................................... 1 PESAS DE CLASE DE EXACTITUD MÍNIMA.................................................................. 1 2. 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 TERMINOLOGÍA................................................................................................................. 2 CLASE DE EXACTITUD .................................................................................................... 2 BALANZA............................................................................................................................ 2 CALIBRACIÓN ................................................................................................................... 3 CERTIFICADO DE CALIBRACIÓN (INFORME) .............................................................. 3 CERTIFICADO DE CONFORMIDAD ................................................................................ 3 PATRÓN DE VERIFICACIÓN............................................................................................ 3 COMPARACIÓN ................................................................................................................. 3 MASA CONVENCIONAL ................................................................................................... 3 DENSIDAD DE UN CUERPO ............................................................................................ 4 MAGNETISMO.................................................................................................................... 4 ERROR MÁXIMO PERMISIBLE........................................................................................ 5 PARÁMETRO DE RUGOSIDAD O PARÁMETRO R....................................................... 5 PESA DE SENSIBILIDAD.................................................................................................. 5 JUEGO DE PESAS............................................................................................................. 5 TEMPERATURA (t) ............................................................................................................... PRUEBA.............................................................................................................................. 5 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Página 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 PESA DE PRUEBA (mt)..................................................................................................... 5 MODELO ............................................................................................................................. 5 VERIFICACIÓN................................................................................................................... 6 PESA ................................................................................................................................... 6 PESO DE UN CUERPO (Fg) .............................................................................................. 6 SÍMBOLOS.......................................................................................................................... 7 3. 4. 4.1 4.2 4.3 UNIDADES Y VALORES NOMINALES PARA LAS PESAS .......................................10 UNIDADES ........................................................................................................................ 10 VALORES NOMINALES .................................................................................................. 10 JUEGOS DE PESAS ........................................................................................................ 10 REQUERIMIENTOS METROLOGICOS ...................................................................................... 10 5. 5.1 ERRORES MÁXIMOS PERMISIBLES EN LA VERIFICACIÓN ................................10 ERRORES MÁXIMOS PERMISIBLES EN LA VERIFICACIÓN INICIAL Y LA POSTERIOR O EN LA INSPECCIÓN EN SERVICIO ............................ 10 INCERTIDUMBRE EXPANDIDA ..................................................................................... 11 MASA CONVENCIONAL ................................................................................................. 11 5.2 5.3 REQUERIMIENTOS TÉCNICOS.................................................................................................... 5 6. 6.1 6.2 6.3 FORMA.............................................................................................................................. 11 GENERALIDADES ........................................................................................................... 11 PESAS MENORES O IGUALES A 1 g ........................................................................... 11 PESAS DE 1 g HASTA 50 kg .......................................................................................... 12 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Página 6.4 PESAS SUPERIORES O IGUALES A 50 kg.................................................................. 12 7. 7.1 7.2 7.3 CONSTRUCCIÓN ............................................................................................................. 12 PESAS CLASE E.............................................................................................................. 12 PESAS CLASE F .............................................................................................................. 13 PESAS CLASE M ............................................................................................................. 13 8. 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 MATERIALES ................................................................................................................... 14 GENERALIDADES ........................................................................................................... 14 PESAS CLASE E1 Y E2 .................................................................................................... 14 PESAS CLASE F .............................................................................................................. 15 PESAS CLASE M1, M2 y M3 de 50 kg o MENOS ........................................................... 15 PESAS CLASE M SUPERIORES a 50 kg ...................................................................... 16 9. MAGNETISMO.................................................................................................................. 15 10. 10.1 10.2 DENSIDAD ........................................................................................................................ 16 GENERALIDADES ........................................................................................................... 16 CORRECCIONES PARA LA DESVIACIÓN DE LA DENSIDAD EN AIRE .................. 17 11. 11.1 CONDICIONES SUPERFICIALES .................................................................................. 17 GENERALIDADES ........................................................................................................... 17 12. 12.1 AJUSTE............................................................................................................................. 18 PESAS CLASE E.............................................................................................................. 18 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Página 12.2 12.3 12.4 PESAS CLASE F .............................................................................................................. 18 PESAS CLASE M ............................................................................................................. 18 CONDICIONES DE REFERENCIA.................................................................................. 18 13. 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 ROTULADO ...................................................................................................................... 19 GENERALIDADES ........................................................................................................... 19 PESAS CLASE E.............................................................................................................. 19 PESAS CLASE F .............................................................................................................. 19 PESAS CLASE M1, M2 y M3 ............................................................................................. 19 PESAS DE CLASES M1-2 y M2-3 ...................................................................................... 20 ROTULADOS DE USUARIO ........................................................................................... 20 14. 14.1 14.2 14.3 PRESENTACIÓN .............................................................................................................. 21 GENERALIDADES ........................................................................................................... 21 PESAS CLASE E y F ....................................................................................................... 21 PESAS CLASE M1 ............................................................................................................ 21 CONTROLES METROLOGICOS...................................................................................................... 15. 15.1 15.2 15.3 SOMETIMIENTO A CONTROLES METROLÓGICOS................................................... 21 APROBACIÓN DEL MODELO ........................................................................................ 22 CALIBRACIÓN Y VERIFICACIÓN .................................................................................. 22 RECALIBRACIÓN, VERIFICACIÓN INICIAL Y POSTERIOR....................................... 23 16. ROTULADO DE CONTROL............................................................................................. 23 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Página 16.1 16.2 16.3 16.4 GENERALIDADES ........................................................................................................... 23 PESAS CLASE E.............................................................................................................. 23 PESAS CLASE F .............................................................................................................. 23 PESAS CLASE M ............................................................................................................. 24 REFERENCIAS ............................................................................................................................. 83 DOCUMENTO DE REFERENCIA................................................................................................ 86 ANEXOS ANEXO A EJEMPLOS DE DIFERENTES FORMAS Y DIMENSIONES..................................................... 25 ANEXO B (Obligatorio) PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA PARA LAS PESAS ............................................................. 28 ANEXO C (Obligatorio) CALIBRACIÓN DE LA PESA O DEL JUEGO DE PESAS ........................................................ 67 ANEXO D (Informativo) CONTROL ESTADÍSTICO ........................................................................................................... 77 ANEXO E (Informativo) FÓRMULA CIPM Y UNA FÓRMULA DE APROXIMACIÓN...................................................... 80 FIGURAS Figura A.1. Ejemplos de pesas cilíndricas .........................................................................25 Figura A.2. Ejemplos de pesas de barras rectangulares (Tipo 1) ....................................26 Figura A.3. Ejemplos de pesas de barras rectangulares (Tipo 2) ....................................27 Figura B.1. Equipo para la susceptibilidad magnética y la magnetización permanente, método de susceptometro .....................................................38 Figura B.2. Equipo para la susceptibilidad magnética, método de atracción ...................42 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Página Figura B.3. Tolerancia de densidad y límites de verificación debidos a la incertidumbre de la medición..........................................................................................46 Figura B.4. Ilustración del método A ..................................................................................49 Figura B.5. Ilustración del método B ..................................................................................56 Figura B.6. Ilustración del método C ..................................................................................58 Figura B.7. Ilustración del método D ..................................................................................61 Figura B.8. Ilustración de la determinación del volumen de una pesa cilíndrica (véase la Tabla A.1)..............................................................................................63 TABLAS Tabla 1. Errores máximos permisibles para las pesas (± δm en mg)................................... 10 Tabla 2. Forma de las pesas de 1 g ó menos........................................................................... 11 Tabla 3. Polarización máxima, μoM, (μT) ................................................................................... 16 Tabla 4. Susceptibilidad máxima, X .......................................................................................... 16 Tabla 5. Límites mínimo y máximo para la densidad (pmin, pmax) .......................................... 16 Tabla 6. Valores máximos de la rugosidad superficial........................................................... 18 Tabla 7. Cantidad máxima de rotulados de usuario ............................................................... 20 Tabla 8. Guía para determinar cuáles ensayos se deben realizar para la aprobación del tipo y los pruebas que se sugieren para la verificación inicial y la verificación posterior .......................................................................... 22 Tabla A.1. De dimensiones (en milímetros) ............................................................................. 25 Tabla B.1. Tiempo de estabilización después de la limpieza ................................................ 29 Tabla B.2. [11] Estabilización térmica en horas ...................................................................... 30 Tabla B.3. (a) Magnetización permanente, método del susceptometro (B.6.4) ..............44 Tabla B.3. (b) Susceptibilidad .................................................................................................... 44 Tabla B.3. (c) Magnetización permanente, gaussometro (B.6.2) .......................................... 45 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Página Tabla B.4. Métodos para determinar la densidad.................................................................... 45 Tabla B.5. Incertidumbres típicas estimadas, U (para k = 2) por método y tamaño de la pesa (en kg m-3) .................................................................................................... 46 Tabla B.6. Densidad del agua..................................................................................................... 47 Tabla B.7. Método F2 - Lista de aleaciones usadas más comúnmente para las pesas .... 64 Tabla B.8. Métodos recomendados para la determinación de la densidad para las clases de pesas...................................................................................................................... 65 Tabla C.1. Condiciones ambientales durante la calibración (valores típicos recomendados para obtener resultados exitosos) ...........................................................67 Tabla C.2. Método de pesaje típico ........................................................................................... 69 Tabla C.3. Cantidad mínima de ciclos de pesaje..................................................................... 70 Tabla C.4. Factor de cobertura, k, para diferentes grados de libertad eficaces, v eff. ........ 76 Tabla D.1. Valores críticos de la distribución t de estudiante para una prueba de dos colas con α = 0,05 ........................................................................................................... 78 Tabla D.2. Valores críticos de la distribución F para una prueba de una cola en que snew (v grados de libertad) no excede sp (m⋅ν1, ν) en un nivel de significado de α = 0,05 ................................................................................................................ 79 Tabla E.1. Valor recomendado para Ma/R con xco2 = 0,0004................................................... 80 Tabla E.2. Valores recomendados para las constantes A, B, C, y D .................................... 81 Tabla E.3. Valores recomendados para las constantes α, β, γ .............................................. 81 Tabla E.4. Valores recomendados para las constantes ao, a1, a2, bo, b1, co, c1, d, e ........... 82 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) PESAS DE CLASES E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 Y M3 PARTE 1: REQUISITOS METROLÓGICOS Y TÉCNICOS GENERALIDADES GENERALIDADES 1. ALCANCE 1.1 Esta recomendación contiene los requisitos metrológicos y técnicos (principales características físicas) de las pesas usadas como: patrones para la verificación de instrumentos de pesaje; patrones para la verificación o calibración de pesas de menor exactitud ; con instrumentos de pesaje. 1.2 APLICACIÓN Esta norma se aplica a las pesas con valores nominales de masa entre 1 mg y 5 000 kg clases de exactitud: E1, E2, F1, M1, M1-2, M2 y M2-3 y M3. 1.3 PESAS DE CLASE DE EXACTITUD MÍNIMA Las clases de exactitud de las pesas usadas como patrones para la verificación de pesas o de instrumentos de pesaje se deben especificar según los requisitos de la recomendación OIML pertinente. 1.3.1 E1 Las clases de pesas OIML se definen así: Pesas destinadas a asegurar la trazabilidad entre los patrones de masa nacionales (con valores derivados del Prototipo Internacional del kilogramo) y pesas de la Clase E2 e inferiores. Las pesas o juegos de pesas clase E1 deben ir acompañados siempre de un certificado de calibración (véase el numeral 15.2.2.1). 1 de 86 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA E2 NTC 1848 (Segunda actualización) Pesas destinadas a la verificación o calibración de las pesas de la clase F1. y para usar con los instrumentos de pesaje de exactitud especial Clase 1. Las pesas o juegos de pesas de la clase E2 deben ir acompañadas siempre de un certificado de calibración (véase el numeral 15.2.2.2). Se pueden usar como pesas Clase E1 si cumplen con los requisitos para rugosidad superficial, susceptibilidad magnética y magnetización de las pesas Clase E1 y si su certificado de calibración presenta los datos apropiados especificados en el numeral 15.2.2.1. Pesas destinadas a la verificación o calibración de las pesas de la clase F2 y para usar con instrumentos de pesaje de exactitud especial clase I y alta exactitud Clase II. Pesas destinadas a la verificación o calibración de las pesas de las Clases M1 e inclusive M2. También están destinadas para usar en transacciones comerciales importantes (por ejemplo de metales y piedras preciosas) en instrumentos de pesaje de alta exactitud Clase II. Pesas destinadas a la verificación o calibración de las pesas de la Clase M2 y para usar con instrumentos de pesaje de exactitud media clase III. Pesas destinadas a la verificación o calibración de las pesas de la clase M3 y para usar en transacciones comerciales generales y con instrumentos de pesaje de exactitud media Clase III. Pesas destinadas a ser usadas con instrumentos de pesaje de exactitud media clase IIII y exactitud común Clase IIII. F1 F2 M1 M2 M3 M1-2 y M2-3 Pesas entre 50 kg y 5 000 kg de exactitud baja, destinadas para usar con instrumentos de pesaje de exactitud media clase III NOTA El Error en la pesa usada para la verificación de un instrumento de pesaje no debe exceder 1/3 del error máximo permitido para el instrumento. Estos valores se enumeran en la Sección 3.7.1 de OIML R 76 Nonautomatic Weighing Instruments (1992). 2. TERMINOLOGÍA La terminología usada en este documento cumple con aquella indicada en NTC 2194 Vocabulario de Términos Básicos y Generales en Metrología y el Vocabulario Internacional de términos en metrología legal (edición del 2000) [2]. Además, para los propósitos de este documento, se aplican las siguientes definiciones: 2.1 CLASE DE EXACTITUD Designación de la clase de una pesa o un juego de pesas que cumplen los requisitos metrológicos destinados a mantener los valores de la masa dentro de los límites especificados. 2.2 BALANZA Instrumento que indica la masa aparente y que es sensible a las siguientes fuerzas: Fg = m x g Fb = V x ρ a x g = m ρa x g p Gravedad. Flotación del aire igual al Peso del aire desplazado. 2 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Fz = μ 0 NTC 1848 (Segunda actualización) Componente vertical de la interacción magnética entre el peso y la balanza y/o el ambiente. ∫∫∫ ( M + xH ) ∂Z V ∂H dV H y M son vectores; z es la coordenada cartesiana vertical. Si los efectos magnéticos son insignificantes, es decir, la magnetización permanente (M) de la pesa y la susceptibilidad magnética (χ) son suficientemente pequeñas, y si la balanza está calibrada con pesas patrones con masa conocida, la balanza se puede usar para indicar la masa convencional, mc, de un cuerpo bajo condiciones elegidas de forma convencional. 2.3 CALIBRACIÓN Conjunto de operaciones para establecer, bajo condiciones especificadas, la relación existente entre valores de cantidades indicadas por un instrumento de medición o por un sistema de medición, o los valores representados por una medida material o un material de referencia, y los valores correspondientes determinados por los patrones. NOTA 1 El resultado de una calibración permite bien sea asignar valores de mensurandos a las indicaciones o determinar correcciones con respecto a las indicaciones. NOTA 2 Una calibración también puede determinar otras propiedades metrológicas como el efecto de las cantidades de influencia. NOTA 3 El resultado de una calibración se puede registrar en un documento, en ocasiones llamado certificado de calibración o informe de calibración. 2.31 CERTIFICADO DE CALIBRACIÓN (INFORME) Certificado emitido únicamente por laboratorios acreditados o autorizados quienes registran los resultados de una calibración. 2.4 CERTIFICADO DE CONFORMIDAD Documento suministrado por un organismo nacional responsable que indica la confianza que una pesa o un juego de pesas identificado, o muestras de ellas, está conforme con los requisitos pertinentes de esta recomendación (véase la norma OIML Certificate System for Measuring Instruments). 2.5 PATRÓN DE VERIFICACIÓN Patrón que se usa en un proceso de control estadístico para proporcionar una “verificación” con el fin de asegurar que los patrones, los procesos de medición y los resultados están dentro de los límites estadísticos aceptables. 2.6 COMPARACIÓN Método de medición basado en la comparación de un valor de una cantidad por medir con un valor conocido de la misma cantidad. 2.7 MASA CONVENCIONAL (también llamada valor convencional de la masa) Valor convencional del resultado de pesar en el aire, de acuerdo con OIML D28 Conventional Value of the Result of Weighing in Air [3]. Para un peso tomado a una temperatura de referencia 3 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) (tref) de 20 ºC, la masa convencional es igual a la masa de una pesa de referencia con densidad (pref) de 8 000 kg m-3 equilibrada en aire con una densidad de referencia (po) de 1,2 kg m-3. 2.8 DENSIDAD DE UN CUERPO ρ = m V Masa dividida por el volumen, según la fórmula 2.9 MAGNETISMO . Efecto que genera una fuerza de atracción o de repulsión. 2.9.1 Momento de dipolar magnético (md) Parámetro de un dipolo magnético. La fuerza del campo magnético generado por un dipolo, también la fuerza entre el dipolo y una muestra magnetizada, es proporcional al momento dipolar. La fuerza entre el dipolo y una muestra que tiene susceptibilidad magnética es proporcional al cuadrado del momento dipolar. 2.9.2 Fuerza del campo magnético (H) Intensidad magnética local, generada por material magnético, por ejemplo un imán permanente o por los circuitos eléctricos. 2.9.3 Fuerza magnética (F1, F2, Fa, Fb, Fmax y F2) Fuerza producida sobre un material magnético o con susceptibilidad magnética por campos magnéticos externos. 2.9.4 Permeabilidad magnética (μ) Medida de la capacidad de un medio para modificar un campo magnético. 2.9.5 Constante magnética (permeabilidad magnética del vacío (μo)) μ0 = 4π x10 −7 NA−2 2.9.6 (Volumen) Susceptibilidad magnética (χ) Medida de la capacidad de un medio para modificar un campo magnético. Se relaciona con la permeabilidad magnética (μ) por la relación: μ / μo = 1 + x. En ocasiones se hace referencia a la cantidad μ / μo como permeabilidad relativa, μr. 2.9.7 Magnetización (permanente) (M) Parámetro que especifica el estado magnético de cuerpos, como las pesas, en ausencia de un campo magnético externo (por lo general, la magnetización es un vector cuyas magnitud y dirección no son necesariamente constantes dentro del material). La magnetización de un cuerpo genera un campo magnético no homogéneo en el espacio y de tal manera que puede producir fuerzas magnéticas en otros materiales. 4 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 2.10 NTC 1848 (Segunda actualización) ERROR MÁXIMO PERMISIBLE (δm or mpe) Valor absoluto máximo de la diferencia permitido por la reglamentación nacional, entre la masa convencional medida y el valor nominal de una pesa, determinado por las pesas de referencia correspondientes. 2.11 PARÁMETRO DE RUGOSIDAD O PARÁMETRO R (Ra or RZ) Parámetro que describe el perfil de rugosidad evaluado de una muestra. La letra R es indicativa del tipo de perfil evaluado, en este caso R es el perfil de rugosidad. El perfil evaluado de una muestra puede estar en términos de diferentes tipos de perfil: un perfil de rugosidad o parámetro R; un perfil primario o parámetro P; un perfil de ondulación o parámetro W. [4] 2.12 PESA DE SENSIBILIDAD Pesa que se usa para determinar la sensibilidad de un instrumento de pesaje (véase el numeral T.4.1 en OIML R 76-1). 2.13 JUEGO DE PESAS Serie o grupo de pesas, usualmente presentadas en una caja, en arreglos que hagan posible cualquier pesaje para cargas entre la masa de la pesa con el menor valor nominal y la suma de las masas de todas las pesas de la serie, con una progresión en la cual la masa de la pesa con el menor valor nominal constituye el menor paso de la serie. Las pesas tienen características metrológicas similares y valores nominales iguales o diferentes, como se define en el numeral 4.3 de este documento, y pertenecen a la misma clase de exactitud. 2.14 TEMPERATURA (t) En grados Celsius, se relaciona con la escala de temperatura termodinámica absoluta, denominada escala Kelvin, mediante t = T - 273,15 K. 2.15 PRUEBA Operación técnica que consiste en la determinación de una o más características o del desempeño de un producto, material, equipo, organismo, fenómeno físico, proceso o servicio de acuerdo con un procedimiento específico. (Basado en el numeral 13.1, Prueba , ISO/IEC Guía 2: 1996, Standardization and Related Activities. General Vocabulary) [5] 2.16 PESA DE PRUEBA (mt) Pesa que se va a probar de acuerdo con este documento. 2.17 MODELO Modelo definitivo de las pesas o el juego de pesas con el cual está conforme. 2.17.1 Evaluación del modelo Examen y pruebas sistemáticas del desempeño de un tipo de pesas o conjuntos de pesas frente a los requisitos documentados de esta norma. 5 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 2.17.2 Aprobación de modelo NTC 1848 (Segunda actualización) Proceso de toma de decisión por parte de un organismo responsable, con base en una revisión del informe de las pruebas de evaluación de modelo del patrón, para el modelo de pesa o juego de pesas y el juicio profesional, de que el modelo está conforme con los requisitos obligatorios de esta norma para aplicaciones legales. 2.18 VERIFICACIÓN Todas las operaciones realizadas por una entidad del servicio nacional de metrología legal (u otra organización autorizada legalmente) que tiene el propósito de determinar y confirmar que la pesa satisface enteramente los requisitos de la reglamentación para la verificación. La verificación incluye tanto el examen como la marcación el estampado, (Adaptado de VIML 2.4 y 2.13). 2.18.1 Verificación inicial Serie de pruebas y exámenes visuales realizados antes de poner en servicio el equipo/ pesa para determinar si la pesa o el juego de pesas se han fabricado replicando un modelo determinado y que es conforme con ese modelo y las regulaciones, además que sus características metrológicas están dentro de los límites requeridos para la verificación inicial de copias de ese modelo. Si las pesas o el juego de pesas cumplen todas las pruebas y exámenes, se le da una aceptación de carácter legal evidenciada por un sello y/o la emisión de un certificado de verificación (Adaptado de OIML D20 Initial and Subsequent Verification of Measuring Instruments and Processes (1988)). 2.18.2 Verificación posterior o inspección en servicio Serie de pruebas y exámenes visuales, realizados también por un funcionario de un servicio de metrología legal (inspector) para determinar si la pesa o el juego de pesas, que han estado en uso durante algún tiempo desde la verificación inicial, continúan estando conformes, o vuelven a ser conformes, con los reglamentos y conserva sus características metrológicas dentro de los límites requeridos. Si las pesas o el juego de pesas aprueban todos las pruebas y exámenes, el carácter legal se confirma o restablece para su aceptación, evidenciado mediante un sello y/o la emisión de un certificado de verificación. Cuando se usa el muestreo para verificar un lote o grupo de pesas, todos los elementos del lote se consideran verificados. 2.19 PESA Medida material de masa, regulada con respecto a sus características físicas y metrológicas: forma, dimensiones, material, calidad de la superficie, valor nominal, densidad, propiedades magnéticas y error máximo permisible. 2.20 PESO DE UN CUERPO (Fg) Fuerza gravitacional con la cual el cuerpo es atraído por la Tierra. La palabra peso indica una magnitud de la misma naturaleza que una fuerza: el peso de un cuerpo es el producto de su masa por la aceleración debida a la gravedad. 6 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 3. SÍMBOLOS Símbolo A B BE B0 C Ca Cal Cs D d F1 F2 Fa Fb Fg Fmáx Fz g h H Hez hr ΔI ΔIa ΔIl ΔIs I Ia Ib Idl Il Il+t Ita Itl j k m M Mv Ma mc mcr mct Unidad m2 T T T kg kg N N N N N N N m s-2 mm or m A m-1 A m-1 % kg kg kg kg kg kg A m-1 kg mol-1 kg mol-1 kg kg kg - NTC 1848 (Segunda actualización) Δmc Definición área inducción magnética en el medio lectura indicada por el gaussometro del campo magnético del ambiente sin pesa inducción magnética en vacío factor de corrección por el empuje del aire factor de corrección por el empuje del aire para la densidad del aire durante el ciclo de pesaje en aire. factor de corrección por el empuje del aire para la densidad del aire durante el ciclo de pesaje en líquido. factor de corrección por el empuje del aire para la densidad de la pesa de sensibilidad. diferencia de las lecturas de la balanza entre los valores mínimo y máximo para la prueba de excentricidad. intervalo de escala fuerza promedio calculada usando la diferencia de masa promedio de las lecturas en el comparador de masa para el primer paso.. fuerza promedio calculada usando la diferencia de masa promedio de las lecturas en el comparador de masa para el segundo paso . fuerza promedio usada para la susceptibilidad magnética fuerza promedio usada para la magnetización fuerza gravitacional fuerza máxima para la susceptibilidad magnética fuerza magnética entre un comparador de masa y una pesa en la vertical o en la dirección z aceleración gravitacional altura fuerza del campo de magnetización componente vertical de la fuerza del campo magnético de la Tierra humedad relativa diferencia de indicación de la balanza, donde ΔI = It - Ir diferencia de indicación de la balanza para pesaje en aire, donde ΔIa = Ita - Ira diferencia de indicación de la balanza para pesaje en líquido, donde ΔIl = Itl - Irl diferencia de indicación de la balanza debida a la pesa de sensibilidad indicación de los instrumentos de pesaje (división de escala) factor de corrección geométrica [6] factor de corrección geométrica [6] indicación de la balanza para la diferencia del líquido desplazado indicación de la balanza para el recipiente y el líquido que contiene. indicación de la balanza para el recipiente que contiene el líquido y la pesa indicación de la balanza para la pesa de prueba en aire (después de determinar la tara) indicación de la balanza para la pesa de prueba en líquido (después de determinar la tara) subíndice para el número de pesas de prueba o el número de series de mediciones factor de cobertura, comúnmente 2 o 3 (Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM) (1995))[7] masa de un cuerpo rígido (pesa) magnetización permanente (véase también μoM) masa molar del agua (ecuación E.1) masa molar del aire seco masa convencional de la pesa masa convencional de la pesa de referencia masa convencional de la pesa de ensayo promedio de la diferencia en masa convencional observada entre la pesa de prueba y la de referencia pref Continúa... 7 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) (Continuación) Símbolo md mo mr mra mrl ms mt mwa mwl Δm Unidad A m2 kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg Pa or hPa Pa J/(mol K) μm μm kg K ºC ºC kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg m3 m3 mm mm mm mm Definición momento magnético (de los imanes usados en el susceptometro) masa, valor nominal de la pesa (por ejemplo 1 kg) masa de la pesa de referencia para comparaciones con la pesa de prueba, ambas en aire o ambas sumergidas en líquido. masa de la pesa de referencia para comparaciones frente a la pesa de prueba, ambas en aire masa de una combinación de pesas de referencia para comparaciones frente a la pesa de prueba, patrones en aire, pesa de prueba en líquido masa de la pesa de sensibilidad masa de la pesa de prueba masa de la pesa en aire masa de la pesa en líquido diferencia de masa, usualmente entre la pesa de prueba y la de referencia valor promedio de una serie de mediciones, que comprenden una cantidad de ciclos de pesaje idénticos, o una cantidad de series que tiene aproximadamente la misma desviación estándar diferencia de masa convencional subíndice para la cantidad de secuencias de medición presión presión de saturación del vapor de agua en aire húmedo constante molar de gas altura media del perfil de rugosidad (parámetro R) (véase el numeral 11). altura máxima del perfil de rugosidad (parámetro R) (véase el numeral 11) subíndice para la pesa de referencia desviación típica subíndice para la pesa de sensibilidad temperatura termodinámica que usa la escala de temperatura internacional de 1990 (ITS-90) subíndice para la pesa de prueba temperatura en grados Celsius, donde t = T - 273,15 K temperatura de referencia incertidumbre, incertidumbre expandida incertidumbre, incertidumbre estándar incertidumbre de la pesa de referencia incertidumbre de la corrección por empuje del aire incertidumbre debida a la balanza incertidumbre estándar combinada de la balanza incertidumbre estándar combinada incertidumbre debida a la resolución de la pantalla de una balanza digital incertidumbre debida a la excentricidad incertidumbre debida a la inestabilidad de la pesa de referencia incertidumbre debida al magnetismo incertidumbre debida a la sensibilidad de la balanza incertidumbre debida al proceso de pesaje volumen de un cuerpo sólido (pesa) volumen de la i-ésima pesa de referencia de una combinación de pesas fracción mol del vapor de agua factor de compresibilidad distancia desde la parte superior de la pesa hasta el centro del imán (véase la Figura B.1) distancia desde el centro del imán hasta la base de la pesa (véase la Figura B.1) fracción mol del vapor de agua factor de compresibilidad distancia desde la parte superior de la pesa hasta el centro del imán (véase la Figura B.1) distancia desde el centro del imán hasta la base de la pesa (véase la Figura B.1) Δm Δmc n p psv R Ra Rz r s s T t t tref U u u (mr) ub uba uba Δmc uc ud uE uinst uma us uw V Vrli xv Z Zl Zo xv Z Zl Zo 8 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) (Final) Símbolo ρa po pr pra pref prl ps pt px py δm/mo μ μr μo μoM x Unidad kg m-3 kg m-3 kg m-3 kg m-3 kg m-3 kg m-3 kg m-3 kg m-3 kg m-3 kg m-3 -2 NA N A -2 T - Definición densidad del aire húmedo densidad del aire como referencia, con un valor de igual a 1,2 kg m-3 densidad de una pesa de referencia con masa mr densidad de una pesa de referencia con masa mra densidad de referencia (es decir, 8000 kg m-3) densidad de una pesa de referencia con masa mrl densidad de la pesa de sensibilidad densidad de la pesa sometida a prueba densidad de aleación (x) densidad de aleación (y) error relativo máximo permisible en las pesas permeabilidad magnética permeabilidad magnética relativa (μ/μo) constante magnética (permeabilidad magnética en vacío) μo = 4π x 10-7 N A -2 polarización magnética susceptibilidad magnética (volumen) 4. 4.1 UNIDADES Y VALORES NOMINALES PARA LAS PESAS UNIDADES Las unidades utilizadas son: 4.2 Para masa, miligramo (mg), gramo (m) y kilogramo (kg). Para densidad, kilogramo por metro cúbico (kg m-3). VALORES NOMINALES Los valores nominales de la masa de la pesa o el juego de pesas debe ser igual a 1 x 10n kg, 2 x 10n kg, o 5 x 10n kg, en donde "n" representa un entero positivo o negativo o cero. 4.3 JUEGO DE PESAS 4.3.1 Un juego de pesas puede estar compuesto de secuencias diferentes de valores nominales. Si las secuencias de pesas se usan en un juego de pesas, se debe usar la siguiente secuencia de peso individual: (1; 1; 2; 5) x 10n kg, (1; 1; 1; 2; 5) x 10n kg, (1; 2; 2, 5) x 10n kg, (1; 1; 2; 2; 5) x 10n kg, Donde "n" representa un número entero positivo o negativo o cero. 4.3.2 Un juego de pesas también puede estar compuesto por pesas múltiples, todas ellas tienen el mismo valor nominal (por ejemplo, 10 piezas o miembros de un juego, cada pieza o miembro con una capacidad nominal de 5 x 10n kg). 9 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA REQUISITOS METROLÓGICOS NTC 1848 (Segunda actualización) 5. 5.1 ERRORES MÁXIMOS PERMISIBLES EN LA VERIFICACIÓN ERRORES MÁXIMOS PERMISIBLES EN LA POSTERIOR O EN LA INSPECCIÓN EN SERVICIO VERIFICACIÓN INICIAL Y LA 5.1.1 Los errores máximos permisibles en masa convencional para verificación inicial en pesas individuales se presenta en la Tabla 1 5.1.2 Los errores máximos permisibles para la verificación posterior o la verificación en servicio se dejan a discreción de cada estado. Sin embargo, si los errores máximos permisibles son superiores a los de la Tabla 1, no se puede declarar que la pesa pertenece a la clase OIML correspondiente. Tabla 1. Errores máximos permisibles para las pesas (± δm en mg) Valor nominal* Clase E1 Clase E2 Clase F1 Clase F2 Clase M1 Clase M1-2 Clase M2 Clase M2-3 Clase M3 25 000 80 000 250 000 500 000 800 000 1 600 000 2 500 000 10 000 30 000 100 000 200 000 300 000 600 000 1 000 000 1 600 5 000 16 000 50 000 100 000 160 000 300 000 500 000 800 2 500 8 000 25 000 50 000 80 000 160 000 250 000 300 1 000 3 000 10 000 20 000 30 000 60 000 100 000 160 500 1 600 5 000 10 000 16 000 30 000 50 000 25 80 250 800 2 500 5 000 8 000 16 000 25 000 10 30 100 300 1 000 3 000 10 000 5,0 16 50 160 500 1 600 5 000 2,5 8,0 25 80 250 800 2 500 1,0 3,0 10 30 100 300 1 000 0,5 1,6 5,0 16 50 160 500 0,25 0,8 2,5 8,0 25 80 250 0,10 0,3 1,0 3,0 10 30 100 0,05 0,16 0,5 1,6 5,0 16 50 0,03 0,10 0,3 1,0 3,0 10 30 0,025 0,08 0,25 0,8 2,5 8,0 25 0,020 0,06 0,20 0,6 2,0 6,0 20 0,016 0,05 0,16 0,5 1,6 5,0 16 0,012 0,04 0,12 0,4 1,2 4,0 12 0,010 0,03 0,10 0,3 1,0 3,0 10 0,008 0,025 0,08 0,25 0,8 2,5 0,006 0,020 0,06 0,20 0,6 2,0 0,006 0,016 0,05 0,16 0,5 1,6 0,005 0,012 0,04 0,12 0,4 0,004 0,010 0,03 0,10 0,3 0,003 0,008 0,025 0,08 0,25 0,003 0,006 0,020 0,06 0,20 0,003 0,006 0,020 0,06 0,20 0,003 0,006 0,020 0,06 0,20 NOTA* Los valores nominales de las pesas en la Tabla 1 especifican los pesos más alto y más bajo permitidos en cualquiera de las clases de R 111, y los errores máximos permisibles y las denominaciones no se deben extrapolar a valores más altos ni más bajos. Por ejemplo, el valor nominal más bajo para una pesa en la clase M2 es de 100 mg mientras que el más alto es de 5000 kg. Una pesa de 50 mg no se debería aceptar como pesa clase M2 en R 111 y en su lugar, debería cumplir los errores máximos permisibles de M1 y otros requisitos (por ejemplo, forma o marcas) para esa clase de pesa. De lo contrario, no se podría decir que la pesa es conforme con R 111. 5 000 kg 2 000 kg 1 000 kg 500 kg 200 kg 100 kg 50 kg 20 kg 10 kg 5 kg 2 kg 1 kg 500 g 200 g 100 g 50 g 20 g 10 g 5g 2g 1g 500 mg 200 mg 100 mg 50 mg 20 mg 10 mg 5 mg 2 mg 1 mg 10 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 5.2 INCERTIDUMBRE EXPANDIDA NTC 1848 (Segunda actualización) Para cada pesa, la incertidumbre expandida de la masa convencional, U, para k = 2 ,de la debe ser menor o igual a una tercera parte del error máximo permisible presentado en la Tabla 1. U ≤ 1 δm 3 (5.2-1) 5.3 MASA CONVENCIONAL 5.3.1 Para cada pesa, la masa convencional mc (determinada con una incertidumbre expandida, U, de acuerdo con el numeral 5.2) no debe diferir del valor nominal de la pesa, mo, por más de error máximo permisible, δm, menos la incertidumbre expandida: m0 − (δm − U ) ≤ mc ≤ mo + ( δm − U ) (5.3-1) 5.3.2 Para las pesas clase E1 y E2, que siempre van acompañadas de certificados que presentan los datos apropiados (especificados en el numeral 15.2.1), el usuario debe tener en cuenta la desviación del valor nominal, mc - mo. REQUISITOS TÉCNICOS 6. 6.1 FORMA GENERALIDADES 6.1.1 Las pesas deben tener una forma geométrica simple para facilitar su fabricación; no deben tener bordes ni esquinas afiladas, con el fin de evitar su deterioro; y tampoco deben presentar orificios pronunciados, para evitar los depósitos (por ejemplo polvo) en la superficie. 6.1.2 Las pesas de un juego dado deben tener la misma forma, excepto para pesas de un gramo o menos. 6.2 PESAS MENORES O IGUALES A 1 g 6.2.1 Las pesas menores de un gramo deben ser láminas o alambres planos poligonales, con formas acordes con la Tabla 2 que permitan su fácil manejo. 6.2.2 Las pesas de un gramo pueden ser láminas o alambres poligonales planos (véase el numeral 6.3.1). La forma de las pesas no rotuladas con su valor nominal, debe cumplir con lo establecido en Tabla 2. Tabla 2. Forma de las pesas de 1 g ó menos Valores nominales 5 - 50 - 500 mg 2 - 20 - 200 mg 1 - 10 - 100 - 1000 mg Láminas poligonales pentágono cuadrado triángulo 5 segmentos cuadrado triángulo Alambres o 5 segmento 2 segmentos 1 segmento 11 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) 6.2.3 Un juego de pesas puede estar compuesto por más de una secuencia de formas, que difieren de una secuencia a otra. Sin embargo, en una serie de secuencias de pesas de diferente forma no se debe insertar entre dos secuencias de pesas que tienen la misma forma. 6.3 6.3.1 PESAS DE 1 g HASTA 50 kg Un pesa de 1 g puede tener la forma de múltiplos o submúltiplos de pesas de 1 g. 6.3.2 Las pesas de los valores nominales de 1 g a 50 kg pueden tener las dimensiones externas presentadas en las figuras y tablas del Anexo A. 6.3.2.1 Estas pesas pueden tener cuerpo cilíndrico o cónico ligeramente ahusada (véase el ejemplo de la Figura A.1). La altura del cuerpo debe estar entre 3/4 y 5/4 de su diámetro medio. 6.3.2.2 Estas pesas también pueden estar equipadas con una perilla o botón de sujeción cuya altura está entre 0,5 x y 1 x el diámetro medio del cuerpo. 6.3.3 Además de las formas anteriores (véase el numeral 6.3.2), las pesas de 5 kg a 50 kg pueden tener una forma diferente para su método de manipulación. En lugar de una perilla o botón de sujeción, pueden tener dispositivos de manipulación rígidos incluidos dentro de las pesas, como ejes, manijas, ganchos, etc. 6.3.4 Las pesas de clase M con valores nominales de 5 kg a 50 kg también pueden tener la forma de paralelepípedos rectangulares con bordes redondos y una manija rígida. Los ejemplos típicos de las dimensiones de estas pesas se ilustran en las Figura A.2 y A.3. 6.4 PESAS SUPERIORES O IGUALES A 50 Kg 6.4.1 Las pesas superiores o iguales a 50 kg pueden tener forma cilíndrica, rectangular u otra adecuada. La forma debe facilitar la manipulación y el almacenamiento. 6.4.2 Las pesas superiores o iguales a 50 kg pueden tener dispositivos de manipulación rígidos como ejes, manijas, ganchos, etc. 6.4.3 Si las pesas de clase M están destinadas a desplazarse sobre un piso plano (o en rieles), deben tener ranuras o marcas de rodillo de área limitada. 7. 7.1 7.1.1 CONSTRUCCIÓN PESAS CLASE E Pesas clase E de 1 mg a 50 kg Las pesas clase E de 1 mg a 50 kg deben ser sólidas y no deben tener cavidades abiertas a la atmósfera. Deben ser de una sola pieza de material. 7.1.2 Pesas clase E2 superiores a 50 kg 7.1.2.1 Las pesas clase E2 superiores a 50 kg pueden tener una cavidad de ajuste cuyo volumen no debe exceder 1/1 000 del volumen total de la pesa. La cavidad se debe poder sellar y debe ser hermética al aire y al agua (por ejemplo, por medio de una junta). La cavidad se debe cerrar con un tapón roscado con una ranura para destornillador o un dispositivo de manipulación como una 12 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) perilla, una manija, un ojal, etc. El material del tapón debe ser igual al del cuerpo de la pesa y debe cumplir con los requisitos de superficie de la Clase E2. 7.1.2.2 Después del ajuste inicial, aproximadamente ½ del volumen total de la cavidad de ajuste debe estar vacía. 7.2 PESAS CLASE F Las pesas clase F pueden estar compuestas por una o más piezas construidas a partir del mismo material. 7.2.1 Pesas clase F de 1 g a 50 kg 7.2.1.1 Las pesas Clase F de 1 g a 50 kg pueden tener una cavidad de ajuste. El volumen de esta cavidad no debe exceder 1/4 del volumen total de la pesa. La cavidad se debe cerrar por medio de una perilla de sujeción u otro medio adecuado. 7.2.1.2 Después del ajuste inicial, aproximadamente la mitad del volumen total de la cavidad de ajuste debe estar vacía. 7.2.2 Pesas clase F superiores a 50 kg Las pesas clase F superiores a 50 kg pueden consistir también en una caja ensamblada a partir de varias piezas, cerrada y con soldadura hermética al aire y al agua. El contenido de la caja puede estar compuesto por material diferente del de la caja y debe cumplir con los requisitos de las propiedades magnéticas de las clases F1 y F2. Las paredes de la caja deben ser lo suficientemente rígidas para que no se produzcan deformaciones debidas a los cambios en la presión del aire ambiente, la manipulación, choques, etc. La relación entre la masa y el volumen debe cumplir con los requisitos de densidad de la Tabla 5. 7.2.2.1 Las pesas clase F superiores a 50 kg pueden tener una cavidad de ajuste cuyo volumen no debe exceder 1/20 del volumen total de la pesa. La cavidad se debe poder sellar y debe ser hermética al aire y al agua (por ejemplo, por medio de una junta). La cavidad se debe cerrar con un tapón roscado con una ranura para destornillador o un dispositivo de manipulación como una perilla, una manija, un ojal, etc. 7.2.2.2 Después del ajuste inicial, aproximadamente ½ del volumen total de la cavidad de ajuste debe estar vacía. 7.3 7.3.1 PESAS CLASE M Pesas clase M1, M2 y M3 de 1 g a 50 kg 7.3.1.1 Las pesas clase M1, M2 y M3 de 1 g a 10 g deben ser sólidas, sin cavidad de ajuste, Para las pesas clase M1, M2 y M3, de 20 g a 50 g la cavidad de ajuste es opcional. Las pesas clase M1, M2 y M3 de 100 g a 50 kg deben tener una cavidad de ajuste. Sin embargo, la cavidad de ajuste es opcional para las pesas clase M1 y M2 de 20 g a 200 g fabricadas en acero inoxidable. La cavidad de ajuste debe estar diseñada para evitar la acumulación de sustancias extrañas o desechos, con el fin de permitir un cierre seguro y la posterior apertura para ajustes adicionales. El volumen de la cavidad de ajuste no debe ser superior a ¼ del volumen total de la pesa. 7.3.1.2 Después del ajuste inicial, aproximadamente ½ del volumen total de la cavidad de ajuste debe estar vacía. 13 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) 7.3.2 Las pesas clase M1, M2 y M3 de 100 g a 50 kg del tipo cilíndrico (véase la Figura A.1) deben tener una cavidad de ajuste coaxial con el eje vertical de la pesa, abertura en la superficie superior de la perilla e incluir un ampliación del diámetro en la entrada. La cavidad se debe cerrar con un tapón roscado con una ranura para destornillador (véase la Figura A.1, variante 1) o con un disco con un orificio central para manipulación (véase la Figura A.1, variante 3). El tapón o el disco deben ser de bronce u otro material metálico adecuado y debe estar sellado con un tapón de plomo o material similar en una muesca circular interna en la porción ampliada del diámetro. 7.3.3 Las pesas clase M1, M2 y M3 de 5 kg a 50 kg con forma de paralelepípedo rectangular deben tener una cavidad de ajuste formada por el interior del asa tubular o, si el asa es sólida, se debe fundir una cavidad de ajuste dentro de uno de los montantes de la pesa, en una abertura lateral o la superficie superior de la pesa (véanse las Figuras A.2 y A.3). 7.3.3.1 Si la cavidad de ajuste está en el asa tubular (véase la Figura A.2) se debe cerrar con un tapón roscado con ranura para destornillador o con un disco con un orificio central para manipulación. El tapón o el disco deben ser de bronce u otro material metálico adecuado y debe estar sellado con un tapón de plomo (o material similar) en una muesca circular interna o en los bordes del tubo. 7.3.3.2 Si la cavidad de ajuste está fundida dentro de uno de los montantes y se abre hacia la parte lateral o hacia la superficie superior del montante (véase la Figura A.3), la cavidad se debe cerrar con una placa de acero dulce u otro material adecuado, sellar con un tapón de plomo o material similar en una cubierta con sección cónica. 7.3.4 Pesas clase M superiores o iguales a 50 kg Las pesas no deben tener ninguna cavidad que cause la acumulación rápida de polvo o desechos. 7.3.4.1 Las pesas deben contener una o más cavidades de ajuste. El volumen total de todas las cavidades de ajuste no debe exceder 1/10 del volumen total de la pesa. Las cavidades se deben poder sellar y debe ser hermética al aire y al agua (por ejemplo, por medio de una junta). Las cavidades se deben cerrar con un tapón roscado con una ranura para destornillador o un dispositivo de manipulación (por ejemplo, una perilla o manija). 7.3.4.2 Después del ajuste inicial, al menos 1/3 del volumen total de la cavidad de ajuste debe estar vacío. 8. 8.1 MATERIALES GENERALIDADES Las pesas deben ser resistentes a la corrosión. La calidad del material debe ser tal que, en condiciones normales de uso, el cambio en la masa de las pesas sea insignificante en relación con los errores máximos permitidos en su clase de exactitud (véase la Tabla 1) y el propósito para el que se destinan. 8.2 PESAS CLASE E1 Y E2 8.2.1 Para pesas iguales o mayores a 1 g, la dureza del material y su resistencia al desgaste deben ser similares o superiores al acero inoxidable austenítico. 14 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 8.3 PESAS CLASE F NTC 1848 (Segunda actualización) La superficie de las pesas clase F mayores o iguales a 1 g, se puede tratar con un recubrimiento de metal adecuado para mejorar su dureza y resistencia a la corrosión. 8.3.1 Para pesas clase F superiores o iguales a 1 g, la dureza y fragilidad de los materiales usados deben ser como mínimo iguales a las del bronce estirado. 8.3.2 Para pesas clase F superiores o iguales a 50 kg, la dureza y fragilidad de los materiales usados para todo el cuerpo o para las superficies externas deben ser como mínimo iguales a las del acero inoxidable. 8.4 PESAS CLASE M1, M2 y M3 de 50 kg o MENOS La superficie de las pesas superiores o iguales a 1 g, se puede tratar con un recubrimiento de metal adecuado para mejorar su dureza y resistencia a la corrosión. 8.4.1 Las pesas Clase M menores de 1 g deben ser de material que tenga resistencia suficiente a la corrosión y la oxidación. 8.4.2 Las pesas cilíndricas clase M1 por debajo de 5 kg y las pesas clase M2 y M3 por debajo de 100 g deben ser de bronce o de un material cuya dureza y resistencia a la corrosión sean similares o mejores a las del bronce. Otras pesas cilíndricas clase M1, M2 y M3 de 50 kg o menos deben ser de hierro de fundición gris u otro material cuya fragilidad y resistencia a la corrosión sean similares o mejores a las del hierro de fundición gris. 8.4.3 Las pesas con forma de paralelepípedo rectangular de 5 kg a 50 kg deben ser de un material que tenga una resistencia a la corrosión que sea como mínimo igual al hierro de fundición gris. Su fragilidad no debe exceder la del hierro de fundición gris. 8.4.4 Las manijas de las pesas de paralelepípedo rectangular deben ser de tubo de acero sin costuras o de hierro fundido, integradas al cuerpo de la pesa. 8.5 PESAS CLASE M SUPERIORES a 50 kg 8.5.1 La superficie de las pesas se puede tratar con un recubrimiento de metal adecuado para mejorar su resistencia a la corrosión. Este recubrimiento debe soportar choques y condiciones de intemperie. 8.5.2 Las pesas deben ser de uno o más materiales que tengan una resistencia a la corrosión igual o mejor a la del hierro fundido gris. 8.5.3 El material debe tener tal dureza y resistencia que soporte las cargas y los choques que ocurrirán en las condiciones de uso normal. 8.5.4 Las manijas de las pesas de paralelepípedo rectangular deben ser de tubo de acero sin costuras o de hierro fundido, integradas al cuerpo de la pesa. 9. MAGNETISMO 9.1 Límites de polarización. La magnetización, M, expresada en términos de la polarización, μoM, no deberá exceder los valores de la Tabla 3. 15 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Tabla 3. Polarización máxima, μoM, (μT) Clase de pesa Polarización máxima μoM, (μT) E1 2,5 E2 8 F1 25 F2 80 M1 250 M1-2 500 M2 800 M2-3 1600 M3 2 500 9.2 Límites de la susceptibilidad magnética. La susceptibilidad de una pesa no deberá exceder los valores de la Tabla 4. Tabla 4. Susceptibilidad máxima, X Clase de pesa m ≤ 1g 2 g ≤ m ≤ 19 g 20 g ≤ m E1 0,25 0,06 0,02 E2 0,9 0,18 0,07 F1 10 0,7 0,2 F2 4 0,8 9.3 Si los valores de todas las mediciones locales de magnetización y susceptibilidad son inferiores a los límites, entonces se puede asumir que los componentes de incertidumbre debidos al magnetismo de la pesa son insignificantes. La magnetización permanente máxima y las susceptibilidades indicadas en las Tablas 3 y 4 son tales que, en campos magnéticos y gradientes de campo magnético posiblemente presentes en los platillos de la balanza, producen un cambio en la masa convencional inferior a 1/10 del error máximo permisible de la pesa de prueba [8] [9]. 10. 10.1 DENSIDAD GENERALIDADES La densidad del material utilizado para las pesas se especifica en la Tabla 5 y debe ser tal que una desviación del 10 % de la densidad de aire especificada (1,2 kg m-3) no produzca un error que exceda un cuarto del valor absoluto del error máximo permitido dado en la Tabla 1. Tabla 5. Límites mínimo y máximo para la densidad (pmín, pmáx) Valor nominal* 3 -3 Pmín, Pmáx (10 kg m ) Clase de pesa (para la clase M3, no se especifica ningún valor) E2 F1 F2 M1 M1-2 M2 7,81 - 8,21 7,39 - 8,73 6,4 - 10,7 >3,0 ≥ 4,4 ≥ 2,3 7,74 - 8,28 7,27 - 8,89 6,0 - 12,0 ≥ 4,0 7,50 - 8,57 6,6 - 12,0 4,8 - 24,0 ≥ 2,6 7,27 - 8,89 6,0 - 12,0 ≥4,0 ≥ 2,0 6,9 - 9,6 5,3 - 16,0 ≥3,0 6,0 - 12,0 ≥4,0 ≥2,0 5,3 - 16,0 ≥3,0 ≥ 4,4 ≥2,2 ≥ 3,0 ≥ 100 g 50 g 20 g 10 g 5g 2g 1g 500 mg 200 mg 100 mg 50 mg 20 mg E1 7,934 - 8,067 7,92 - 8,08 7,84 - 8,17 7,74 - 8,28 7,62 - 8,42 7,27 - 8,89 6,9 - 9,6 6,3 - 10,9 5,3 - 16,0 ≥ 4,4 ≥ 3,4 ≥ 2,3 M2-3 ≥ 1,5 NOTA 1 Regla que relaciona la densidad de las pesas. Sea δm/mo el valor del error relativo máximo permisible de las pesas. La densidad, ρ , de la pesa debe satisfacer las siguientes condiciones: 16 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 8 000 kg m − 3 x NTC 1848 (Segunda actualización) (10.1.1) 1 1 ≤ ρ ≤ 8 000 kg m − 3 x sí δm / m0 < 6 x 10 − 5 5 ⎛ δm / m0 ⎞ 5 ⎛ δm / m0 ⎞ 1 + 10 ⎜ 1 + 10 ⎜ ⎟ ⎟ 6 6 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 1 1 + 10 −5 8 000 kg m − 3 x ⎛ δm / m0 ⎞ ⎜ ⎟ 6 ⎝ ⎠ ≤ ρ sí δm / m0 ≥ 6 x 10 −5 (10.1.2) NOTA 2 Independientemente de los requisitos relacionados con la densidad de las pesas, es conveniente obtener, en particular para las pesas de referencia o aquellas con valor nominal alto, una densidad de 8 000 kg m-3. Por ejemplo, se puede usar un cuerpo de hierro fundido, que incorpore una cavidad especial en la cual se puede fundir un núcleo de plomo, con una masa aproximada del 30 % de la masa nominal total del patrón. 10.2 CORRECCIONES PARA LA DESVIACIÓN DE LA DENSIDAD EN AIRE 10.2.1 Si la densidad del aire, ,ρa, se desvía de ρ0 = 1,2 kg m-3 en más de ± 10 % y la densidad de la pesa de prueba, ρt, se desvía de la densidad de la pesa de referencia, ρr , la masa convencional se puede corregir mediante el término C así: m ct = m cr (1 + C )+ Δm c (10.2.1) con ⎡1 1 ⎤ − C = ρ a − ρ0 ⎢ ⎥ ρ ρ r⎦ ⎣ t en donde ( ) (10.2.2) Δmc = = = es el promedio observado de la diferencia entre la pesa de prueba y la de referencia, es la densidad de la pesa de referencia y son las masa convencionales de las pesas de prueba y referencia respectivamente. ρr mct y mcr 10.2.2 Pesas usadas para la calibración / verificación de balanzas La altitud y los cambios correspondientes en la densidad del aire pueden afectar al error de medición cuando se usan las masas convencionales de las pesas, por ello, se debe usar la corrección por empuje indicada en el numeral 10.2.1, la cual requiere que se conozca la densidad de la pesa. Si se van a usar pesas clase E por encima de 330 m, la densidad de las pesas se debe suministrar junto con su incertidumbre asociada. Para la Clase F1, el mismo principio es válido por encima de 800 m. De otro modo, el fabricante debe tomar en consideración el efecto de la disminución en el empuje en altitudes más elevadas, al especificar la clase de pesa para patrones de masa convencional. 11. 11.1 CONDICIONES SUPERFICIALES GENERALIDADES En condiciones normales de uso, las cualidades superficiales deben ser tales que cualquier alteración de la masa de las pesas sea insignificante con respecto al error máximo permisible. 11.1.1 La superficie de las pesas (incluyendo la base y las esquinas) debe ser lisa y los bordes deben ser redondeados. 17 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) 11.1.2 La superficie de las pesas clase E y F no debe ser porosas y debe presentar una apariencia lustrosa cuando se examina visualmente. Un examen visual puede ser suficiente, excepto en caso de duda o disputa. En este caso, se deben usar los valores indicados en la tabla 6. La rugosidad superficial máxima permitida de las pesas superiores a 50 kg debe ser el doble de los valores especificados en la Tabla 6. Tabla 6. Valores máximos de la rugosidad superficial Clase Rz (μm) Ra (μm) E1 0,5 0,1 E2 1 0,2 F1 2 0,4 F2 5 1 11.1.3 La superficie de las pesas cilíndricos Clase M1, M2 y M3 de 1 g a 50 kg debe ser lisa y su apariencia no debe ser porosa al examinarla visualmente. El acabado de las pesas de fundición M1, M2 y M3 de 100 g a 50 kg y las pesas clase M superiores a 50 kg debe ser similar al del hierro de fundición gris vaciado en un molde de arena fina. Esto se puede obtener mediante la aplicación de métodos de protección superficial adecuados. 12. AJUSTE Una pesa con un valor nominal determinado se debe ajustar de modo que la masa convencional del resultado del pesaje de esta pesa en aire sea igual al valor nominal determinado, dentro de los límites de los errores máximos permisibles fijados para la clase de exactitud a la cual pertenece la pesa. Se deben aplicar los requisitos de incertidumbre del numeral 5.3.1. 12.1 PESAS CLASE E Las pesas se deben ajustar mediante abrasión, fresado o cualquier método apropiado. Los requisitos superficiales se deben cumplir al final del proceso. Las pesas superiores a 50 kg con una cavidad de ajuste se pueden ajustar con el mismo material del cual están fabricadas. 12.2 PESAS CLASE F Las pesas sólidas se deben ajustar por abrasión, fresado o cualquier método apropiado que no altere la superficie. Las pesas con cavidades de ajuste, se deben ajustar con el mismo material del que están fabricadas, o de estaño, molibdeno o tungsteno. 12.3 PESAS CLASE M 12.3.1 Las pesas de alambre y lámina delgada de 1 mg a 1 g se deben ajustar por corte, abrasión o fresado. 12.3.2 Las pesas cilíndricas sin cavidades se deben ajustar por fresado. 12.3.3 Las pesas con cavidad de ajuste se deben ajustar agregando o retirando material metálico denso, como granalla de plomo. Si no se puede retirar más material, se pueden ajustar por fresado. 12.4 CONDICIONES DE REFERENCIA Las condiciones de referencia que se aplican al ajuste de las pesas patrón son las siguientes: - Densidad de referencia de patrón: 8 000 kg m-3 18 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA - NTC 1848 (Segunda actualización) Densidad del aire ambiente: 1,2 kg m-3 Equilibrio en aire a 20 ºC, sin corrección por empuje en aire. 13. 13.1 ROTULADO GENERALIDADES Excepto las pesas de las clases E y las pesas de 1 g descritas en el numeral 6.2.2, las pesas de 1 g y sus múltiplos se deben rotular para indicar claramente su valor nominal, siempre que la calidad de la superficie y la estabilidad de la pesa no estén afectadas por los rotulados ni por el proceso usado para rotular la pesa. 13.1.1 Los numerales que indican los valores nominales de la masa de las pesas deben representar: - Kilogramos para masas de 1 kg y superior Gramos para masas de 1 g a 500 g 13.1.2 Las pesas por duplicado o triplicado en un juego se deben distinguir claramente por uno o dos asteriscos o puntos en el centro de la superficie, excepto las pesas de alambre, que se deben distinguir por uno o dos ganchos. 13.2 PESAS CLASE E La clase se debe indicar en la cubierta de la caja (véase el numeral 14.1) para las pesas Clase E. Una pesa Clase E no se debe rotular a menos que los rotulados sean para diferenciarla de otra pesa de Clase E y siempre que la calidad de la superficie y la estabilidad de la pesa no estén afectadas por el rotulado ni por el proceso usado para hacerlo. La cantidad máxima de rotulados se indica en la Tabla 7. Las pesas clase E2 pueden llevar un punto alejado del centro en la superficie superior para diferenciarlas de las pesas de Clase E1. 13.3 PESAS CLASE F Las pesas iguales o superiores a 1 g pueden llevar, mediante bruñido o grabado, la indicación de su valor nominal expresado de acuerdo con el numeral 13.1 (no seguido por el nombre ni el símbolo de la unidad). 13.3.1 Las pesas de Clase F1 no deben llevar ninguna referencia de clase. 13.3.2 Las pesas de Clase F2 iguales o superiores a 1 g deben llevar su clase de referencia bajo la forma de "F" junto con la indicación de su valor nominal. 13.4 PESAS CLASE M1, M2 y M3 13.4.1 Las pesas rectangulares de 5 kg a 5 000 kg deben indicar el valor nominal de la pesa, seguido del símbolo "kg", en alto o bajo relieve, sobre el cuerpo de la pesa, como se ilustra en las Figuras A.2 y A.3. 19 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) 13.4.2 Las pesas cilíndricas de 1 g a 5 000 kg deben indicar el valor nominal de la pesa, seguido del símbolo "g" o "kg", en alto o bajo relieve, sobre la perilla o botón, como se ilustra en la Figura A.1. En pesas cilíndricas de 500 g a 5 000 kg, la indicación se puede reproducir en la superficie cilíndrica del cuerpo de la pesa. 13.4.3 Las pesas clase M1 deben llevar el signo M1 o M, en alto o bajo relieve, junto con la indicación del valor nominal en la posición indicada en las Figuras A.2 y A.3. Las pesas M1 de forma rectangular pueden llevar la marca del fabricante en alto o bajo relieve en la porción central de las pesas, como se ilustra en las Figuras A.2 y A.3. 13.4.4 Las pesas rectangulares clase M2 deben indicar el valor nominal y también pueden llevar el signo M2 en alto o bajo relieve como se ilustra en las Figuras A.2 y A.3. 13.4.5 Las pesas rectangulares clase M3 deben llevar el signo “M3” o “X”, en alto o bajo relieve, junto con la indicación del valor nominal en la posición indicada en las Figuras A.2 y A.3. 13.4.6 Las pesas Clase M2 y M3 (excepto las pesas de alambre) pueden llevar la marca del fabricante en alto o bajo relieve: - En porción central de las pesas rectangulares En la cara superficial de la perilla de las pesas cilíndricas En la cara superior del cilindro para pesas cilíndricas clase M3 con manija. Tal como se ilustra en las Figuras A.1, A.2 y A.3. 13.4.7 Pesas clase M3 iguales o superiores a 50 kg. La pesa debe llevar el valor nominal en numerales seguido del símbolo de la unidad. 13.5 PESAS DE CLASES M1-2 y M2-3 Las pesas de clase M1-2 deben llevar el signo “ M1-2” y las de la Clase M2-3 deben llegar el signo “M2-3” en alto o bajo relieve, junto con el valor nominal seguido de el símbolo “kg”. Las pesas clase M1-2 y M2-3 pueden llevar la marca del fabricante en alto o bajo relieve en la cara superior de la superficie y tener tamaño similar al ilustrado en las Figuras A.1, A.2 o A.3 para otras pesas Clase M. 13.6 ROTULADOS DE USUARIO Es una buena práctica para un usuario identificarlas pesas individuales ya que ello ayuda a conectar una pesa con su certificado de calibración o su documento de verificación. Los valores máximos aceptables para los rotulados de usuario se indican en la Tabla 7. Tabla 7. Cantidad máxima de rotulados de usuario Clase E, F, M1 Y M2 E1 E2 F1 a M2 F1 a M2 F1 a M2 Valor nominal <1g ≥1g ≥1g 1 g o 100 g 200 g o 10 g ≥ 20 kg Altura de la letra 1 mm 2 mm 3 mm 3 mm 5 mm 7 mm Cantidad máxima de signos, numerales o letras 2 3 5 5 5 5 20 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Los rotulados de usuario deben consistir en signos, números o letras que no produzcan confusión con alguna indicación del valor nominal o la clase. 14. 14.1 PRESENTACIÓN GENERALIDADES Excepto las pesas de las clases M1-2, M2 y M2-3 y M3, las pesas se deben presentar de acuerdo con los siguientes requisitos. 14.1.1 La tapa de las cajas que contienen las pesas se debe rotular para indicar su clase en la forma E1, E2, F1, F2, M1. 14.1.2 Las pesas que pertenecen al mismo juego deben ser de la misma clase de exactitud. 14.2 PESAS CLASE E y F 14.2.1 Las pesas individuales y juegos de pesas se deben proteger contra el deterioro o daño causados por choque o vibración. Se deben colocar en cajas de madera, plástico o cualquier material adecuado que tenga cavidades individuales. 14.2.2 Los medios para manipular las pesas Clase E y F deberían tener tal construcción que no se raye ni cambie la superficie de la pesa. 14.3 PESAS CLASE M1 14.3.1 Las pesas cilíndricas de clase M1 hasta 500 g inclusive (individuales o en juegos) se deben colocar dentro de una caja con cavidades individuales. 14.3.2 Las pesas de alambre y láminas delgadas se deben colocar en cajas con cavidades individuales; la referencia de Clase (M1).se debe grabar en la tapa de la caja. CONTROLES METROLÓGICOS 15. SOMETIMIENTO A CONTROLES METROLÓGICOS En los países en donde las pesas se someten a controles metrológicos del Estado, estos controles pueden, dependiendo de la legislación nacional, comprender uno o más de los siguientes: aprobación de modelo, calibración, recalibración, verificación, verificación inicial y verificación posterior. La Tabla 8 presenta una guía para determinar cuáles pruebas se deben realizar durante cuál etapa de la evaluación. 21 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Tabla 8. Guía para determinar cuáles ensayos se deben realizar para la aprobación del tipo y los ensayos que se sugieren para la verificación inicial y la verificación posterior Densidad p E + Ensayo Clase TA IV SV TA IV SV = = = = V = = * + = = Rugosidad superficial M E V V F V V M V V F Susceptibilidad magnética X E F M Magnetización permanente M E F M Masa convencional Mo E F M * * * aprobación de modelo. verificación inicial que se desarrolla cuando la pesa se pone en servicio por primera vez. verificación posterior o periódica. la prueba no se aplica. sólo inspección visual. prueba requerida . en caso de duda, la magnetización permanente de una pesa se puede probar durante la verificación posterior. se aplica únicamente a la Clase E1, no a E2. 15.1 APROBACIÓN DEL MODELO 15.1.1 Cada fabricante o representante autorizado puede presentar un modelo o tipo de las pesas que pretende fabricar, al organismo responsable para que éste determine que el modelo o tipo cumple con los requisitos estatutarios. Los procedimientos de ensayo obligatorios se indican en los Anexos B y C de esta norma. Para la aprobación del modelo, en la R 111-2 se indica el formato de informe depara las pruebas obligatorias. La Tabla 8 presenta las pruebas obligatorias para la aprobación del modelo. 15.1.2 Un modelo o tipo aprobado no se debe modificar sin autorización especial una vez que ha recibido la aprobación del modelo (véase la norma OIML B 3 OIML Certificate System for Measuring Instruments). 15.2 CALIBRACIÓN Y VERIFICACIÓN La calibración y verificación de las pesas o juegos de pesas debe ser responsabilidad del organismo nacional responsable o del usuario, dependiendo de la legislación nacional y de la intensidad del uso . Los certificados de calibración y verificación se deben ser emitidos únicamente por los laboratorios autorizados o acreditados. Se debe mantener la trazabilidad hasta los patrones nacionales. 15.2.1 Certificados de calibración y verificación Un certificado de calibración o verificación debe indicar, como mínimo, lo siguiente: la masa convencional de cada pesa, mc, una indicación de si una pesa ha sido ajustada antes de la calibración, su incertidumbre expandida , U, y el valor del factor de cobertura , k. Las pesas Clase E deben ir acompañadas de certificados de calibración. 22 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) 15.2.2.1 El certificado para las pesas clase E1 debe mencionar al menos los valores de la masa convencional, mc, la incertidumbre expandida , U, y el factor de cobertura , k, y la densidad o volumen para cada pesa. Además, el certificado debe indicar si se midió o estimó la densidad o el volumen. 15.2.2.2 El certificado para las pesas clase E2 debe mencionar, como mínimo, la siguiente información: a) b) los valores de la masa convencional, mc, de cada pesa, la incertidumbre extendida, U, y el factor de cubrimiento, k, la información requerida para los certificados de calibración para las pesas clase E1 (bajo las condiciones del numeral 1.3.1.a). RECALIBRACIÓN, VERIFICACIÓN INICIAL Y POSTERIOR 15.3 15.3.1 La Tabla 8 indica las pruebas sugeridas para la verificación inicial y posterior. Las categorías de pesas sometidas a calibración o verificación inicial también se deben someter a recalibración o verificación posterior, haciendo posible verificar que mantienen sus propiedades metrológicas. Cualquier pesa encontrada defectuosa en el momento de la recalibración o la verificación posterior, se debe descartar o reajustar. 15.3.2 Para la verificación posterior, como mínimo, las pesas se deben inspeccionar visualmente para determinar las condiciones de la superficie y el diseño, y revisar la masa frente a su certificado y al certificado de conformidad OIML . 16. 16.1 ROTULADO DE CONTROL GENERALIDADES No se requieren rótulos de control en pesas cuando se expide un certificado de calibración. 16.2 PESAS CLASE E 16.2.1 Los rótulos de control se pueden fijar en la caja. 16.2.2 Las autoridades metrológicas (por ejemplo: servicios o laboratorios de calibración acreditados) deben expedir un certificado para cada pesa o juego de pesas. 16.3 PESAS CLASE F 16.3.1 Pesas Clase F1 Si las pesas se han sometido a controles metrológicos, los rótulos de estos controles se deben fijar en la caja que las contiene. 16.3.2 Pesas Clase F2 Si las pesas cilíndricas F2 se someten a controles metrológicos, los rótulos apropiados del control se deben fijar en el sello de la cavidad de ajuste. Para pesas sin cavidad de ajuste, los rótulos se deben fijar en su base o en la caja que las contiene. 23 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 16.4 PESAS CLASE M NTC 1848 (Segunda actualización) 16.4.1 Si las pesas M1. M2 y M3 se someten a controles metrológicos, se deben fijar los rótulos de control apropiados en el sello de la cavidad de ajuste. Para pesas sin cavidad de ajuste, los rótulos de control se deben fijar en la caja. 16.4.2 Si las pesas de lámina o alambre delgado clase M1 se someten a controles metrológicos, los rótulos de control se deben fijar en la caja. 24 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) ANEXO A EJEMPLOS DE DIFERENTES FORMAS Y DIMENSIONES Variante 1 Cavidad de ajuste ØD3 ØD2 R1 R3 H Variante 2 Cavidad de ajuste R2 10° Øn q Pastilla de plomo Øn I Øt Øe Øc h g q Øn R3 ØD1 Marca del fabricante E Bronce o el mismo material m de la pesa Øe Øc g b Øn f d f d o b Øa Øa Figura A.1. Ejemplos de pesas cilíndricas Tabla A.1. De dimensiones (en milímetros) Valor nominal 1g 2g 5g 10 g 20 g 50 g 20 g 50 g 100 g 200 g 500 g 1 kg 2 kg 5 kg 10 kg D1 6 6 8 10 13 18 D2 D3 H R1 R2 0,5 0,5 0,7 0,8 1 1,5 R3 0 a1 a2 b1) c d e f g h l m n q t 5,5 3 D 0,9 5,5 3 e 0,9 7 4,5 p 1,25 9 6 e 1,5 11,5 7,5 n 1,8 16 10 d 2,5 e 0,5 1 0,5 1 0,5 1 0,5 1 0,5 1,5 1 2 Sin Cavidad de ajuste 13 11,5 7,5 1,8 1 0,5 1,5 3,5 3 18 5,5 d 18 16 10 2,5 1,5 1 2 5,5 4,5 25 7,5 e 22 20 13 3,5 2 1 2 5,5 4,5 30 7,5 l 28 25 16 4 2,25 1,5 3,2 6,9 7 40 10,5 38 34 22 m 5,5 3 1,5 3,2 6,9 7 50 10,5 48 43 27 a 7 4 2 5 12,4 12 65 18,5 60 54 36 t 9 5 2 5 12,4 12 80 18,5 80 72 46 e 12 6,5 2 10 18,4 18 120 24,5 100 90 58 r 15 8,5 3 10 18,4 18 160 24,5 i 20 kg 128 112 74 a 18 11 3 10 18,4 18 160 24,5 l 1) La profundidad de las cavidades de ajuste se da sólo como una indicación. 2,5 6,5 1,5 1 9 5 1 5 1 3,5 9 2 1 10 5 1,5 7 1,5 3,5 9 2 1 10 5 1,5 7 1,5 4,5 12 2,5 1,5 15 8 2 10 2 4,5 12 2,5 1,5 15 8 2 10 2 7 20 4 2,5 20 13 3 18 3 7 20 4 2,5 20 13 3 18 3 8 26,5 4 2,5 35 18 4 24 3 89 26,5 4 2,5 35 18 4 24 3 8 26,5 4 2,5 35 18 4 24 3 M4 x 0,5 M6 x 0,5 M6 x 0,5 M8 x 1 M8 x 1 M14 x 1,5 M14 x 1,5 M20 x 1,5 M20 x 1,5 M20 x 1,5 25 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA P astilla de plom o NTC 1848 (Segunda actualización) e+f+g V ariante 1 C avidad de ajuste A2 a a B2 A Ø d2 Ø d1 Øn Øt Øt Ø d1 Ø d2 g f H g V ariante 2 C avidad de ajuste A Øt ØU Øs Øt Ø d1 Ø s Ø d2 A1 Todos los bordes redondeados f b c h B1 S ección A - A f e e V ariante 3 C avidad de ajuste Øs g g M arca del fabricante N ota: los rotulados pueden estar en la cara superior o en la laterl de la pesa Øn Øn ØU Øs Ø d1 Ø d2 o 0 kg g m g m M anija tubular Figura A.2. Ejemplos de pesas de barras rectangulares (Tipo 1) Tabla de dimensiones (en milímetros) Valor nominal 5 kg 10 kg 20 kg 50 kg A1 150 190 230 310 A2 152 193 234 314 B1 75 95 115 155 B2 77 97 117 157 H 84 109 139 192 a 36 46 61 83 b 30 38 52 74 c 6 8 12 16 d1 12 12 24 24 d2 19 25 29 40 e 1 1 2 2 f 14 14 21 21 g 2 2 3 3 h 66 84 109 152 l 145 185 220 300 m 5 5 8 8 n 16 16 27 27 o 12 16 20 25 r 5 6 8 10 s 16.5 16.5 27.5 27.5 t M 16 x 1,5 M 16 x 1,5 M 27 x 1,5 M 27 x 1,5 u 18 18 30 30 NOTA Las dimensiones A1 y A2 así como la B1 y B2 se pueden invertir. 26 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) A2 32 28 22 16 10 C avidad d e aju ste a 24 20 13 B A a B2 1 p H b B T od os lo s bo rdes re d on de ados A1 9 1 c h m S ecció n B - B P a stilla de p lom o n A B1 S ecció n A - A M a rca de l fabrica nte N o ta: lo s rotula do s pued en e star en la cara superior o e n la la terl d e la pe sa P la ca p equ eña de p lo m o N o ta : L a ca vid ad d e aju ste se ilustra aq ui en la cara sup erio r. E sta ca vidad tam b ien p ue d e e star en la cara late ral de la pe sa. o 0 kg Figura A.3. Ejemplos de pesas de barras rectangulares (Tipo 2) Tabla de dimensiones (en milímetros) Valor nominal 5 kg 10 kg 20 kg 50 kg A1 150 190 230 310 A2 152 193 234 314 B1 75 95 115 155 B2 77 97 117 157 H 84 109 139 192 a 36 46 61 83 b 30 38 52 74 c 6 8 12 16 d 19 25 29 40 h 66 84 109 152 m 16 35 50 70 n 13 25 30 40 o 12 16 20 25 p 55 70 95 148 r 5 6 8 10 NOTA Las dimensiones A1 y A2 así como la B1 y B2 se pueden invertir. Las dimensiones internas m, n, p de las cavidades de ajuste se dan aquí sólo como indicación. 27 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) ANEXO B (Obligatorio) PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA PARA LAS PESAS B.1 INTRODUCCIÓN Este anexo presenta los métodos aceptados para determinar propiedades seleccionadas de las pesas. Estos métodos se aplican a las pesas individuales o a los juegos. B.1.1 Los informes de prueba deben indicar con claridad el método mediante el cual se desarrolló la prueba. Los métodos de este anexo se pueden consultar mediante su numeral respectivo. Si se usan otros métodos, entonces la validez del método se debe sustentar con documentación. B.1.2 El término “masa convencional” se usa en todas partes, excepto en la sección de densidad donde se usa el término “masa real” (véase el numeral 2.6). B.2 SECUENCIA DE LAS PRUEBAS Las evaluaciones y prueba preliminares se deben realizar en el siguiente orden (si aplica): a) b) c) d) e) revisión de documentos e inspección visual según la lista de verificación (véase el numeral R 111-2 Formato reporte de pruebas); limpieza de la pesas (véase el numeral B.4); rugosidad superficial (véase el numeral B.5); magnetismo (véase el numeral B.6); densidad (véase el numeral B.7); NOTA La limpieza se debe repetir después de la medición de densidad si el fluido usado en el sistema de densidad no fue agua (otros fluidos que se usan comúnmente, por ejemplo los fluorocarbonos, dejan un residuo que se debe eliminar limpiando con un solvente como el alcohol). f) B.3 Determinación o medición de la masa convencional (véase el Anexo C) REVISIÓN DE DOCUMENTOS E INSPECCIÓN VISUAL B.3.1 Revisión documental Revisión, según el numeral 15.1, de la documentación que se presenta, incluyendo fotografías, dibujos, especificaciones técnicas pertinentes y todo lo que sea necesario para determinar si la documentación es adecuada y correcta. B.3.2 Comparación de la construcción con la documentación Examen de la apariencia física de la pesa o del juego de pesas para asegurar la conformidad con la documentación (según numerales 6, 7, 8, 14 y 15.1 de esta norma). 28 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.3.3 Examen inicial B.3.3.1 Características metrológicas NTC 1848 (Segunda actualización) Observe las características petrológicas según R 111-2 Formato de reporte de pruebas. B.3.3.2 Rotulados (según numerales 13 y 16 de esta norma). Verifique los rotulados según R 111-2 Formato de reporte de pruebas. B.4 LIMPIEZA DE LAS PESAS B.4.1 Es importante limpiar las pesas antes de todas las mediciones porque el proceso de limpieza puede cambiar la masa de la pesa. La limpieza no debería retirar cantidades significativas del material de la pesa. Se recomienda manipular y almacenar las pesas de forma tal que permanezcan limpias. Antes de la calibración, se debe eliminar el polvo y las partículas extrañas. Se debe tener cuidado para no cambiar las propiedades superficiales de la pesa (es decir, por rayas en la pesa). Si una pesa contiene cantidades significativas de mugre que no se puede eliminar con los métodos anteriormente citados, la pesa o alguna parte de ella se puede limpiar con alcohol limpio, agua destilada u otros solventes. Las pesas con cavidades internas normalmente no se deben sumergir en el solvente para evitar la posibilidad de que el fluido penetre por la abertura. Si existe la necesidad de monitorear la estabilidad de una pesa en uso, la masa de la pesa debería, si es posible, determinarse antes de la limpieza. B.4.2 Después de limpiar las pesas con solventes, éstas se deben estabilizar durante los periodos indicados en la Tabla B.1. Tabla B.1. Tiempo de estabilización después de la limpieza Clase de pesa Después de la limpieza con alcohol Después de la limpieza con agua destilada E1 7 d -10 d 4d-6d E2 3 d -6 d 2 d -3 d F1 1 d-2 d 1d F2 a M3 1h 1h B.4.3 Estabilización térmica Antes de realizar cualquier prueba de calibración, es necesario estabilizar las pesas a las condiciones ambientales del laboratorio. En particular, las pesas de clase E1, E2 y F1 deben estar a una temperatura cercana a la del área de pesaje. B.4.3.1 El tiempo mínimo obligatorio que se requiere para la estabilización térmica (dependiendo del tamaño de la pesa, la clase de pesa y de la diferencia entre la temperatura inicial de las pesas y la temperatura ambiente en el laboratorio) se ilustra en la Tabla B. Como guía práctica, se recomienda un tiempo de estabilización de 24 h. 29 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Tabla B.2. [11] Estabilización térmica en horas ΔT * Valor nominal 1 000, 2 000, 5 000 kg 100,200, 500 kg 10, 20, 50 kg ± 20 °C 1,2,5 kg 100, 200, 500 g 10, 20, 50 g < 10 g 1 000, 2 000, 5 000 kg 100, 200, 500 kg 10, 20, 50 kg ± 5 °C 1, 2, 5 kg 100, 200, 500 g 10, 20, 50 g < 10 g 1 000, 2 000, 5 000 kg 100,200, 500 kg ± 2 °C 10, 20, 50 kg 1,2,5 kg 100, 200, 500 g < 100 g 1 000, 2 000, 5 000 kg 100, 200, 500 kg ± 0.5 °C 10, 20, 50 kg 1, 2, 5 kg 100, 200, 500 g < 100 g 27 12 5 2 11 7 3 1 1 1 1 1 16 10 5 3 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 36 15 6 2 Clase E1 45 18 8 2 Clase E2 70 27 12 5 2 1 40 18 8 4 1 0.5 1 1 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 2 4 3 2 1 Clase F1 79 33 12 6 3 1 Clase F2 5 4 3 2 1 1 0.5 1 1 1 1 0.5 0.5 * ΔT = diferencia inicial entre la temperatura de la pesa y la del laboratorio. B.5 RUGOSIDAD SUPERFICIAL B.5.1 Introducción La estabilidad de la masa de una pesa depende significativamente de la estructura superficial de la pesa. Se espera que una pesa con una superficie lisa sea más estable que una pesa con una superficie rugosa, aunque otras cosas sean iguales. Es importante que la superficie de la pesa esté limpia cuando se evalúe su rugosidad superficial. B.5.1.1 Para pesas nuevas sin rayas visibles, la rugosidad superficial se puede cuantificar en una forma bien definida. Para superficies con muchas rayas, es más difícil. En metrología dimensional, la rugosidad superficial se diferencia claramente de los defectos superficiales, como las rayas. Sin embargo, como en las rayas se acumulará mugre si la pesa se expone a ella. De modo que la cantidad de rayas se debe evaluar en paralelo con la rugosidad de la parte de la superficie no rayada. La evaluación de rugosidad superficial se aplica solamente a pesas Clase E y F que son superiores o iguales a 1 g. 30 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.5.2 Evaluación general NTC 1848 (Segunda actualización) La evaluación de la rugosidad de una pesa se realiza primero mediante inspección visual. Sin embargo, para pesas Clase E y F la evaluación también debería realizarse con un patrón de rugosidad (CS: Comparision Specimen), usando un rugosímetro (SI: Stylus Instrument) u otro instrumento convencional. ADVERTENCIA El uso de un rugosímetro puede dañar o rasguñar la superficie de la pesa. La rugosidad de una superficie se puede caracterizar mediante una cantidad de parámetros de rugosidad diferentes. Cada parámetro describe un rasgo superficial que es importante para una función específica de la superficie. B.5.2.1 Patrón de rugosidad (Método CS) Si no se necesita el valor real de la rugosidad superficial, sino únicamente debe cumplir con alguna especificación, la superficie se puede comparar visualmente con un patrón de rugosidad. Tal patrón consiste en un arreglo de secciones superficiales de rugosidad especificada creciente. El patrón se considera certificado, si ha sido calibrado por un laboratorio acreditado y está acompañado de un certificado. La certificación debe incluir los parámetros de rugosidad, Rz o Ra. La superficie del patrón de rugosidad debe tener una distribución similar y haber sido fabricado con métodos de maquinado similares a los de la superficie de la pesa. Dado que las pesas tienen superficies planas y también cilíndricas, se deben usar dos juegos, uno con superficies planas y el otro con cilíndricas. B.5.2.2 Rugosímetro (Método SI) Este instrumento mide convencionalmente la rugosidad superficial. Con este instrumento, se desplaza un palpador a lo largo de una línea en la superficie y se registra el movimiento vertical del palpador en función de la posición a lo largo de la línea. De este modo se registra un perfil de la superficie. ADVERTENCIA El uso de un rugosímetro puede dañar o rayar la superficie de la pesa. B.5.2.3 Otros instrumentos Se encuentran en el mercado Instrumentos diferentes de los tradicionales para medir la rugosidad, tales como los basado en la medición de la dispersión de la luz [12] B.5.3 Procedimientos de prueba B.5.3.1 Inspección visual (pesas clase E, F y M) B.5.3.1.1 Equipos a) b) c) Recinto bien iluminado, Guantes de laboratorio, Paños sin pelusa. 31 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.5.3.1.2 Procedimiento de medición B.5.3.1.2.1 Pesas nuevas a) NTC 1848 (Segunda actualización) Para todas las clases, inspeccione visualmente la superficie de la pesa: 1) 2) 3) 4) observe cualquier abolladura o hundimiento en su superficie o rayas profundas; las superficies deben ser lisas (véase el numeral 11.1.1); los bordes deben ser redondos; para pesas entre 1 g y 10 kg, la superficie de la pesa no debe ser porosa. b) Para clase E y F, inspeccione la superficie de la pesa: 1) 2) la superficies no deben ser porosas (véase el numeral 11.1.2); las superficies deben ser lustrosa. c) d) e) Para pesas cilíndricas clase M entre 1 g y 50 kg, la superficie de la pesa debe ser lisa y sin poros. Para pesas rectangulares clase M (5 kg, 10 kg, 20 kg y 50 kg), el acabado de la superficie debe ser como el de hierro fundido gris (véase el numeral 11.1.3). Para pesas clase M3 mayores o iguales a 50 kg, la superficie puede estar recubierta con materiales adecuados para proveer protección contra la corrosión haciendo la superficie impermeable. Este recubrimiento debe soportar choques y otras condiciones atmosféricas (véase el numeral 8.5.1). B.5.3.1.2.2 Pesas usadas Además de lo indicado en el numeral B.5.3.1.2.1, inspeccione la superficie de la pesa para determinar huellas de uso así: Inspeccione visualmente la superficie. Por lo general, las pesas usadas tienen rayas, en particular en la superficie de la base: 1) 2) 3) Si la cantidad y profundidad de las rayas es compatible con la estabilidad adecuada de la pesa, se puede aceptar dicha pesa; Durante la evaluación de la rugosidad superficial, los rayas individuales y otros defectos no se deben tener en cuenta; Si los rayas son demasiado numerosas para evaluar la rugosidad superficial, no se debe aceptar la pesa. B.5.3.1.3 Informe de resultados Registre la evaluación en los formatos indicados en R 111-2 Formato de reporte de prueba, indicando la “inspección visual” como el método de evaluación. 32 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) B.5.3.2 Patrón de rugosidad (método CS) (pesas clase E y F) La rugosidad de la superficie se puede comparar visualmente frente a un patrón de rugosidad. B.5.3.2.1 Equipos a) b) c) d) Patrón de rugosidad certificado limpio, Recinto bien iluminado, Guantes de laboratorio, Paños sin pelusa B.5.3.2.2 Procedimiento de medición a) Limpie la superficie del patrón de rugosidad con un paño limpio y sin pelusa empapado con alcohol. Si la superficie de la pesa no aparece limpia, también se debe limpiar. NOTA La limpieza puede cambiar la masa de la pesa significativamente. (Véase el numeral B.4) sobre limpieza de las pesas. b) c) d) e) Coloque la superficie de prueba de la pesa hacia arriba, juntando la superficie del patrón de rugosidad a la pesa, de tal manera que queden paralelas. Observe simultáneamente las dos superficies desde diferentes ángulos. Evalúe si la rugosidad de la pesa parece menor o mayor que la sección particular del patrón de rugosidad. Repita con diferentes patrones de rugosidad y determine el límite superior. B.5.3.2.3 Informe de resultados Registre los valores Ra y Rz que mejor se asemejan a la pesa de prueba usando los formularios indicados en R 111-2 Formato de reporte de prueba, indicando “CS” como el método de evaluación. Si la evaluación visual indica claramente que la rugosidad, Ra o Rz, de la superficie de la pesa es menor que el valor máximo especificado en el numeral 11.1.2, no son necesarias mediciones adicionales de la rugosidad. Si existe duda, la rugosidad Ra o Rz, se debe medir con un rugosímetro. B.5.3.3 Medición de la rugosidad usando un rugosímetro (Método SI) (Clase E y F) Esta sección se aplica únicamente para pesas en las cuales no se puede evaluar la conformidad con el requisito de rugosidad superficial sin que haya dudas mediante examen visual. Antes del uso, el rugosímetro se debe calibrar adecuadamente usando patrones de rugosidad para calibración certificados según ISO 5436 [13]. Se pueden usar otros instrumentos únicamente si se ha documentado la trazabilidad hasta la unidad de longitud. B.5.3.3.1 Equipos a) b) Rugosímetro tal como se define en ISO 3274 [14]; Guantes de laboratorio. 33 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) B.5.3.3.2 Procedimiento de medición (según ISO 4288 [15]) a) Realice como mínimo seis mediciones: 1) 2) b) c) Dos en la superficie superior plana; Cuatro en la superficie cilíndrica. No incluya las rayas ni otros defectos superficiales en los perfiles trazados. Todos los valores medidos de la rugosidad superficial, Ra o Rz, deben ser inferiores a los valores máximos que se especifican en la Tabla 6 del numeral 11.1.2. B.5.3.3.3 Informe de resultados Registre los valores Ra y Rz que mejor se asemejan a la pesa de ensayo usando los formularios indicados en R 111-2 Formato de reporte de prueba, indicando “SI” como el método de evaluación. B.6 MAGNETISMO B.6.1 Introducción Las fuerzas magnéticas pueden afectar adversamente el proceso de pesaje, ya que sin investigación sistemática, estas fuerzas indebidas no se pueden diferenciar de las fuerzas gravitacionales en la determinación de la masa. Las fuerzas magnéticas pueden aparecer por la interacción mutua de dos patrones de masa, así como entre un patrón de masa, el comparador de masa que se usa para el pesaje y otros objetos magnéticos en la cercanía. B.6.1.1 Consideraciones generales Se deben determinar las propiedades magnéticas (magnetización y susceptibilidad) de los patrones de masa antes de la calibración (véase el Anexo C) para garantizar que las interacciones magnéticas no son significativas. Una pesa que falle en la prueba de magnetismo no se debe calibrar. B.6.1.1.1 No es necesario medir las propiedades magnéticas de las pesas de aluminio puesto que se sabe que no son magnéticas y tienen una susceptibilidad magnética, χ, muy inferior a 0,01. Además, para pesas pequeñas (< 2 g) y para clase con exactitud baja (F1 y menores, < 20 g), es suficiente consultar la especificación del fabricante sobre las propiedades magnéticas del material usado para hacer las pesas (véase el numeral B.6.3). B.6.1.1.2 Muchas pesas de la clase M están hechas de hierro fundido o aleaciones sencillas de acero. Por lo tanto, las pesas clase M tienen, con más frecuencia que en las pesas Clase E y F, errores relativos mayores debido a la interacción magnética entre la pesa y el instrumento de pesaje. Todos los metales tienen alguna susceptibilidad magnética. Sin embargo, las aleaciones que contienen impurezas magnéticas tendrán mayor susceptibilidad y se pueden magnetizar. NOTA También es necesario considerar las fuerzas magnéticas provenientes de las caras laterales de las pesas, sin embargo, no se tratan en esta norma. B.6.1.2 Visión general de los procedimientos de prueba Las secciones B.6.2 a B.6.6 describen dos métodos aceptados para determinar la magnetización de las pesas (B.6.2 y B.6.4) y cuatro métodos aceptados para determinar las susceptibilidad 34 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) magnética (B.6.3, B.6.4, B.6.5. y B.6.6), que incluyen fórmulas para calcular la magnetización y la susceptibilidad magnética. En los numerales 9.1 y 9.2 se indican los límites para la magnetización permanente y la susceptibilidad magnética. Los métodos recomendados para las diferentes clases de exactitud y masas nominales se ilustran en las Tablas B.3(a), B.3(b) y B.3(c). También se pueden usar métodos alternos, siempre y cuando su validez esté sustentada en la documentación apropiada que se debe anexar al informe de prueba. NOTA Una caracterización completa de la magnetización de las pesas es técnicamente impráctica. Los métodos presentados aquí dependen de aproximaciones que han probado ser útiles. En caso de los diferentes métodos presentados aquí produzcan resultados inconsistentes, el orden de preferencia es: B.6.4, B.6.2 (prueba Hall), B.6.2 (prueba de saturación). B.6.2 Método para determinar la magnetización permanente, Gaussometro La magnetización permanente de una pesa se puede estimar por la medición, con un gaussometro, del campo magnético cerca de la pesa. Este método se puede usar con todas las clases de exactitud indicados en la Tabla B.3(c). B.6.2.1 Consideraciones generales a) Se recomienda revisar el recinto donde se va a realizar la prueba la dirección del campo magnético del ambiente con un gaussometro antes de empezar la prueba. La prueba se debería llevar a cabo libre de objetos ferromagnéticos. Es recomendable que el operario no use ni porte objetos de hierro. Mida el campo magnético debido a la pesa con, por ejemplo, un sensor Hall (instrumento de preferencia) o un magnetómetro de saturación. No se debe usar un magnetómetro de saturación con pesas inferiores a 100 g. Alinee la sonda de modo que su eje sensible quede perpendicular a la superficie de la pesa. La medición se debe tomar en la dirección en que la inducción magnética del ambiente detectada por la sonda es cercana a cero. Como alternativa, el valor de la inducción del ambiente se debería restar de la inducción medida cuando la pesa está presente. b) c) d) B.6.2.2 Equipos a) b) c) Gaussometro, como un sensor Hall o un magnetómetro de saturación; Instrumentos para manipular las pesas (por ejemplo, guantes de laboratorio, paños sin pelusa, pinzas de laboratorio) y Un recinto bien iluminado. B.6.2.3 Procedimiento de medición a) b) c) Ajuste el medidor en cero. Coloque la sonda en una superficie no magnética. Tome la lectura del campo magnético con una orientación particular de la sonda. El valor es una medida del campo magnético del ambiente. Esta lectura se restará de cualquier lectura futura tomada cerca de la pesa. 35 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA d) NTC 1848 (Segunda actualización) Ubique la pesa sobre el sensor mientras conserva la orientación de la sonda. El centro de la base de la pesa debe estar sobre el sensor. Verifique la magnetización homogénea moviendo la pesa desde el centro hasta el borde de la base y observe los cambios en la lectura. Si no disminuye lentamente, la pesa puede estar magnetizada de forma no homogénea. Si la pesa está magnetizada homogéneamente, se pueden hacer las mediciones en el centro de la base, cerca de la superficie de la pesa, sin contacto y según las especificaciones del gaussometro. e) NOTA Para algunas sondas, como la de saturación, el sensor se localiza a una distancia del extremo de la sonda [16]. Por lo general, esto produce magnitudes inferiores para la potencia del campo que aquellas que se obtienen con un sensor Hall colocado lo más cerca posible de la pesa. Si la pesa no está magnetizada homogéneamente, las mediciones se deben hacer a lo largo del eje central de la pesa a una distancia mínima de la superficie igual a la mitad del diámetro de una pesa cilíndrica o la mitad de la dimensión más grande de una pesa rectangular. Las lecturas de la sonda se deben corregir con la fórmula que se indica más abajo. f) g) h) Lea la indicación (que puede estar en mT). Registre en μT. Invierta la pesa para medir la parte superior (sólo para pesas con parte superior plana), luego repita los pasos d a f. Corrija la lectura de la sonda y estime la polarización, μoM, con la siguiente ecuación: μ0 M = 2B d+ h R 2 + (d + h ) 2 − d R2 + d 2 − f (BE ) (B.6.2.1) con: Y: f(BE) = 5.4 BE para pesas clase M f(BE) = χ 1 + 0.23 χ BE para pesas clase E y F en donde B BE d h R = = = = = lectura del gaussometro con la pesa presente (restando el campo del ambiente, véase el Anexo C); lectura del gaussometro del campo magnético del ambiente sin la pesa; distancia entre el centro del elemento sensor (que está incluido en la sonda) y la superficie de la pesa; altura de la pesa; radio de la pesa cilíndrica o, en caso de una pesa rectangular, el radio de un círculo con la misma área a la medida plana de la pesa; B y BE pueden, en algunos casos, tener signos diferentes. NOTA i) El equipo usado y la distancia se deben registrar en todos los casos en el informe de ensayo. B.6.2.4 Incertidumbre Estos dispositivos se calibran con una incertidumbre acorde con el requisito de que la magnetización se pueda determinar con un límite de incertidumbre que sea inferior a un tercio del límite de error indicado en la Tabla 3. Este procedimiento da como resultado una incertidumbre expandida, U (k = 2), de la magnetización de 30 % aproximadamente (incluyendo la incertidumbre de la calibración del gaussometro). Sin embargo, las simplificaciones en el método no se pueden contar en esta incertidumbre. Por ello, la magnetización así determinada es un valor convencional, aunque útil. 36 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.6.2.5 Registro de los resultados NTC 1848 (Segunda actualización) Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato de reporte de prueba. B.6.3 Especificación del material La medición de la susceptibilidad magnética se puede hacer usando el procedimiento B.6.4 en una pieza de ensayo tomada de una pieza del metal usado para fabricar la pesa. En este caso, la incertidumbre expandida, U (k = 2),de la medición se debe incrementar en 20 % para tener en cuenta la posible variación de este parámetro en la pieza de metal. Sin embargo, todas las pesas terminadas deben cumplir los requisitos de la Tabla 3. Debido a los efectos de saturación al medir la susceptibilidad magnética, el campo magnético aplicado a la pesa debe ser suficientemente pequeño (< 4 k A m-1 para la aleación de acero típica). B.6.3.1 Las pesas de aluminio tienen una susceptibilidad magnética, χ = << 0,01. B.6.3.2 Para pesas pequeñas inferiores a 2 g, consulte la especificación del fabricante sobre las propiedades magnéticas del material usado para la fabricación. B.6.3.3 Para pesas clase F inferiores a 20 g, consulte la especificación del fabricante sobre las propiedades magnéticas del material usado en su fabricación. B.6.4 Susceptibilidad magnética y magnetización permanente, método del susceptometro. B.6.4.1 Principios de prueba Este método se puede usar para determinar tanto la susceptibilidad magnética como la magnetización permanente de pesas débilmente magnetizadas midiendo la fuerza ejercida sobre un patrón de masa en el gradiente del campo magnético de un imán permanente fuerte (véase la Figura B.1) Este método sólo se aplica a pesas cuya susceptibilidad magnética es χ ≤ 1. El método del susceptometro no se recomienda para pesas con múltiples piezas. Para usar este método se requiere familiaridad con la referencia [6]. En las disposiciones típicas, el medidor tiene un volumen de medición que está limitado en extensión (más o menos 10 cm3) en la mesa, cerca de y vertical por encima del imán. Para pesas superiores a 2 kg la medición se hace en la mitad de la base de la pesa (si se considera necesario medir la magnetización permanente en varios lugares a lo largo de la base use un gaussometro en lugar del susceptometro). Normalmente la pesa debería estar erguida. Para la medición de las propiedades magnéticas de los lados o la parte superior, se requieren métodos más elaborados [6]. B.6.4.2 Consideraciones generales Existe un riesgo significativo de que el procedimiento pueda causar magnetización permanente de la pesa de ensayo si ésta se expone a campos magnéticos muy altos (> 2 kA m-1 para una aleación típica de acero clase E1). Se recomienda, por ejemplo, que los ensayos de pesas clase E1 se hagan primero a una distancia, Zo, aproximada de 20 mm entre la altura media del imán y la base de la pesa (véase la Figura B.1). Luego se disminuye Zo únicamente si la susceptibilidad de la muestra es demasiado pequeña para producir una señal razonable [6]. Pueden ser necesarias precauciones adicionales cuando se ensayan pesas de susceptibilidad más alta (véase el literal B.6.4.5 c). 37 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.6.4.3 Equipos a) b) c) d) NTC 1848 (Segunda actualización) Un instrumento de pesaje con un intervalo de escala no superior a 10 μg, Una mesa no magnética para colocar la pesa sobre ella, Un cilindro para colocar los imanes sobre él, Imanes cilíndricos con momento magnético, md, en el orden de 0,1 A m2 (este momento es típico de imanes de samario-cobalto o neodimio-hierro- boro con volumen aproximado de 100 mm3) [6]. B.6.4.4 Ilustración del equipo La altura del imán idealmente debería ser igual a 0,87 veces su diámetro [6] aunque se acepta una relación entre altura y diámetro de 1. El valor Zo es la distancia desde la altura media del imán hasta la base de la pesa. Parte superior de la pesa Pesa Base de la pesa Imán Akltura media del imán Mesa Pedestal Receptor de carga del comparador de masa en donde h Z1 Z0 Rw = = = = Altura de la pesa. Distancia desde la parte superior de la pesa hasta la altura media del imán. Distancia desde la altura media del imán hasta la base de la pesa. Radio de la pesa. Figura B.1. Equipo para la susceptibilidad magnética y la magnetización permanente, método de susceptometro B.6.4.5 Procedimiento de medición Estos ensayos se deberían realizar en un área libre de objetos grandes de hierro. El operario no debería usar ni portar objetos de hierro. 38 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA a) b) c) NTC 1848 (Segunda actualización) Mida los diferentes parámetros (Zo, Rw, h), observe la ilustración del montaje, Figura B-1 y también [6] para medición de Zo. Es necesario conocer el valor de la aceleración debida a la gravedad, g, aproximadamente a 1 %. Ubique el imán con polo norte hacia abajo (el polo norte de un imán cilíndrico es el extremo que repele al polo norte de la aguja de una brújula). Se necesitará el momento de dipolo, md. El imán produce un campo máximo en la superficie superior de la mesa igual a: H= md 3 2π x Z 0 (B.6.4-1) en donde H = Está en unidades A m-1, para md en A m2 y Zo en m. Es importante que inicialmente H no exceda 2 000 A m-1 cuando se ensayan pesas clase E1 , 800 A m-1 con pesas clase E2 y 200 A m-1 con pesas de otras clases. El campo, H, sólo se puede incrementar si la señal del medidor de susceptibilidad es muy débil. En este caso, el campo, H, se incrementa al reducir la altura, Zo. d) e) Ajuste el instrumento en cero. Coloque la pesa sobre la mesa de modo que su eje coincida con el eje vertical del imán y tome la lectura. Gire la pesa alrededor de su eje vertical varias veces con ángulos crecientes y tome las lecturas en cada posición. Para los siguientes procedimientos, gire la pesa hasta el ángulo en que la lectura muestre la desviación máxima con respecto a cero. Coloque la pesa sobre la mesa, normalmente tres veces, directamente por encima del imán. Asegúrese de que la pesa esté centrada. 1) 2) 3) g) Registre el tiempo en el cual se coloca la carga, el tiempo en que toma la lectura y el tiempo en que se retira la carga. Calcule Δm1, a partir de las lecturas repetidas. Por lo general Δm1 será negativo, lo que indica que el imán es atraído ligeramente hacia la pesa. La fuerza, F1, se determina como F1 = - Δm1 x g (B.6.4-2) f) La medición se debería repetir con el imán al revés. 1) 2) 3) 4) 5) La distancia Zo se debe mantener constante. Ajuste el instrumento en cero. Coloque nuevamente la pesa sobre la mesa, normalmente tres veces, directamente por encima de los imanes. Asegúrese de que la pesa esté centrada. Registre el tiempo en el cual se coloca la carga, el tiempo en que toma la lectura y el tiempo en que se retira la carga. Calcule Δm2, a partir de las lecturas repetidas. Por lo general Δm2 será negativo, pero puede ser significativamente diferente a Δm1. 39 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 6) h) NTC 1848 (Segunda actualización) (B.6.4-3) La fuerza, F2, se determina como F2 = - Δm2 x g Repita los pasos d a g. B.6.4.6 Cálculos Calcule la susceptibilidad magnética, χ, y la magnetización permanente, Mz, de la pesa remplazando los diferentes parámetros en las ecuaciones que se indican a continuación. Se asume que la susceptibilidad del aire siempre es insignificante. B.6.4.61 Si se mide tanto F1 como F2, la expresión para la susceptibilidad magnética es tá dada por: χ= en donde Fmax = 3μ 0 m2 x d 4 64π Z0 Fa I a x F max − 0.4 Fa (B.6.4-4) (B.6.4-5) Fa = F1 + F2 2 (B.6.4-6) y para la polarización magnética por: μ0 M z = Fb χ B EZ − md 1 1 + 0.23χ x x Ib 4π Z0 (B.6.4-7) en donde Fa = F1 − F2 2 (B.6.4-8) BEZ = es el componente vertical de la inducción magnética del ambiente en el laboratorio. Usualmente, BEZ se puede tomar como el componente vertical de la inducción magnética de la Tierra en el sitio del laboratorio, en cuyo caso - 48 μT < BEZ < 60 μ T dependiendo de la latitud. La magnitud de BEZ es cero en el ecuador de la Tierra y máxima en los polos. El signo de BEZ es positivo en el hemisferio norte y negativo en el sur. B.6.4.6.2 Los factores de corrección geométrica, Ia e Ib, en las ecuaciones anteriores están dados respectivamente por: ⎡Z ⎤ ⎡Z ⎤ 3 3 I a = 1− ⎢ 0 ⎥ − + ⎢ 0⎥ x 3 3 Z 2 ⎣ 1⎦ ⎣ Z1 ⎦ ⎡ ⎛R ⎞ ⎤ ⎡ ⎛ R ⎞2 ⎤ ⎢1 + ⎜ w ⎟ ⎥ ⎢1 + ⎜ w ⎟ ⎥ Z ⎟ ⎥ Z0 ⎟ ⎥ ⎢ ⎜ ⎢ ⎜ ⎝ ⎠ ⎣ ⎝ 1⎠ ⎦ ⎦ ⎣ 4 1+ (Rw / Z 0 )2 4 1+ (Rw / Z1 )2 (B.6.4-9) y 40 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) ⎡ ⎤ 2 2 3 ⎢ ⎥ ⎛ Rw ⎞ ⎛ Z1 ⎞ ⎛ Rw ⎞ ⎜ ⎜ ⎢ ⎥ ⎟ ⎜Z ⎟ ⎟ /⎜ ⎟ ⎜Z ⎟ ⎜Z ⎟ ⎢ ⎥ 0 ⎠ 0 ⎠ 0⎠ ⎝ ⎝ ⎝ − I b = 2π ⎢ 3/ 2 3/ 2 ⎥ 2⎞ 2⎞ ⎛ ⎛ ⎢⎛ ⎥ ⎜1 + ⎜ Rw / Z 0 ⎞ ⎟ ⎜ ⎛ Rw ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎢ ⎜1 + ⎜ ⎥ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎟ Z Z / Z ⎜ ⎝ 1 0 ⎠ ⎟ ⎢⎜ ⎥ ⎝ 0⎠ ⎟ ⎝ ⎠ ⎠ ⎣⎝ ⎦ (B.6.4-10) Para mayor información sobre Ia e Ib, véase [6]. La susceptibilidad del aire se puede omitir para propósitos prácticos. B.6.4.6.3 Las fórmulas anteriores son para una pesa cilíndrica. Si la pesa no tiene la forma de un cilindro perfecto, se pueden requerir correcciones adicionales o una incertidumbre mayor. Por ejemplo, los cálculos adicionales son necesarios para explicar la base empotrada, la perilla, etc. Como se detalla en [6]. Las correcciones por estos efectos de forma son mayores para las masas más pequeñas (2 g) en donde ascienden a cerca del 10 % aproximadamente. B.6.4.7 Incertidumbre Este procedimiento da como resultado una incertidumbre para la susceptibilidad magnética en el rango de 10 % a 20 %. La incertidumbre asociada con este método es mayor para pesas pequeñas [17, 18, 40]. B.6.4.8 Registro de los resultados Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato de reporte de prueba. B.6.5 Susceptibilidad magnética, método de atracción B.6.5.1 Principios de prueba La cantidad que se mide por este método es la permeabilidad magnética relativa, determinada al comparar la fuerza magnética ejercida por un imán permanente sobre el patrón de masa con una fuerza correspondiente sobre el patrón de permeabilidad (véase la Figura B.2). La susceptibilidad magnética, χ, se calcula usando la ecuación para la relación entre la permeabilidad magnética relativa y la susceptibilidad magnética (μr = 1 + χ). Este método se puede usar con pesas de 20 g y superiores, y para pesas E2 - F2 [18 y 19] (véase también la Tabla B.3(b)). Normalmente, los instrumentos disponibles para este método sólo se pueden usar para determinar la permeabilidad magnética en el rango 1,01 ≤ μr ≤ 2,5 (0,01 ≤ X ≤ 1,5). B.6.5.2 Consideraciones generales Una desventaja de este método es que los instrumentos disponibles son difíciles de calibrar. ADVERTENCIA Existe riesgo de que el procedimiento cause magnetización permanente de la pesa de ensayo. El imán es atraído hacia la pesa o el material de referencia, dependiendo de cual de ellos tenga la permeabilidad magnética superior. B.6.5.3 Equipos a) Un imán balanceado sobre un pivote con un contrapeso (véase la Figura B.2), 41 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA b) c) d) NTC 1848 (Segunda actualización) Un material de referencia con permeabilidad magnética conocida, Instrumentos para manipular las pesas (por ejemplo, guantes de laboratorio, paños sin pelusa, pinzas de laboratorio), Un recinto bien iluminado. B.6.5.4 Ilustración del Equipo La Figura B.2 ilustra el aparato. Normalmente, el instrumento incluye un juego de insertos (materiales de referencia) que se pueden usar. Referencia Imán de barra Contrapeso Pivote Pesa Figura B.2. Equipo para la susceptibilidad magnética, método de atracción B.6.5.5 Procedimiento de medición a) b) c) d) e) f) Inserte en el instrumento un material de referencia adecuado con permeabilidad magnética relativa conocida. Instale el instrumento en una posición estable con el imán dirigido hacia abajo. Mueva la pesa hacia el instrumento (imán de barra con el material de referencia conocido) hasta que toque el instrumento. Luego retire la pesa muy suavemente del instrumento. Si el imán de barra es atraído hacia la pesa, entonces la permeabilidad relativa de la pesa es más alta que la del material de referencia. Este ensayo se debe realizar en diferentes lugares tanto en la parte superior como en la base de la pesa. Para dar trazabilidad a estas determinaciones de la susceptibilidad, el procedimiento se debería repetir con mediciones en una muestra con susceptibilidad conocida (por ejemplo, mediante el susceptometro en el literal B.6.4). B.6.5.6 Incertidumbre El instrumento tiene una incertidumbre asociada de la permeabilidad de 0,3 % aproximadamente (30 % en la susceptibilidad) en la permeabilidad mas baja (μr = 1,01) y 8 % (13 % en la susceptibilidad) en la permeabilidad mas alta (μr = 2,5). El procedimiento de medición puede tener incertidumbres grandes [19]. 42 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.6.5.7 Registro de los resultados NTC 1848 (Segunda actualización) Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato de reporte de prueba. B.6.6 Susceptibilidad magnética, método de saturación B.6.6.1 Principios de prueba El método determina la permeabilidad magnética relativa de un objeto mediante el uso de un magnetómetro de saturación con una sonda de permeabilidad que contiene un imán permanente colocado cerca del objeto [20]. ADVERTENCIA Existe riesgo de que el procedimiento cause magnetización permanente de la pesa de ensayo. B.6.6.2 Consideraciones generales Por lo común, los instrumentos disponibles para este método se pueden usar para determinar la permeabilidad magnética en el rango de 1,000 1 ≤ μr ≤ 2,00 (0,000 1 ≤ χ ≤ 1,00). Para dar trazabilidad a estas determinaciones, el procedimiento se debería repetir con mediciones en una muestra con susceptibilidad conocida (por ejemplo, un material de referencia adecuado certificado por un laboratorio acreditado). B.6.6.3 Equipos a) b) c) d) Un magnetómetro de saturación con una sonda de permeabilidad que contenga un imán permanente, Un material de referencia con permeabilidad magnética conocida, Instrumentos para manipular las pesas (por ejemplo, guantes de laboratorio, paños sin pelusa, pinzas de laboratorio), un recinto bien iluminado. B.6.6.4 Procedimiento de medición Consulte las especificaciones del fabricante. B.6.6.5 Incertidumbre El instrumento tiene una incertidumbre asociada de la permeabilidad de 0,2 % aproximadamente (entre 40 % y 4 % en la susceptibilidad) en el rango de 1,005 ≤ μr ≤ 1,05 (0,005 ≤ χ ≤ 0,05). Consulte las especificaciones del fabricante. B.6.6.6 Registro de los resultados Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato de reporte de prueba. B.6.7 Métodos recomendados para determinar la magnetización y la susceptibilidad por clase y tamaño de la pesa B.6.7.1 Las mediciones se deben hacer en pesas terminadas. 43 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) B.6.7.2 Se puede usar el medidor gauss (véase el literal B.6.2) para determinar la magnetización para todas las clases de exactitud, el sensor Hall para valores nominales ≥ 1 g y el de compuerta de flujo para valores nominales ≥ 100 g. B.6.7.3 Las Tablas B.3 (a), (b) y (c) dan los procedimientos recomendados para las diversas clases de pesas. Tabla B.3. (a) Magnetización permanente, método del susceptometro (véase el literal B.6.4) Tamaño de la pesa ≥ 20 g 2 g ≤ m < 20 g ≤2g Clase E1, E2, F1 y F2 pesas sin cavidad de ajuste E1, E2, y F1 E1 y E2 Tabla B.3. (b) Susceptibilidad Tamaño de la Clase E1 Clase E2 Clase F1 pesa 5 000 kg 2 000 kg F 1 000 kg A F 500 kg S* A 200 kg S* 100 kg 50 kg 20 kg 10 kg 5 kg F F S A A 2 kg F S S 1 kg 500 g 200 g 100 g 50 g A S 20 g S S 10 g 5g 2g 1g 500 mg 200 mg SP 100 mg Sp Sp 50 mg 20 mg 10 mg 5 mg 2 mg 1 mg Sp Especificación del material (véase el literal véase el literal B.6.3) Clase F2 F A S* F A S A S SP S A F S* Susceptómetro para pesas sin cavidad de ajuste (véase el literal B.6.4) Método de atracción (´véase el literal B.6.5) Salida de flujo + imán permanente (véase el literal B.6.6) los métodos F y A son los de preferencia para pesas Clase E2 desde 100 kg hasta 1 000 kg. Esto es porque el esfuerzo requerido para construir un dispositivo apropiado y realizar las mediciones con el medidor de susceptibilidad exceden su beneficio cuando se comparan con los métodos F y A para las pesas Clase E2 desde 100 kg hasta 1 000 kg. El medidor de susceptibilidad no se recomienda para pesas de múltiples piezas. 44 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Tabla B.3. (c) Magnetización permanente, Gaussometro (véase el literal B.6.2) Tamaño de la pesa Clase de exactitud ≥ 1 g (sensor Hall) ≥ 100 g (salida de flujo) E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3, M3 B.7 DENSIDAD B.7.1 Introducción La Tabla 5 presenta los límites de densidad para las pesas. A continuación se indican seis métodos aceptados para la determinación de la densidad de las pesas. Se pueden usar métodos alternos, por ejemplo el pesaje con una balanza sumergida en fluorocarbono líquido [21] o usando un medidor de volumen acústico [22. 23], si su validez está sustentada por la documentación apropiada que se debe adjuntar al informe de ensayo. Los métodos de ensayo A, B, C y D usan agua u otro líquido de ensayo adecuado como referencia de densidad. Los métodos E y F son adecuados para pesas de clase inferior o si la inmersión en un líquido no es aceptable. La Tabla B.4 es un resumen de los métodos para determinar la densidad. La Tabla B.8 (al final de B.7) suministra el método recomendado de determinación de la densidad por clase. B.7.1.1 La verificación de los límites de densidad debe considerar la incertidumbre inherente al método de ensayo utilizado. La Tabla B.5 suministra un estimado general de la incertidumbre asociada con cada método. Para cada pesa, la incertidumbre extendida, U (para k = 2) de la densidad debe estar dentro de los límites: ρ mín + U ≤ ρ ≤ ρ máx − U (B.7.1-1) Sin embargo, si la incertidumbre en la determinación de la densidad se puede conservar baja, se puede aceptar un rango aumentado de resultados para la verificación, como se ilustra en la Figura B.3. Se pueden lograr incertidumbres más bajas con un trabajo cuidadoso. Tabla B.4. Métodos para determinar la densidad Método A B Descripción Método más exacto. Técnica hidrostática que compara la pesa de prueba con la pesa de referencia tanto en aire como en líquido con densidad conocida. Método más rápido y adecuado. Pesaje de la pesa en agua y verificación de que la indicación de la balanza está dentro de los límites de los valores tabulados, o cálculo de la densidad a partir de la indicación de la balanza y la masa real conocida de la pesa de prueba. Determinación separada de la masa y el volumen de la pesa de prueba. El volumen se determina a partir del incremento en la lectura de la balanza cuando la pesa está suspendida en el baño de agua colocado sobre el platillo de la balanza. Esta técnica es adecuada para pesas > 1 kg. Pesaje de un recipiente de prueba lleno con líquido con capacidad de volumen conocida, con y sin la pesa de prueba en su interior. Esta técnica es adecuada para pesas con cavidades que no se deben sumergir en agua. Cálculo del volumen a partir de las dimensiones de la pesa. Estimación de la densidad basada en la composición conocida de la aleación con la cual está hecha la pesa. C D E F 45 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Tabla B.5. Incertidumbres típicas estimadas, U (para k = 2) por método y tamaño de la pesa (en kg m -3) Método A1 A2 / A3 B1 B2 C D E F 50 kg 5 20 10 5 30 1 kg 1,5 3 5 20 10 10 40 130 ó 600 1g 60 60 60 60 100 600 R 111 tolerancia ± Δρt Límites para densidades aceptadas ρref = 8 000 kg m-3 Figura B.3. Tolerancia de densidad y límites de verificación debidos a la incertidumbre de la medición B.7.2 Consideraciones generales B.7.2.1 Temperatura de referencia La temperatura de referencia para una declaración de densidad es de 20 ºC. Si la medición se realiza en una temperatura diferente (otras temperaturas estándar de laboratorio son 23 ºC o 27 ºC), la densidad se debería recalcular para 20 ºC usando el coeficiente de expansión del volumen, y, del material. Si y no se conoce explícitamente, para pesas de acero inoxidable se sugiere usar g = 50 x 10-6 ºC-1. ρ t ref = ρ (t meas ) x 1 + γ t meas − t ref ( ) [ ( )] (B.7.2-1) Incertidumbre de la medición: ⎡ ρ tref ⎤ 2 2 u 2 ρ tref = u 2 (ρ (tmeas )) ⎢ ⎥ + u (γ )ρ (tmeas ) tmeas − tref ⎣ ρ (tmeas ) ⎦ ( ( )) ( ) 2 ( )2 + u 2 (tmeas ) ρ 2 (tmeas ) γ 2 (B.7.2-2) B.7.2.2 Requisitos de verificación para pesas pequeñas No es necesario verificar la densidad de las pesas pequeñas, para las cuales la Tabla 5 no da limite de valores. La densidad de las pesas con una masa inferior a 1 g se debería asumir según el método F (véase más abajo) con referencia a la información del fabricante sobre el material del que están hechas las pesas. 46 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.7.2.3 Líquido de inmersión NTC 1848 (Segunda actualización) El líquido de inmersión no debe tener efecto en las pesas. Se prefiere agua destilada o sin aire ya que su densidad es una función bien conocida de la temperatura [24] [25]1) y su pureza es fácil de controlar [26]2). Las ecuaciones en esta sección asumen un valor constante para la densidad del líquido. Para cálculos manuales desarrollados con calculadora de bolsillo, la Tabla B.6 enumera algunos valores de densidad para el agua. La densidad del aire se puede calcular usando la fórmula de aproximación (E.3-1). Tabla B.6. Densidad del agua t1 [°C] 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 P1 [Kg m -3] 998,593 998,499 998,402 998,303 998,201 998,096 997,989 997,879 997,767 997,652 997,535 997,415 997,293 Δp1 / Δt1 [kg m-3 °C-1] -0,190 -0,201 -0,212 -0,222 -0,232 -0,242 B.7.2.4 Penetración del agua en la cavidad de ajuste Las pesas que contienen una cavidad de ajuste no se deben sumergir en agua ya que ésta puede penetrar dentro de la cavidad durante la medición. Esto afectaría tanto a la densidad como a la masa de la pesa, y es nocivo para la estabilidad de la masa Para las pesas con cavidad, la determinación del volumen geométrico es la primera elección. Sin embargo, si toda el agua se puede eliminar después, el pesaje hidrostático se debería realizar con una cavidad abierta, retirando con cuidado el aire atrapado. B.7.2.5 Eliminación del aire Para mediciones exactas en agua, es muy importante eliminar las burbujas de aire de la pesa y del portapesa. Esto también es válido para las paredes en el baño líquido para los métodos C y D, especialmente si se trata de pesas pequeñas3). Una forma práctica de reducir el riesgo de burbujas de aire es eliminar el aire del agua y de la pesa en agua mediante la aplicación de presión subatmosférica, vacío, al compartimiento que los contiene durante 10 min a 15 min aproximadamente4). 1) Una pesa que no se limpió antes del ensayo puede presentar un valor de peso inferior después de la inmersión en agua pura y después de la estabilización. Se pueden usar otros líquidos con densidad bien conocida y estable. Es esencial para las incertidumbres de medición pequeñas trabajar en condiciones de temperatura conocida y constante. Esto es aún más importante si se usa un líquido con coeficiente de expansión de temperatura más alto que el del agua. Por ejemplo, en el caso de una pesa de 20 mg, un cambio en la lectura de la balanza de 20 μg ocasionaría una diferencia en el resultado de densidad de 80 kg m-3. La densidad del aire saturado con agua es 0,0025 kg m-3 aproximadamente inferior a la del agua sin aire. 2) 3) 4) 47 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) B.7.2.6 Portapesa y alambre de suspensión Al colocar la pesa en el portapesa debajo del agua se puede causar accidentalmente daño tanto a la pesa como al baño (vidrio). Es útil sumergir la pesa y el portapesa juntos. Sin embargo, las burbujas de aire se pueden detectar mejor si el portapesa y la pesa se sumergen por separado. Use un portapesa que pueda prevenir que la pesa se caiga. Si se requiere una incertidumbre de medición baja, el alambre de suspensión debería ser delgado, limpio y atravesar la interfaz aire agua en ángulo recto5). B.7.2.7 Masa o masa convencional En la fórmula que se indica posteriormente, la masa se puede tomar como masa convencional y viceversa, porque al considera la incertidumbre que se obtiene y se requiere para la densidad de una pesa, la diferencia de los valores de esta masa y la masa convencional no tiene importancia. Por la misma razón, se puede tomar el valor nominal para la masa o la masa convencional de una pesa, siempre que se pueda asumir que su masa convencional cumple con el error máximo permisible correspondiente dado en la Tabla 1. B.7.2.8 Secado de la pesa Después de retirar la pesa del agua la mayor parte del agua resbalará inmediatamente por la superficie de la pesa, Las gotas remanentes se deben retirar con un papel suave. Para la estabilización, la pesa se puede colocar debajo de una cubierta adecuada (un vaso de precipitado invertido o separadores que permitan la ventilación). B.7.3 Medición de una pieza de prueba La medición de la densidad se puede realizar a una sola pieza de muestra tomada de la pieza de metal usada para fabricar la pesa. La pieza de muestra se toma lo más cerca posible de la pesa y tiene volumen y forma adecuados para la medición de su densidad. La rugosidad de la pieza de prueba es igual o inferior a la rugosidad de la pesa. Se asume que la densidad de la pesa es igual a la densidad de la pieza de muestra. La incertidumbre estándar de este valor se obtiene combinando un componente de incertidumbre estándar relativa igual a 5 x 10-5 con la incertidumbre estándar de la densidad de la pieza de ensayo. B.7.4 Método de prueba (comparación hidrostática) Este método se puede realizar de tres formas diferentes: Método A1 (dos pesas diferentes de referencia pesadas en aire) Comparación entre la pesa de prueba y la de referencia en aire y comparación entre la pesa de prueba en líquido y una segunda pesa de referencia en aire. 5) Un método de comparación considera que el portapesa y el alambre de suspensión sumergido desplazan agua. Éste compensa la fuerza adicional debida a la formación de un menisco en la interface aire-agua, que no se refleja en las siguientes ecuaciones. Un diámetro de alambre, φ, de o,1 a 0,3 mm para pesas de hasta 2 kg es adecuado en la mayoría de los casos. 48 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Método A2 (pesas de referencia pesadas en aire y en el líquido) Comparación entre la pesa de prueba y la de referencia en aire y comparación entre la pesa de prueba y la pesa de referencia (la misma u otra), ambas en líquido. Método A 3 (pesaje directo) Pesaje de la pesa de ensayo en aire y en líquido usando la indicación de la balanza en lugar de la masa de las pesas de referencia. B.7.4.1 Equipos a) b) c) d) e) f) d) Balanza de laboratorio con capacidad suficiente y alta resolución (comúnmente 2 x 10-6 de resolución relativa), equipada para pesar una carga suspendida por debajo de la balanza. Baño de agua con capacidad de control termostático entre 20 ºC ± 0,2 ºC. Alambres de suspensión y portapesas para diferentes tamaños de pesas. Mecanismo para cargar y descargar el portapesa en el agua. Patrones de masa con densidad conocida. Instrumentos para manipular las pesas (por ejemplo, guantes de laboratorio, paños sin pelusa, pinzas de laboratorio). Un recinto bien iluminado. 0. 8 7 4 2 8 8 Intercambiador de pesas Alambre de suspensión Porta pesas Figura B.4. Ilustración del Método A 49 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) B.7.4.2 Método de prueba A1 (dos pesas diferentes de referencia pesadas en aire) B.7.4.2.1 Procedimiento de medición Determine la densidad del líquido, ρ1 , y la del aire, ρa, en el momento de la prueba: a) Primer pesaje (pesa de prueba en aire): 1) 2) 3) b) pese la pesa de prueba (mta) en aire (con densidad pa), registre la indicación (Ita), retire con cuidado la pesa (mta). Segundo pesaje (pesa de referencia en aire): 1) 2) 3) pese la pesa de referencia (mra) en aire (con densidad pa), registre la indicación (Ira), retire con cuidado la pesa (mra). c) Tercer pesaje (pesa de prueba en líquido): 1) 2) 3) pese la pesa de prueba (mtl) en el baño líquido (con densidad pl), registre la indicación (Itl), retire con cuidado la pesa (mtl). d) Cuarto pesaje (segunda pesa de referencia en aire): 1) 2) 3) pese la pesa de referencia (mrl) en aire (con densidad pal), registre la indicación (Irl), retire con cuidado la pesa (mrl). La segunda pesa de referencia (mrl) usualmente es una combinación de pesas cuya indicación de la balanza está cerca de la indicación de la balanza para la pesa sumergida. B.7.4.2.2 Cálculos El símbolo mrl representa la masa total de la combinación y ρrl representa la densidad efectiva. La densidad efectiva se calcula así: ρ rl = ∑m i rli / ∑V i rli (B.7.4-1) en donde Vrli = son los volúmenes de las pesas. La densidad de la pesa de ensayo, ρt, se calcula así. 50 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA ρ= NTC 1848 (Segunda actualización) (B.7.4-2) ρ1 (C a mra + Δmwa ) − ρ a (C al mrl + Δmwl ) C a mra + Δmwa − C al mrl + Δmwl Con: Ca = 1 − ρa ρra (B.7.4-3) Ca = 1 − ρ al ρrl (B.7.4-4) Δm wa = (I ta − I ra )C s (B.7.4-5) Δm wl = (I tl − I rl )C s (B.7.4-6) Cs = 1 − ρ as ρs (B.7.4-7) El símbolo ρs representa la densidad de la pesa de sensibilidad y ρas representa la densidad del aire en le momento en que se calibró la balanza. Incertidumbre relativa: ⎛ u (ρ ) t ⎜ ⎜ ρt ⎝ 2 2 2 ⎞ ⎛ ⎛ ⎛ u (ρ al ) ⎞ ⎛ u (ρ1 ) ⎞ u (ρ ra ) ⎞ ⎟ = ⎜ c (ρ ) u (ρ a ) ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ( ) ( ) + c c ρ + + ρ a al ⎟ ⎜ ⎜ ra ρ ⎟ + ⎜ ⎟ ⎜ ρ al ⎟ ρa ⎟ ra ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ρ1 ⎠ ⎠ ⎝ 2 2 ⎡ ⎛ u (Δmwa ) ⎞ ⎛ u(Δmwl ) ⎞ ⎛ u (mr ) ⎞ ⎟ +⎜ ⎟ ⎟ +⎜ 2 c 2 (mr )⎢⎜ ⎜ m ⎟ ⎜ m ⎟ ⎢⎜ mr ⎟ ra rl ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎢ ⎣ 2 2 2 ⎛ u (ρrl ) ⎞ ⎜ c (ρ rl ) ⎟ + ⎜ ρrl ⎟ ⎝ ⎠ 2⎤ )⎞ ⎟ ⎥ 2 ⎛ u mcap +⎜ ⎜ m rl ⎝ ( ⎟ ⎥ ⎠ ⎥ ⎦ (B.7.4-8) Con: c (ρ a ) = − ρa ρt ⎛ ρt ⎜ ⎜1 − ρ ra ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ ⎛ ρt ⎞ ⎜ ⎜1 − ρ ⎟ ⎟ (insignificante en la mayoría de los casos). 1 ⎠ ⎝ (B.7.4-10) c (ρ ra ) = (B.7.4-9) c (ρ al ) = ρ al ρ1 − ρt ρ1 ρrl ( ) ρa ρt − ρ1 ρ1 ρra ( ) (B.7.4-11) c (ρrl ) = − c (ρ al ) = ρ al (ρt − ρ1 ) ρ1 ρrl (B.7.4-12) c (m r ) = (ρ t − ρ1 ) ρ1 (B.7.4-13) u (m r ) 1 ⎛ u(mra ) u (m rl ) ⎞ ⎟ = ⎜ + mr 2⎜ mrl ⎟ ⎠ ⎝ mra (B.7.4-14) Se asume que las masas y densidades de las pesas de referencia están correlacionadas. u(mcap) es la incertidumbre debida al efecto de tensión superficial en el alambre de suspensión (con un alambre con diámetro de 1 mm, el efecto máximo puede ser de 23 mg; si el diámetro de alambre es 0,1 mm, el efecto puede ser de 2,3 mg). Cerca de 20 ºC, la incertidumbre de la densidad del agua se relaciona aproximadamente con la incertidumbre de su temperatura, tl, en ºC (temperatura del agua), como se indica a continuación: ⎛ u (ρ 1 ) ⎞ ⎛ − 3 u (t1 ) ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ρ ⎟ ⎟ =⎜ ⎜ − 4.1 x10 t1 ⎟ ⎝ 1 ⎠ ⎝ ⎠ 2 2 (B.7-4-15) Se pueden lograr incertidumbres por debajo de 0,05 kg m-3 con la ecuación (B.7.4-2). 51 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) En la mayoría de los casos, los factores de corrección por empuje del aire Ca, Cal y Cs no difieren significativamente entre sí y pueden ajustar hasta la unidad, simplificando la ecuación (B.7.4-2) así: ρt ρ 1 (m ra + Δm wa ) − ρ a m r l + Δm wl m ra + Δm wa − m r l − Δm wl ( ) (B.7.4-16) Incertidumbre relativa: 2 2 2 2 2 ⎡⎛ ⎛ u (Δmwa ) ⎞ ⎛ u (Δmwl ) ⎞ ⎛ u (ρ t ) ⎞ ⎛ ⎛ u (ρ1 ) ⎞ u (ρ a ) ⎞ u (mr ) ⎞ ⎟ +⎜ ⎟ ⎜ ⎟ = ⎜ c (ρ a ) ⎟ + ⎜ ⎟ +⎜ ⎟ + c 2 (mr ) ⎢⎜ 2 ⎟ ⎜ ⎜ ρ ⎟ ⎜ m ⎟ ⎜ m ⎟ ⎜ ρ ⎟ ⎜ ⎟ ⎢ ρ m t a r ra rl 1 ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎣ 2 ⎛ u mcap +⎜ ⎜ m rl ⎝ ( 2 ⎤ )⎞ ⎟ + u2 ⎥ ⎟ ⎠ c ⎥ ⎦ B.7.4-17) Con: u (m r ) 1 = mr 2 c (m r ) = ⎛ u (m ra ) u (m rl ) ⎞ ⎜ ⎟ + ⎜ m m rl ⎟ ra ⎝ ⎠ (B.7.4-18) c (ρ a ) = ρa ρt ⎛ ρt ⎞ ⎜ ⎜ ρ − 1⎟ ⎟ ⎝ 1 ⎠ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (B.7.4-19) (ρ t − ρ 1 ) ρ1 (B.7.4-20) ⎛ ρt ⎞⎛ ρa ρ al uc = ⎜ ⎜ ρ − 1⎟ ⎟⎜ ⎜ρ − ρ 1 ra rl ⎝ ⎠⎝ (B.7.4-21) Se pueden lograr incertidumbres por debajo de 0,2 kg m-3 con la ecuación (B.7.4-16). B.7.4.3 Método A2 (pesas de referencia pesadas en aire y en el líquido) B.7.4.3.1 Procedimiento de medición Igual que en el numeral B.7.4.2.1, excepto: d) Cuarto pesaje (pesa de referencia en líquido): 1) 2) 3) pese la pesa de referencia (mrl) en líquido, registre la indicación (Irl), retire con cuidado la pesa (mrl). La pesa de referencia (mrl) puede ser la segunda pesa de referencia o la misma usada en aire (mra). B.7.4.3.2 Cálculos La densidad de la pesa de prueba, pt, se calcula luego con la ecuación (B.7.4-22) o la (B.7.4-31). i) Cuando se usa la misma pesa de referencia para la medición en aire y en líquido, mra = mrl = mr y pra = prl = pr’, entonces: ρ 1 (C a m r + Δm wa ) − ρ a (C1 m r + Δm wl ) ρ − ρa mr 1 + Δm wa − Δm wl ρr ρt = (B.7.4-22) 52 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Con: Ca = 1− NTC 1848 (Segunda actualización) ρa ρr (B.7.4-23) C1 = 1 − ρ1 ρr (B.7.4-24) Δmwa y Δmwl se definen como en la ecuación (B.7.4-2). Incertidumbre relativa: ⎛ ⎛ u (ρ t ) ⎞ ⎛ ⎛ u (ρ r ) ⎞ u (ρ a ) ⎞ u (ρ 1 ) ⎞ ⎜ ⎜ c (ρ 1 ) ρ ⎟ ⎟ +⎜ ⎜ ρ ⎟ ⎟ ⎟ +⎜ ⎜ c (ρ a ) ρ ⎟ ⎟ =⎜ ⎜ ρ ⎟ t ⎠ a ⎠ 1 ⎠ r ⎠ ⎝ ⎝ ⎝ ⎝ 2 2 2 2 2 2 + u m cap ⎛ ⎛ ⎛ ⎛ u (Δm wa ) ⎞ u (Δm wl ) ⎞ u (m r ) ⎞ ⎜ ⎟ + ⎜ c (Δm wl ) ⎟ + ⎜ c (Δm wl ) ⎜ ⎟ + ⎜ c (Δm wa ) m ⎜ c (m r ) m ⎟ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ m ra ⎠ m ra r ⎠ ra ⎝ ⎝ ⎠ ⎝ ⎝ 2 ( 2 )⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (B.7.4-25) Con: c (ρ a ) = ρa ρt ⎛ ρt − ρr ⎜ ⎜ ρ 1 ⎝ ⎞ ⎟ (insignificante en la mayoría de los casos) ⎟ ⎠ (B.7.4-26) c (ρ t ) = 1 ρt (ρ r (1 + Δm wa / m r ) − ρ t ) (insignificante en la mayoría de los casos) ⎛ ρ1 − ρ t ⎜ ⎜ ρ 1 ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (B.7.4-27) c (m r ) = ρr − ρt ρt ρr ρl (B.7.4-28) c (Δmwa ) = ρr ρt (B.7.4-29) c (Δm wl ) = (B.7.4-30) Se pueden lograr incertidumbres por debajo de 0,1 kg m-3 con la ecuación (B.7.4-22). ii) Cuando se usan pesas de referencia diferentes para la medición en aire y en líquido, mra ≠ mrl y pra ≠prl’, entonces: ρt = ρ1 (C a mra + Δmwa ) − ρ a (C1mrl + Δmwl ) C a mra + Δmwa − C1mrl − Δmwl (B.7.4-31) Con: Ca = 1 − ρa ρ ra (B.7.4-32) C1 = 1 − ρl ρ rl (B.7.4-33) Incertidumbre relativa: 2 2 2 2 2⎤ 2 ⎡⎛ ( ) ⎞ 2 ⎛ ( ⎛ ⎛ ⎛ ⎛ ⎛ u (ρ t ) ⎞ u (ρ a ) ⎞ u (ρ1 ) ⎞ u (ρ a ) ⎞ u (ρ rl ) ⎞ u mr u Δmwa ) ⎞ ⎥ ⎟ + c 2 (mr )⎢⎜ 2 ⎟ + ⎟ + ⎜ c (ρ1 ) ⎟ + ⎜ c (ρ rl ) ⎜ ⎟ = ⎜ c (ρ a ) ⎟ + ⎜ ⎟ + ⎜ c (ρ ra ) ⎜ ⎜ ⎜ m ⎟ ⎥ ⎜ ⎜ ⎜ ρ ⎟ ⎢⎜ ρ rl ⎟ mr ⎟ ρ ra ⎟ ρ1 ⎟ ρa ⎟ ra ⎝ ⎠ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎦ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ t ⎠ ⎣⎝ u Δmcap ⎛ ⎛ u (Δmwl ) ⎞ 2 ⎜ c (Δmwl ) ⎟ + ⎜ c (Δmwl ) ⎜ ⎜ mra ⎟ mra ⎝ ⎠ ⎝ ( )⎞ ⎟2 ⎟ ⎠ (B.7.4-34) 53 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Con: u (m rl ) ⎞ u (m r ) 1 ⎛ u (m ra ) ⎟ = ⎜ + mr 2⎜ m m rl ⎟ ra ⎝ ⎠ c (ρ a ) = NTC 1848 (Segunda actualización) (B.7.4-35) ρa ρt 1 ⎡ ρ rl ⎢1 − ρ ra ρ 1 ⎣ (ρ ra − ρ t + ρ 1 )⎥ ⎦ ⎤ (insignificante en la mayoría de los casos) (B.7.4-36) c (ρ 1 ) = ρt (ρ rl − ρ t ) (insignificante en la mayoría de los casos) (B.7.4-37) c (ρra ) = ρrl ρ a (ρ1 − ρt ) ρ1ρra ρt (B.7.4-38) c (ρ rl ) = ρt ρ rl ρ rl ρ1 (B.7.4-39) c (m r ) = ρ rl ρ 1 − ρ t ρ1 ρt (B.7.4-40) c (Δm wl ) = (B.7.4-41) Se asume que la masa de las pesas de referencia se correlaciona. Para μ(mcap), (véase el numeral B.7.4.2.2). Se pueden lograr incertidumbres por debajo de 0,1 kg m-3 con la ecuación (B.7.4-31). B.7.4.4 Método A3 (pesaje directo) En lugar de usar una técnica de comparación, el procedimiento se puede simplificar leyendo directamente la indicación de la balanza. B.7.4.4.1 Procedimiento de medición Igual que en B.7.4.2.1, excepto que se omiten los procedimientos b) y d). B.7.4.4.2 Cálculos La ecuación correspondiente que rige esta situación es: ρt = I ta x ρ 1 − I tl x ρ a I ta − I tl (B.7.4-42) El prerrequisito para esta simplificación es una balanza bien calibrada. Ita e Itl significan los valores indicados por la balanza para la pesa de prueba en aire (subíndice “a”) y en líquido (“l”) respectivamente, después de la tara de la balanza sin la pesa en el platillo ni en el portapesa sumergido. Incertidumbre relativa: ⎛ u (ρ t ) ⎞ ⎛ u (ρ 1 ) ⎞ ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ⎜ ρ ⎟ = ⎜ ρ ⎟ ⎝ 1 ⎠ ⎝ t ⎠ 2 2 u m cap ⎛ ⎛ ⎛ ⎛ u (ρ a ) ⎞ u (I ta ) ⎞ u (I tl ) ⎞ ⎟ ⎜ ⎟ + ⎜ c (I tl ) ⎟ + ⎜ c (I tl ) + ⎜ ⎜ c (ρ a ) ρ ⎟ + ⎜ c (I ta ) I ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ I I tl a ⎠ ta ⎠ tl ⎠ ⎝ ⎝ ⎝ ⎝ 2 2 2 ( 2 )⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 2 + uc (B.7.4-43) 54 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Con: c (ρ a ) = ρ a NTC 1848 (Segunda actualización) ρ t − ρ1 ρ t ρ1 ρ t − ρ1 ρ1 (B.7.4-44) c (I ta ) = ρ a ρ1 − ρ t ρ1 (B.7.4-45) c (I tl ) = ρ a (B.7.4-46) ⎛ ρt ⎞ ρ a − ρ al uc = ⎜ ⎜ ρ − 1⎟ ⎟ ρ ref ⎝ 1 ⎠ (B.7.4-47) Se pueden lograr incertidumbres por debajo de 0,2 kg m-3 con la ecuación (B.7.4-42). B.7.5 Método de prueba B (verificación de densidad) B.7.5.1 Principios El método B es una forma simplificada de la técnica hidrostática e implica sólo el pesaje en líquido. La pesa de prueba se suspende con un alambre delgado con resistencia suficiente en el agua con densidad pl. La pantalla de la balanza indica un valor de masa, Itl. Este método se puede llevar a cabo en dos formas: Método B1: cálculo de la densidad usando la ecuación (B.7.5.-1) y la ecuación de incertidumbre asociada (B.7.5-2) (obligatorio para clase E1). Método B2: verificación de que la densidad está en el rango prescrito. Los valores limites para la indicación de la balanza (R 111-2 Formato de reporte de prueba) se calculan con los límites mínimo y máximo para la densidad indicados en la Tabla 5 de esta norma. Se toma en consideración una incertidumbre de medición estimada del método de determinación de la densidad dependiendo del tamaño de la pesa. Como medida adicional de seguridad, los límites mínimos se basan en una temperatura de agua que se asume en 24 ºC, y los límites máximos se basan en una temperatura de 18 ºC. B.7.5.2 Equipos a) b) Balanza de laboratorio con rango adecuado. Se recomienda una resolución relativa de 10-6 con un nivel correspondiente de repetibilidad. Bañó líquido a temperatura estable entre 18 ºC y 24 ºC. Si la balanza está equipada para pesaje por debajo de la balanza, debe estar elevada en un soporte por encima del baño (véase la Figura B.4) o se puede poner el baño en una plataforma de soporte como se indica en la Figura B.5. Soporte que se puede ajustar al platillo de la balanza. Portapesas de tamaños diferentes con alambre de suspensión adecuado. Pesas de referencia para la calibración de la balanza. Instrumentos para manipular las pesas (por ejemplo, guantes de laboratorio, paños sin pelusa, pinzas de laboratorio). c) d) e) f) 55 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Alambre de suspensión Soporte Porta pesas Plataforma de soporte 0. 8 7 3 8 2 6 Platillo de la balanza Figura B.5. Ilustración del Método B B.7.5.3 Procedimiento de medición a) b) Sumerja la pesa (o juego de pesas) en un baño de agua destilada a temperatura entre 18 ºC y 24 ºC. El baño se puede colocar en una plataforma de soporte de acuerdo con la Figura B.5. Ajuste el soporte al platillo de la balanza y suspenda el portapesas del soporte por medio de un alambre de suspensión delgado con suficiente resistencia, de modo tal que el portapesas quede sumergido por completo. La interface aire-agua en el alambre de suspensión debe estar bien definida. Tare la balanza hasta la lectura cero6. Elimine las burbujas de aire de la pesa y ubíquela en el portapesas. No perturbe el alambre de suspensión, para evitar romper el menisco en la superficie del agua. Cuando esté estable, lea y registre la indicación de la balanza, Itl. Usando las pinzas, vuelva a poner la pesa en su posición de almacenamiento. Registre las condiciones ambientales del laboratorio (temperatura del aire, presión y humedad) y la temperatura del líquido. c) d) e) f) g) h) B.7.5.4 Resultados B.7.5.4.1 Método B1 Cálculo de la densidad usando la masa nominal, mo, de la pesa. La densidad se calcula así. ρt = ρ1mt ⎛ ρ m t − I tl ⎜1 − a ⎜ ρ ref ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (B.7.5-1) 6) NOTA Si la balanza no tiene la función de tara, Itl es la diferencia entre el segundo y el primer pesajes 56 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Incertidumbre de la medición del método B1: ⎛ ⎛ ⎛ ⎛ u (ρ t ) ⎞ ⎛ u (ρ 1 ) ⎞ u (ρ a ) ⎞ u (I tl ) ⎞ u (m t ) ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ + ⎜ c (m t ) ⎟ ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎜ ρ ⎟ = ⎜ ρ ⎟ + ⎜ c (ρ a ) ρ ⎟ + ⎜ c (I tl ) I mt ⎟ a ⎠ tl ⎠ ⎝ 1 ⎠ ⎝ ⎝ ⎝ ⎠ ⎝ t ⎠ 2 2 2 2 2 u m cap ⎛ + ⎜ c(I tl ) ⎜ I tl ⎝ ( 2 )⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (B.7.5-2) Con: c (m t ) = m t (ρ 1 − ρ t ) ρ t (m t − I tl ) I tl m t − I tl (B.7.5-3) c (ρ a ) = ρ ref (I tl − m t ) ρ a I tl (B.7.5-4) c (I tl ) = (B.7.5-5) u (mcap) es la incertidumbre debida a la tensión superficial en el alambre de suspensión (véase también el numeral B.7.4.2.2). La incertidumbre de la medición para el método B1, por lo común es ± 5 kg m-3 o mejor para las pesas más grandes y hasta ± 60 kg m-3 para una pesa de 1 g, dependiendo del tamaño de la pesa y del cuidado en la manipulación. La incertidumbre de la medición aumenta a medida que disminuye el tamaño de la pesa. B.7.5.4.2 Método B2 La densidad, ρt, se verifica comparando el valor de Itl con dos valores limitantes, Itl(mín) e Itl(máx), para el tamaño de pesa correspondiente. Estos valores limitantes están tabulados en R 111-2 Formato de reporte de prueba para pesas Clase E1 a F1. B.7.5.5 Registro de los resultados Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato de reporte de prueba. Verificación de Densidad - Método B y valores límites de densidad. B.7.6 Método de prueba C (determinación del volumen por pesaje del líquido desplazado) Este método no es práctico para pesas inferiores a 1 g. B.7.6.1 Principios Este método se puede realizar de dos maneras: 1) 2) la masa de la pesa de prueba se desconoce, la masa de la pesa de prueba se conoce. B.7.6.2 Consideraciones generales En lugar de medir la fuerza de flotación que actúa sobre la pesa en el agua, es posible determinar el volumen del líquido que es desplazado por la pesa sumergida. Con la masa conocida de la pesa de prueba, mt, se puede calcular su densidad. 57 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.7.6.3 Equipos a) b) c) d) e) f) NTC 1848 (Segunda actualización) Balanza de laboratorio con capacidad en el rango de 200 g a 100 kg con una resolución relativa de 10-5 o mejor y repetibilidad correspondiente. Baño líquido con tamaño adecuado. Soporte con altura ajustable para sostener las pesas suspendidas en el agua. Alambres de suspensión y portapesas de tamaño adecuado. Instrumentos para manipular las pesas (por ejemplo, guantes de laboratorio, paños sin pelusa, pinzas de laboratorio). Un recinto bien iluminado. B.7.6.4 Procedimiento de medición Ajuste de altura Alambre de suspensión Porta pesas Soporte 6. 8 7 3 8 2 6 Altura Platillo de la balanza Figura B.6. Ilustración del Método C a) b) c) d) e) f) g) Ponga el recipiente con agua sobre el platillo de la balanza. Suspenda el portapesas y el alambre de suspensión de un soporte separado. Tare la balanza, si esta función está disponible. De lo contrario lea la indicación, Il. Levante el portapesas por encima de la superficie del agua, coloque la pesa en el portapesas y sumérjalo nuevamente. Ajuste la altura de forma que el alambre de suspensión cruce la interface aire-agua a la misma altura de antes. Lea la indicación, Idl (o I2 si l abalanza no tiene función de tara, Idl = I2 - I1). Registre las condiciones ambientales del laboratorio, temperatura del aire, presión y humedad y la temperatura del líquido. 58 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA h) NTC 1848 (Segunda actualización) Determine la densidad del aire del laboratorio, pa, y la densidad del baño de agua, pl, con la ecuación (E.3-1) y la Tabla B6. La masa del agua desplazada, Vtpl, está indicada por el valor de peso, Idl. Si es necesario, extrapole para la evaporación durante el tiempo desde la última tara7. B.7.6.5 Cálculos La diferencia, Idl, entre las dos lecturas equivale a la cantidad de líquido desplazado pesado en aire. Si la masa, mt, de la pesa de ensayo ya se conoce, los valores Idl y mt se ingresan en la ecuación (B.7.6-1) para calcular la densidad, pt, de la pesa de prueba. ⎛ ρa ⎞ ⎜ ⎜1 − ρ ⎟ ⎟ 1 ⎠ ρt = ⎝ ⎛ ⎜1 − ρ a ⎜ ρ ref ⎝ mt x ρ1 ⎞ ⎟ x I dl ⎟ ⎠ (B.7.6-1) Si mt no se conoce aún, entonces la pesa de prueba se pesa en una balanza y el valor indicado, Ita, en aire se usa junto con Idl, en la ecuación (B.7.6-2) para calcular la densidad, pt. ρ t = ρ a + (ρ 1 − ρ a ) I ta I dl (B.7.6-2) B.7.6.6 Incertidumbre de la medición del método C Para la ecuación (B.7.6-1): 2 u 2 (ρ t ) = c 2 (ρ a ) u 2 (ρ a ) + c 2 (ρ1 )u 2 (ρ1 ) + c 2 (mt )u 2 (mt ) + c 2 (I dl )u 2 (I dl ) + c 2 (I dl )ucap (B.7.6-3) Con: c (ρ a ) = ρt m − t ρ ref I dl ρ1 I dl (B.7.6-4) c (ρ1 ) = mt I dl mt ρ 1 2 I dl (B.7.6-5) c (mt ) = (B.7.6-6) c (I dl ) = (B.7.6-7) Para la ecuación (B.7.6-2): 2 u 2 (ρ t ) = c 2 (ρ a ) u 2 (ρ a ) + c 2 (ρ1 )u 2 (ρ1 ) + c 2 (I ta )u 2 (I ta ) + c 2 (I dl )u 2 (I dl ) + c 2 (I dl )ucap (B.7.6-8) Con: c (ρ a ) =1 − I ta I dl (B.7.6-9) c (ρ1 ) =1 − I ta I dl I ta ρ 1 2 I dl (B.7-6-10) c (I ta ) = ρ1 I dl (B7.6-11) c (I dl ) = − 7) Realice la lectura varias veces para estimar la tasa de evaporación y corregir la diferencia de tiempo entre el taraje y la lectura. Observe que no es práctico repetir el método C ya que la pesa se debería secar antes de sumergirla en agua nuevamente. 59 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) En el rango de 1 g ≤ mt ≤ 1 kg, la incertidumbre de la medición es ± 100 kg m-3 a ± 10 kg m-3, dependiendo del tamaño de las pesas y el cuidado en la manipulación. Antes de comparar el valor calculado de la densidad, ρt, con los límites máximo y mínimo para la densidad en la Tabla 5, el valor de ρt debe incluir la incertidumbre expandida para este método o un margen de incertidumbre estimada. B.7.6.7 Registro de los resultados Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato para reporte de prueba, determinación de Densidad - Método C. B.7.7 Método de prueba D (determinación del líquido desplazado en un recipiente de volumen constante) B.7.7.1 Principio Las pesas grandes son difíciles de manipular en pesaje hidrostático. Una forma alterna de determinar su volumen es mediante pesaje del líquido que ellas desplazan, en una forma indirecta, usando un recipiente ajustable de volumen constante. B.7.7.1.1 El recipiente se llena con agua hasta un nivel bien definido y se pesa dos veces, una vez con la pesa dentro del agua y una vez sin la pesa. Las indicaciones correspondientes de la balanza son Il+t e Il. El cuello del recipiente no debería tener una longitud superior a 1 cm, el agua se debe mantener a una temperatura uniforme y estable en ± 0,1 ºC. Se debe cuidar que el volumen de la pesa no sea muy pequeño en proporción a la capacidad del recipiente, que el sello del recipiente no tenga fugas y que no haya aire atrapado. Dada una densidad constante del líquido, pl, la densidad de la pesa, pt, se calcula a partir de la diferencia (Il+t - Il) según la ecuación (B.7.7-1), que es análoga ala ecuación (B.7.5-1). ρt = m0 ρ1 ⎛ ρa m 0 − (I 1+ t − I 1 )⎜1 − ⎜ ρ ref ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (B.7.7-1) B.7.7.2 Equipos a) b) c) d) Balanza de laboratorio con capacidad en el rango de 5 kg a 100 kg y una resolución relativa de 10-6 o mejor. Recipientes de prueba transparentes con diseño adecuado y nivel de llenado controlable con precisión. Instrumentos para manipular las pesas (por ejemplo, guantes de laboratorio, paños sin pelusa, pinzas de laboratorio). Un recinto bien iluminado. 60 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA B.7.7.3 Procedimiento de medición NTC 1848 (Segunda actualización) 4. 2 7 6 2 2 8 Figura B.7. Ilustración del Método D a) b) c) d) e) f) g) h) i) Coloque la pesa en el recipiente y llénelo cuidadosamente con agua hasta un nivel bien definido (por ejemplo hasta que fluya por encima de una salida de desagüe). Pese el recipiente con la pesa en el líquido. Lea y registre la indicación, Il+t. Retire la pesa y añada agua a la misma temperatura hasta el mismo nivel. No es necesario saber el volumen si la temperatura del agua se mantiene constante. Pese el recipiente con el líquido. Lea y registre la indicación, Il. La diferencia entre las lecturas (Il+t - Il) se debe a la masa de la pesa menos la masa del agua desplazada8. Registre las condiciones ambientales del laboratorio (temperatura del aire, presión y humedad) y la temperatura del líquido. Determine la densidad del aire del laboratorio, ρa, y la densidad del baño de agua, ρl, con la ecuación (E.3-1). B.7.7.4 Incertidumbre de la medición del método D ⎛ u (ρ t ) ⎞ ⎛ ⎛ u (ρ a ) ⎞ u (mt ) ⎞ ⎛ u (ρ1 ) ⎞ 2 2 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ρ ⎟ = ⎜ c (ρ a ) ρ ⎟ + ⎜ c (mt ) m ⎟ + ⎜ ρ ⎟ + 2 (cI uI ) + (cI uw ) a ⎠ t ⎠ ⎝ 1 ⎠ ⎝ t ⎠ ⎝ ⎝ 2 2 2 2 (B.7.7-2) 8) Si se repite el método D, no es necesario de secar la pesa antes de sumergirla nuevamente. 61 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA Con: c (ρ a ) = NTC 1848 (Segunda actualización) ρ a ρ t (I t +1 − I 1 ) (B.7.7-3) ρ ref ρ 1 m t c (m t ) = ρ t − ρ1 ρ1 (B.7.7-4) cI = ρt mt ρ 1 (B.7.7-5) uw es la contribución de la incertidumbre debido a los dos niveles de agua con y sin la pesa. La incertidumbre de este método está en le orden de ± 15 kg m-3 o mejor para una pesa de 1 kg, pero se reduce para pesas mayores siempre que el cuello del recipiente sea muy angosto, que el agua se conserve en una temperatura estable y uniforme en ± 0,1 ºC, que el volumen de la pesa no sea muy pequeño en proporción a la capacidad del recipiente, que el sello del recipiente no tenga fugas y que no haya aire atrapado. B.7.7.5 Registro de los resultados Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato de reporte de prueba , determinación de Densidad Método D. B.7.8 Método de prueba E (determinación del volumen por medición geométrica) B.7.8.1 Principio El volumen de una pesa se puede calcular a partir de sus dimensiones y una fórmula apropiada. El volumen se puede dividir en varios componentes elementales que también pueden incluir una cavidad [27].A continuación, se considera que las pesas tiene forma conforme a la Figura A.1 (aquí sin cavidad, véase la Figura B.8). Se dan las fórmulas estándar para las tres formas geométricas relativamente sencillas de la perilla, A, el anillo, B y el cuerpo principal, C, se dan en [27]. En algunos casos, la pesa puede tener un hueco, D, en su base. El cálculo de las porciones de volumen es simple. B.7.8.1.1 El método E hace innecesario la inmersión de la pesa en agua, lo cual es una ventaja para las pesas con cavidad. Sin embargo, existe el riesgo de rayar la superficie durante la medición y, por lo tanto, el método de prueba E no se debería usar en pesas clase E y F. B.7.8.2 Equipos a) b) c) d) e) Calibrador de nonio (Vernier), preferiblemente con una resolución de 0,01 mm. Micrómetro (para pesas pequeñas). Calibrador de radio (como alternativa, use los valores de la Tabla A.1). Instrumentos para manipular las pesas (por ejemplo, guantes de laboratorio, paños sin pelusa, pinzas de laboratorio). Un recinto bien iluminado. B.7.8.3 Procedimiento de medición a) b) Mida alturas, diámetros, radios y dimensiones de cualquier cavidad o saliente de acuerdo con la Figura B.8. Calcule y adicione los volúmenes para las partes A, B, C y D según las ecuaciones (B.7.8-1) a (B.7.8-5). 62 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA c) NTC 1848 (Segunda actualización) Calcule la densidad a partir de la masa y el volumen. 2 3 2 1 3 A B 1 C 3 2 1 1 D Figura B.8. Ilustración de la determinación del volumen de una pesa cilíndrica (véase la Tabla A.1) 2 2 ⎞ ⎛ D2 πR2 2 R2 2 πR2 D2 ⎟ V A = 2πR2 ⎜ 2 − R2 D2 + R2 + − + ⎜ 4 ⎟ 4 2 3 ⎝ ⎠ 2 ⎛ D2 πR1 D 3 10 R1 2 − πR1 + V B = πR1 ⎜ 3 + 2 R1 D 3 − ⎜ 2 2 3 ⎝ (B.7.8-1) ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (B.7.8-2) VC = π 2 D1 2 (H − 2(R1 + R2 )) − πR3 4 10R3 πD1 ⎛ ⎞ ⎜ ⎜ 2 D1 − 3 − 2 + πR3 ⎟ ⎟ ⎝ ⎠ (B.7.8-3) VD = 1 2 2 l 3 l1 + l1 l 2 + l 2 12 ( ) (B.7.8-4) (B.7.8-5) V weight = V A + V B + VC {−V D } B.7.8.4 Incertidumbre de la medición del método E La mayor contribución a la incertidumbre de debe a la desviación de la forma real del modelo matemático. Para las pesas con forma acorde al Anexo A, el rango de incertidumbre está entre 30 kg m-3 para pesas grandes y 600 kg m-3 para las pequeñas. Para pesas con cavidades u otras formas, la incertidumbre puede ser el doble [25]. B.7.8.4 Registro de los resultados Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato de reporte de prueba, determinación de Densidad - Método E. 63 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) B.7.9 Método de prueba F (estimación basada en la composición conocida) B.7.9.1 Principio La mayoría de las pesas se producen a partir de una cantidad limitada de aleaciones. El valor exacto de la densidad depende de la proporción relativa de los constituyentes de cada aleación. Los rangos típicos de densidad se indican en la Tabla B.7. B.7.9.2 Método F1 Si se sabe que el proveedor usa consistentemente la misma aleación para una clase de pesas particular y su densidad se conoce por pruebas preliminares, entonces se debería aplicar la densidad conocida usando una incertidumbre de un tercio de la indicada en la Tabla B.7 para la misma aleación. B.7.9.3 Método F2 Obtenga la composición de la aleación del proveedor de la pesa en cuestión. Halle el valor de la densidad en el manual de física/química que contiene tablas de densidad en función de la concentración de los elementos de la aleación. Use el valor de densidad del manual y aplique el valor de incertidumbre tomado de la Tabla B.7. Para pesas Clase E2 a M2 son adecuados los valores de “densidad asumida” de la Tabla B.7. La densidad de las pesas de clase M3 por lo general no es de interés. B.7.9.4 Cálculos B.7.9.4.1 Densidad de las pesas con una cavidad de ajuste El ajuste de una pesa con material denso dentro de una cavidad también puede influir en la densidad de la pesa. Si la aleación X (con densidad ρx) equivale a x por ciento y el material de ajuste Y (con densidad ρy) equivale a y por ciento de la masa final, entonces la densidad, ρt, se puede calcular con ayuda de la siguiente ecuación: ρt = 100 y x + px py (B.7.9-1) Tabla B.7. Método F2 - Lista de aleaciones usadas más comúnmente para las pesas Aleación/material Platino Níquel plata Bronce Acero inoxidable Acero al carbono Hierro Hierro fundido (blanco) Hierro fundido (gris) Aluminio Densidad asumida 21 400 kg m-3 8 600 kg m-3 8 400 kg m-3 7 950 kg m-3 7 700 kg m-3 7 800 kg m-3 7 700 kg m-3 7 100 kg m-3 2 700 kg m-3 Incertidumbre (k = 2=) ± 150 kg m-3 ± 170 kg m-3 ± 170 kg m-3 ± 140 kg m-3 ± 200 kg m-3 ± 200 kg m-3 ± 400 kg m-3 ± 600 kg m-3 ± 130 kg m-3 B.7.9.4.2 Densidad de una pesa combinada Se puede usar la misma ecuación para determinar la densidad resultante de dos constituyentes diferentes que conforman una pesa o si se usan dos pesas con densidades diferentes como una referencia. Los metales de preferencia para ajustar las 64 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) pesas son tungsteno (18 800 kg m -3 ± 200 kg m -3 ), plomo (11 300 kg m -3 ± 150 kg m -3 ), molibdeno (10 000 kg m-3 ± 150 kg m-3) y estaño (7 kg m3 ± 100 kg m-3). B.7.9.5 Registro de los resultados Registre los resultados de la medición usando los formularios de R 111-2 Formato para reporte de prueba , determinación de Densidad - Método F. B.7.10 Métodos recomendados para determinar la densidad Tabla B.8. Métodos recomendados para la determinación de la densidad para las clases de pesas Pesa Clase E1 Clase E2 Clase F1 Clase F2, M1, M2 5 000 kg 2 000 kg 1 000 kg E,F 500 kg E,F 200 kg 100 kg 50 kg A,C,D 20 kg D,E,F D,E,F 10 kg A, B1*, C, D 5 kg F 2 kg 1 kg 500 g A,B*,C B,F B,C,F 200 g 100 g 50 g B,C,F 20 g A,B1* 10 g 5g F 2g B*,F1 1g F 500 mg 200 mg F1 100 mg 50 mg 20 mg Cuando se usa el Método B para pesas Clase E1, el valor de la densidad se debe calcular con la ecuación (B.7.5-1). * NOTA 1 Por lo general la densidad no es de interés para pesas clase M3. NOTA 2 La limpieza se debe repetir después de la medición de densidad si el fluido usado en el sistema de densidad no fue agua (otros fluidos usados comúnmente [por ejemplo fluorocarbonos] dejan un residuo que se debe retirar por limpieza con un solvente como alcohol). B.8 ASIGNACIÓN DE UNA CLASE OIML R 111 (2004) A PESAS ANTIGUAS Y/O ESPECIALES B.8.1 Alcance Esta sección se aplica a pesas fabricadas antes de 1994 (cuando OIML R 111 (1994) entró en vigencia) (pesas “pre 94”) o a pesas que tienen un diseño especial o un valor nominal no estándar porque se hicieron para una aplicación única. 65 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) B.8.1.1 Para pesas “pre 94” y/o especiales, se permiten algunas excepciones relacionadas con la forma y la rugosidad superficial, pero están sujetas a las directrices indicadas en el literal B.8.2 y B.8.3. Se debe tener consideración especial con las pesas antiguas, en particular en los casos donde está disponible la documentación completa sobre la estabilidad de las pesas. No obstante, aparte de las excepciones específicas permitidas según literales B.8.2 y B.8.3, aún se aplican todos los otros requisitos de R 111. B.8.1.2 Según esta sección, a las pesas antiguas y/o especiales se les puede asignar una de las designaciones de Clase E1 a M3. Por lo general basta con clasificar una pesa sólo una vez. La recalibración posterior está sujeta a las tolerancias y condiciones de la clase respectiva. B.8.2 Excepciones con respecto a la rugosidad superficial El numeral 11.1.2 de este documento declara que: “Un examen visual puede ser suficiente, excepto en caso de duda o disputa. En este caso, se deben usar los valores indicados en la Tabla 6. La rugosidad superficial máxima permitida de las pesas superiores a 50 kg debe ser el doble de los valores especificados en la Tabla 6.” De acuerdo con el literal B.5.3.1.2.2 2), las rayas individuales se deben omitir al hacer la medición de rugosidad. Para pesas “pre 94” y/o pesas especiales, la rugosidad será considerada aceptable si hay documentación suficiente para demostrar que la masa de los pesas es estable, y si la rugosidad superficial no excede dos veces el límite de la tabla 6 para la clase respectiva B.8.3 Presentación Para pesas “pre 94 pulgadas y/o especiales, los requisitos de el numeral 14 de esta norma se cumplen si la clase se rotula en la caja de las pesas. Esto se aplica a las Clases E1, E2, F1, F2, y M1. Según el numeral 13.4.3, las pesas clase M1 se deben rotular con “M” o M1”. 66 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) ANEXO C (Obligatorio) CALIBRACIÓN DE LA PESA O DEL JUEGO DE PESAS C.1 ALCANCE Esta sección describe dos métodos para determinar la masa convencional de las pesas en un juego de pesas: 1) 2) Método de comparación directa. Método de subdivisión / multiplicación, que se aplica sólo a un juego de pesas. Se describen tres ciclos diferentes de pesaje, todos los cuales son formas de pesaje de substitución para, pero no limitado a balanzas de un solo platillo. Antes de determinar la masa, se debe conocer la densidad de las pesas con suficiente exactitud. Además, se deben conocer las condiciones ambientales y las características metrológicas de los instrumentos de pesaje usados para determinar la masa con suficiente exactitud. Indicando las fórmulas para determinar la masa convencional y su incertidumbre. C.2 REQUISITOS GENERALES C.2.1 Condiciones ambientales La calibración de las pesas se debe realizar en condiciones ambientales estables, bajo presión atmosférica ambiente, a temperaturas cercanas a al temperatura ambiente (1). Los valores típicos recomendados se dan en la Tabla C.1. Tabla C.1. Condiciones ambientales durante la calibración (valores típicos recomendados para obtener resultados exitosos) Clase de pesa Cambio de temperatura durante la calibración (2) E1 E2 F1 F2 M1 Clase de pesa ± 0,3 ºC por h con un máximo de ± 0,5 ºC para 12 h ± 0,7 ºC por h con un máximo de ± 1 ºC para 12 h ± 1,5 ºC por h con un máximo de ± 2 ºC para 12 h ± 2 ºC por h con un máximo de ± 3,5 ºC para 12 h ± 3 ºC por h con un máximo de ± 5 ºC para 12 h Rango de humedad relativa (h) del aire (3) E1 E2 F 40 % a 60 % con un máximo de ± 5 % para 4 h 40 % a 60 % con un máximo de ± 10 % para 4 h 40 % a 60 % con un máximo de ± 15 % para 4 h NOTA 1 También es importante que la diferencia en la temperatura entre las pesas y el aire dentro del comparador de masa sea lo más pequeña posible. Conservar la pesa de referencia y la de ensayo dentro del comparador de masa antes y durante la calibración puede reducir esta diferencia de temperatura. NOTA 2 Este es el cambio en la temperatura del laboratorio. La estabilización térmica de las balanzas y las pesas (véase el numeral B.4.3) requiere que la temperatura del laboratorio se mantenga con una estabilidad durante 24 horas antes de la calibración. 67 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NOTA 3 NTC 1848 (Segunda actualización) El límite superior es muy importante cuando se almacenan las pesas. C.2.1.1 para pesas de Clase E1 y E2, la temperatura debería estar entre 18 ºC y 27 ºC. Las condiciones ambiéntales deben cumplir las especificaciones del instrumento de pesaje. C.2.1.2 Si la densidad del aire se desvía de 1,2 kg m-3 en más de 10 %, se deben usar los valores de la masa en los cálculos y la masa convencional se debe calcular a partir de la masa. C.2.2 Instrumento de pesaje Las características metrológicas del instrumento de pesaje usado a partir de mediciones anteriores, y su resolución, linealidad, repetibilidad y excentricidad (véase el literal C.6.4) deben ser tales que permitan alcanzar la incertidumbre requerida. C.2.3 Pesas de referencia Por lo general, la pesa de referencia debería ser de una clase de exactitud superior (véase el numeral 1.3.1) que la pesa que se va calibrar. En la calibración de pesas clase E1, la pesa de referencia debería tener características metrológicas similares o mejores (propiedades magnéticas, rugosidad superficial) a las de la pesa que se va a calibrar. C.2.3.1 Se debe cumplir lo indicado en los numerales 5.2 y 5.3. C.3 METODOS DE PESAJE C.3.1 Comparación directa Usualmente, la pesa de prueba se debe calibrar por comparación con una o más pesas de referencia. En cada comparación, la masa nominal de la pesa de prueba y la pesa de referencia deben ser iguales. Se puede usar un patrón de verificación (véase el numeral 2.5) para monitorear el proceso de medición [28]. NOTA Se pueden presentar problemas especiales al calibrar pesas clase E1 de menos de 1 g. Esto se debe particularmente a la gran incertidumbre relativa de las pesas de referencia en este rango. Además, la inestabilidad de los instrumentos de pesaje y una gran área superficial son factores que influyen negativamente en la medición de la incertidumbre. Por lo tanto, el método de subdivisión es le más recomendado para tales pesas. C.3.2 Subdivisión Se puede calibrar un juego completo de pesas frente a una o más pesas de referencia [29, 30, 31, 32]. Este método exige varios pesajes en cada década del juego. En estos pesajes, se comparan combinaciones de pesas diferentes de igual masa nominal total. Este método se usa principalmente para calibrar juegos de pesas clase E1 cuando se requiere la exactitud máxima. Si con este método se usa sólo una pesa de referencia, la cantidad de ecuaciones de pesaje debe ser mayor a la cantidad de pesas desconocida y se debe realizar un cálculo de ajuste apropiado para evitar la propagación de errores. Si se usa más de una pesa de referencia, la cantidad de ecuaciones puede ser igual a la cantidad de pesas desconocidas, en cuyo caso no se necesita el ajuste al cálculo. La ventaja de dichos métodos está en el hecho de que incluyen alguna redundancia que ofrece mayor confianza en los resultados. Sin embargo, estos métodos, en particular el ajuste al cálculo, requieren matemáticas más avanzadas [29, 30]. Un diseño de pesaje típico para un juego de masa de 5, 2, 2*, 1, 1* (x 10n g) es [30, 31]: 68 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Tabla C.2. Método de pesaje típico Pesa de referencia Pesa de referencia 5 5 2+1 2+1 2+1* 2+1* 2 2 2* 2* Frente a Frente a Frente a Frente a Frente a Frente a Frente a Frente a Frente a Frente a Frente a Frente a 5 + 2 + 2* + 1 5 + 2 + 2* + 1* 2+2*+1 2+2*+1* 2*+1* 2*+1* 2*+1 2*+1 1+1* 1+1* 1+* 1+1* En este ejemplo, la pesa de referencia debe tener un valor de 10 (x 10n g). Donde 2* puede ser cualquier combinación de masas combinadas que tengan un valor nominal de 2. La pesa 1* puede ser una combinación de pesas de 0,5 + 0,2 + 0,2* + 0,1 (x 10n g) o puede ser un patrón de verificación (véase el numeral 2.5). Algunas comparaciones se han duplicado para simplificar los cálculos. El anterior diseño de pesaje se aplica normalmente sólo si se usa el mismo instrumento de pesaje en todas las comparaciones. C.4 ESQUEMAS DE PESAJE Los procedimientos aceptados para los tres diferentes esquemas de pesaje por comparación simple se indican en el literal C.4.1 y C.4.2. NOTA Se pueden usar otros procedimientos y ciclos de pesaje. En particular, si se usan esquemas de pesaje que no son independientes entre sí, como A1, B2, A2, A2, B2, A3, …se debe evaluar la incertidumbre considerando los términos de covarianza, y la fórmula dada en C.6.1 se debe hacer la modificación en correspondiente [33]. En los esquemas de pesaje, “A” representa el pesaje de la pesa de referencia y “B” el pesaje de la pesa de prueba. Los esquemas ABBA y ABA, se usan normalmente para calibrar pesas Clase E y F. El esquema AB1…Bn se usa con frecuencia para calibrar pesas clase M, pero no se recomiendan para pesas clase E y F. Sin embargo, si se usa un comparador de masa con un mecanismo automático de intercambio de pesas y si el sistema se instala en una cubierta protectora, este esquema también se puede aceptar para calibraciones de pesas E y F. Únicamente los esquemas ABBA y ABA son útiles para el pesaje en subdivisión. Se puede usar más de una pesa de referencia, en este caso el esquema de pesaje se puede aplicar a cada pesa de referencia por separado. Las pesas de referencia pueden entonces compararse con otra. C.4.1 Comparación de la pesa de prueba con una pesa de referencia (recomendado para pesas clase E y F) Se puede utilizar una variedad de esquemas de pesaje [34]. Para dos pesas son posibles los siguientes esquemas, mejor conocidos como ABBA y ABA. Estos esquemas eliminan la deriva por linealidad. Esquema ABBA (r1t1t2r2): I r1 1´I t1 1´ I t2 1I r2 1´…´I r1n´I t1n´I t2 n´I r2 n Δ I i = (I t1 i - I r1 i - I r2 i + I t2 i)/2 en donde i = 1,…n Esquema ABA (C.4.1-1) (r1t1r2): I r1 1´I t1 1´ I r2 1´…´I r1n´I t1n´I t2 n´ Δ I i = I t1 i - (I r1 i + I r2 i )/2 en donde i = 1,…n (C .4.1-2) 69 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) En los esquemas ABBA y ABA, n es la cantidad de ciclos. El valor i indica el orden en que se deben colocar las pesas en el platillo de pesaje. Los subíndices “r” y “t” indican la pesa de referencia y la de prueba respectivamente. ΔIi es la diferencia de indicación del ciclo i de medición. C.4.1.1 Se recomienda mantener constante el intervalo de tiempo entre los pesajes. C.4.1.2 Si es necesario determinar la sensibilidad del instrumento de pesaje durante el proceso de pesaje, la secuencia ABBA se puede modificar para formar Ir, It, It+ms, Ir+ms, donde “ms” es la pesa de sensibilidad. C.4.2 Comparación de varias pesas de ensayo de la misma masa nominal con una pesa de referencia (ciclo AB1…BnA) Si se van a calibrar simultáneamente varias pesas de prueba t(j) (j=1, …, J) con la misma masa nominal, el esquema de pesaje ABA se puede modificar en AB1…BnA así: Esquema AB1…BnA: I {Ir1 I-1´It(1) 1´It(2)I-1´ …´It(j) I-1´Ir2i-1´Ir1 iIt(j)I´It(j-1)I´…´It(1)i´Ir2 I} r1 1´I t(1) 1´I t(2) 1´ ´ It(j)1´Ir2 1´It(j)2´It(j-1)2´ ´It(1)2´Ir2 2´ … … … en donde i = 1,…n Δ Ii(j) = It(j)i- (Ir1 j + Ir2 i)/2 (C.4.2-1) en donde i = 1,…n Si la desviación en la indicación de pesaje es insignificante, es decir, inferior o igual a un tercio de la incertidumbre requerida, no es necesario invertir el orden de las pesas de ensayo en AB1…BnA cuando se repite la secuencia. El número de pesas normalmente no debe ser mayor de 5 (J ≤ 5). C.4.3 Número de ciclos de pesaje La cantidad de ciclos de pesaje, n, se debe basar en la incertidumbre requerida y en la repetibilidad y reproducibilidad de las mediciones. En la Tabla C.3 se indica la cantidad mínima de mediciones para las clases E1 a M3. Tabla C.3. Cantidad mínima de ciclos de pesaje Clase E1 E2 F1 F2 M1, M2, M3 Cantidad mínima de ABBA Cantidad mínima de ABA Cantidad mínima de AB1…BnA 3 5 5 2 3 3 1 2 2 1 1 1 1 1 1 C.5 ANÁLISIS DE DATOS C.5.1 Diferencia promedio de la masa convencional - una pesa de prueba Para los esquemas ABBA y ABA, la diferencia de la masa convencional, Δmc, entre la pesa de prueba y la pesa de referencia de un ciclo, i, es: 70 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) (C.5.1-1) (C.5.1-2) Δm c = m ct − m cr Δm ci = ΔI i + m cr C i en donde ⎛ 1 1 ⎞ C i = (ρ ai − ρ 0 ) x ⎜ ⎟ ⎜ρ − ρ ⎟ r ⎠ ⎝ t (C.5.1-3) La diferencia promedio de la masa convencional para n ciclos es: Δm c = 1 n ∑ Δm i =1 n ci (C.5.1-4) C.5.1.1 Si la densidad, ρt o ρr, de una pesa no se conoce, pero se conoce el material, se debe asumir una densidad apropiada de la tabla B.7. Si se sabe solamente que la densidad de un pesa está dentro de los límites permitidos, entonces se debe usar el valor 8 000 kg m-3. C.5.1.2 En los casos en que se estima que la corrección por empuje del aire es insignificante, es decir si: Ci ≤ 1 U 3 m0 (C.5.1-5) El término moCi se puede omitir. Sin embargo, la contribución de la incertidumbre de C puede no ser insignificante (véase el numeral C.6.3.1). Si solo está disponible un valor único o promediado de la densidad del aire, se puede aplicar la corrección por empuje mcrC, después de promediar. C.5.2 Diferencia promedio de la masa convencional - varias pesas de prueba Si se calibran varias pesas según el ciclo de pesaje AB1…BnA, la diferencia promedio de la masa para la pesa j se obtiene con la ecuación (C.5.1-4) reemplazando ΔIi por ΔIi(j) en la ecuación (C.5.1-2). C.5.3 Diferencia promedio de la masa convencional - varias series de mediciones Si hay varias series idénticas (J) de mediciones con valores promedio Δmcj y con desviaciones estándar aproximadamente iguales, el valor promedio de todas las mediciones es: Δm c = 1 J ∑ Δm j =1 j cj (C.5.3-1) C.5.3.1 Por lo común se realizan varias series de mediciones únicamente en la calibración de pesas clase E, cuando la reproducibilidad de los pesajes se debe investigar. C.5.4 Masa convencional de la pesa de prueba La masa convencional de la pesa de prueba se puede calcular con la fórmula: m ct = m cr + Δm c (C.5.4-1) 71 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) C.5.4.1 En la verificación, la masa convencional de la pesa de referencia no siempre se conoce. En este caso, se debería usar su valor nominal. C.6 CÁLCULOS DE LA INCERTIDUMBRE Los cálculos de la incertidumbre se basan en el documento GTC 51, Guía para la expresión de incertidumbre en las mediciones y European cooperation for Accreditation (EA) [35]. En las referencias [28, 29, 30, 31 y 36] los cálculos de incertidumbre se aplican para comparar masa. La incertidumbre se evalúa por medio del método tipo A o el tipo B. La evaluación tipo A se basa en un análisis estadístico de una serie de mediciones, mientras que la evaluación tipo B se basa en otro conocimiento. C.6.1 Incertidumbre estándar del proceso de pesaje, uw (Tipo A) La incertidumbre estándar del proceso de pesaje, uw (Δmc) es la desviación estándar de la diferencia de la masa. Para n ciclos de mediciones: uw Δmc = en donde s(Δmci) ( ) s (Δmci ) n (C.6.1-1) = se define mas adelante para los diversos tipos de pesas. C.6.1.1 Para las clases F2, M1, M2, y M3, se aplican con frecuencia los ciclos ABBA, ABA o AB1…BnA. Para estas clases de pesas, si la desviación estándar de las mediciones de la diferencia de la masa no se conoce a partir de datos históricos, se puede estimar como: s (Δmc ) = max (Δmci ) − min (Δmci ) 2x 3 (C.6.1-2) Desde n ≥ 3 ciclos de mediciones. La desviación estándar también se puede calcular como se describe en C.6.1.2. C.6.1.2 Para pesas clase E1, E1 y F1, la varianza de la diferencia de la masa, Δmc, del proceso de pesaje s2(Δmc), se estima a partir de n ciclos de mediciones mediante: s 2 (Δmc ) = 1 n −1 ∑ (Δmci − Δmc ) n i =1 2 (C.6.1-3) Con n-1 grados de libertad. C.6.1.3 Si sólo se hacen pocas mediciones, el estimado de s(Δmc) puede no ser confiable. Se debería usar un estimado combinado obtenido de mediciones previas hechas en condiciones similares (véase el numeral D.1.2). Si esto no es posible, n no debería ser inferior a 5. C.6.1.4 Cuando hay J series de mediciones (donde J > 1), la varianza de Δmc se calcula combinando las J series de modo que: s 2 (Δmc ) = 1 J ∑s j =1 j 2 j (Δmci ) (C.6.1-4) Con J (n-1) grados de libertad. NOTA El subíndice “j” se añade a s2j(Δmc) para diferenciar entre las desviaciones estándar para cada serie. 72 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) C.6.2 Incertidumbre de la pesa de referencia, u(mcr) (tipo B) La incertidumbre estándar, u(mcr),de la masa de la pesa de referencia se debe calcular a partir del certificado de calibración dividiendo la incertidumbre expandida dada, U, por el factor de cobertura, k (usualmente k = 2), y combinar con la incertidumbre debida a la inestabilidad de la masa de la pesa de referencia, uinst (mcr). u (mcr ) = ⎛U ⎞ 2 ⎜ ⎟ + uinst (mcr ) ⎝K⎠ 2 (C6.2-1) La incertidumbre debida a la inestabilidad de la pesa de referencia, uinst (mcr), se puede estimar a partir de los cambios de masa observados después de calibrar varias veces la pesa de referencia. Si no están disponibles los valores de calibración previa, la estimación de la incertidumbre se debe basar en la experiencia. C.6.2.1 Si se usa una pesa verificada clase F1 o de exactitud menor como pesa de referencia y tiene un certificado de conformidad OIML R 111 que no indica su masa ni incertidumbre, se puede estimar la incertidumbre a partir del error máximo permitido, δm de esa clase específica. u (mcr ) = δm 2 3 2 + uinst (mcr ) (C.6.2-2) C.6.2.2 Si se usa una combinación de pesas de referencia para la comparación de la masa y se conocen sus covarianzas, se puede asumir un coeficiente de correlación de 1 [37]. Esto llevará a la sumatoria lineal de las incertidumbres. u (mcr ) = ∑ u (m ) 1 cr i (C.6.2-3) Donde u (mcr i )es la incertidumbre estándar de la pesa de referencia i. Esto constituye un límite superior para la incertidumbre. C.6.3 Incertidumbre de la corrección por empuje del aire, ub (tipo B) La incertidumbre de la corrección por empuje del aire se puede calcular con la ecuación (C.6.3-1) [38]. ⎡ (ρ − ρ t ) ( )⎤ 2 = ⎢m cr r ub u ρa ⎥ ρr ρt ⎣ ⎦ 2 + [m cr (ρ a − ρ 0 )]2 u 2 (ρ t ) ρ t4 2 (ρ a − ρ 0 )[(ρ a − ρ 0 ) − 2 (ρ al − ρ 0 )] + m cr u 2 (ρ r ) 4 ρr (C.6.3-1) en donde: pal es la densidad del aire durante la calibración (previa) de la pesa de referencia mediante el usote una pesa de referencia de orden superior. Cuando se usa la ecuación (C.6.3-1) asegúrese de usar el mismo valor para la incertidumbre de la densidad de la pesa de referencia, u (pr), que se utilizó en el cálculo de la incertidumbre de la calibración previa. No se puede escoger una incertidumbre grande arbitrariamente. C.6.3.1 Incluso si la corrección por empuje del aire es insignificante (véase el numeral C.5.1.2), la contribución de la incertidumbre por efecto por empuje del aire de puede no serlo y se debe tomar en consideración si ub ≥ uc /3 (véase la ecuación (C.6.3.1)). C.6.3.2 Para las clases M1, M2, y M3, la incertidumbre debida a la corrección por empuje del aire es insignificante y usualmente se puede omitir. C.6.3.3 Para las clase F1 y F2, se deben conocer las densidades de las pesas con suficiente exactitud (véase la Tabla 5). 73 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) C.6.3.4 Si no se mide la densidad del aire y se utiliza el promedio de la densidad del aire del lugar, entonces la incertidumbre para la densidad del aire se debe estimar como: u (ρ a ) = 0.12 3 [Kg m ] −3 (C.6.3-2) Un valor inferior de incertidumbre se puede usar si se pueden suministrar datos que lo sustenten. A nivel del mar, se debe asumir que la densidad del aire es de 1,2 kg m-3. C.6.3.5 Para pesas clase E, se recomienda determinar la densidad del aire. Su incertidumbre generalmente se estima a partir de las incertidumbres para temperatura, presión y humedad del aire. Para la clase E1, la densidad del aire se puede calcular usando la fórmula CIPM (1981/91) [3] o una aproximación (véase el Anexo E). C.6.3.6 La varianza de la densidad del aire es: ⎞ ⎛ ∂ρ a ⎛ ∂ρ a ⎞ 2 u 2 (ρ a ) = u F +⎜ ⎟ + ⎜ ∂t u t ⎟ ⎜ ∂ρ u ρ ⎟ ⎝ ⎠ ⎠ ⎝ 2 2 ⎛ ∂ρ ⎞ + ⎜ a u hr ⎟ ⎝ ∂hr ⎠ 2 (C.6.3-3) Con una humedad relativa de hr = 0,5 (50 %), una temperatura de 20 ºC y una presión de 101 325 Pa se aplican aproximadamente los siguientes valores numéricos: uF = [incertidumbre de la fórmula usada] (para la fórmula CIPM: uF = 10-4 pa) ∂ρ a = 10 − 5 ρ a Pa − 1 ∂ρ ∂ρ a = − 3.4 x 10 − 3 K − 1 ρ a ∂t ∂ρ a = − 10 − 2 ρ a ∂hr en donde hr = humedad relativa, como una fracción. C.6.3.7 La densidad de la pesa de referencia, ρr y su incertidumbre se deberían conocer por sus certificados de calibración. C.6.3.8 Para pesas clase E2, la densidad, pt, no siempre se conoce, de modo que se debe medir o tomar de la Tabla B.7 en el numeral B.7.9.3. C.6.4 Incertidumbre de la balanza, uba, (Tipo B) C.6.4.1 Incertidumbre debida a las balanzas y los comparadores de masa El enfoque recomendado para determinar este componente es ensayar las balanzas y los comparadores de masa a intervalos de tiempo razonables y usar los resultados de la prueba en los cálculos de la incertidumbre. Al calibrar pesas clase E1, se recomienda realizar varias mediciones de prueba en diferentes momentos con el fin de garantizar que existe suficiente información sobre la incertidumbre en el momento de la medición. 74 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) C.6.4.2 Incertidumbre debida a la sensibilidad de la balanza Si la balanza se calibra con una pesa (o pesas) de sensibilidad de masa ms, y con incertidumbre estándar u (ms), la contribución de la incertidumbre debida a la sensibilidad es: 2 = Δm c us ⎜u ( )2 ⎛ ⎜ ⎝ 2 (m 2 ) 2 ms + u2 ⎞ ⎟ 2 ⎟ ΔI s ⎠ (C.6.4-1) en donde ΔIs = es el cambio en la indicación de la balanza debido a la pesa de sensibilidad, U (ΔIs) = es la incertidumbre de ΔIs, Δmc = es la diferencia de masa promedio entre la pesa de prueba y la de referencia. Si la sensibilidad no es constante en el tiempo, la temperatura y la carga, su variación se debe incluir en la incertidumbre. C.6.4.3 Incertidumbre debida a la resolución de la pantalla de un abalanza digital Para una balanza digital con intervalo de escala, d, la incertidumbre debida a la resolución. ⎛d / 2⎞ ⎟ ud = ⎜ ⎜ 3 ⎟ x ⎠ ⎝ 2 (C.6.4-2) El factor √2 proviene de dos lecturas, una con la pesa de referencia y otra con la de prueba. C.6.4.4 Incertidumbre debida a la carga excéntrica Si se sabe que esta contribución es significativa, se debe estimar la magnitud y, si es necesario, se debe incluir la contribución en el paquete de incertidumbre. C.6.4.4.1 Solución aceptable para la incertidumbre debida ala excentricidad d1 xD d2 2x 3 uE = (C.6.4-3) en donde D d1 d2 es la diferencia entre los valores máximo y mínimo de la prueba de excentricidad realizada según OIML R 76-2, es la distancia estimada entre los centros de las pesas, ésta se conoce es la distancia desde el centro del receptor de la carga hasta una de las esquinas. En la mayoría de los casos, la contribución a la incertidumbre uE ya está cubierta por la incertidumbre uw del proceso de pesaje (véase el numeral 6.1) y se puede omitir. C.6.4.4.2 Cuando se emplean balanzas con mecanismo automático de intercambio de pesas, la diferencia de indicación, ΔI, entre las dos pesas puede ser diferente cuando se cambian las posiciones: ΔI1 ≠ ΔI2. Esto se puede interpretar como un error de carga excéntrica y se debería estimar la incertidumbre correspondiente con la ecuación (C.6.4-4). Esta contribución de incertidumbre se aplica si se conocen mediciones de intercambio realizadas previamente con pesas del mismo valor nominal. Cuando el intercambio se hace durante el procedimiento de calibración, el promedio de las dos diferencias de indicación se debe tomar como el resultado del pesaje y uE se puede omitir. 75 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) uE = ΔI 1 − ΔI 2 2 (C.6.4-4) NOTA La ecuación (C.6.4-4) se basa en la misma información matemática que la ecuación (15) y la nota 6 de OIML D 28. C.6.4.5 Incertidumbre debida al magnetismo, uma Si una pesa tiene susceptibilidad magnética alta y / o está magnetizada, la interacción magnética a menudo se puede reducir colocando un separador no magnético entre la pesa y el receptor de la carga. Si las pesas satisfacen los requisitos de esta norma, se puede asumir que la incertidumbre debida al magnetismo, uma, es cero. C.6.4.6 Incertidumbre estándar combinada para la balanza, uba Los componentes de la incertidumbre se suman cuadráticamente como sigue: 2 2 2 2 u ba = u s + ud + uE + u ma (C.6.4-5) C.6.5 Incertidumbre expandida, U (mct) La incertidumbre estándar combinada de la masa convencional de la pesa de prueba está dada por la ecuación: u c (m ct ) = 2 2 2 uw Δm c + u 2 (m cr ) + u b + u ba ( ) (C.6.5-1) Si no se aplica la corrección de la flotación, mcrC, (C.5.1.2), se debe adicionar la contribución correspondiente por el empuje del aire a la incertidumbre combinada adicionalmente a ub (véase la ecuación (15) Nota 6 en [3]): 2 2 2 u c (m ct ) = u w Δm c + u 2 (m cr ) + u b + (m cr C )2 + u ba ( ) (C.6.5-2) La incertidumbre expandida, U, de la masa convencional de la pesa de prueba es: U (mct ) = K uc (mct ) (C.6.5-3) C.6.5.1 Por lo general se debe usar el factor de cobertura, k = 2. Sin embargo, si no se conoce la desviación estándar combinada del proceso de pesaje y la cantidad de mediciones no se puede incrementar razonablemente hasta 10 (como para las pesas muy grandes y los procesos de pesaje prolongados), y la incertidumbre, uw ( Δm ) es el componente dominante en el análisis de la incertidumbre, es decir, uw ( Δm ) > uc(mt) / 2, entonces el factor de cobertura, k, se debe calcular en la distribución t asumiendo un nivel de confianza de 95,5 % y los grados de libertad eficaz, v eff, (calculados según la fórmula) Welch-Satterthwaite [35]). El factor de cobertura, k, para los grados de libertad efectivos, v eff, se indica en la Tabla C.4. Si se puede asumir q ue los estimados de incertidumbre tipo B son conservadores con grados infinitos de libertad, la fórmula es: v eff = (n − 1) x 4 uw Δmc 4 (mct ) uc ( ) (C.6.5-4) Para más detalles, véase [8]. Tabla C.4. Factor de cobertura, k, para diferentes grados de libertad eficaces, v eff. v eff k 1 13,97 2 4,53 3 3.31 4 2.87 5 2,65 6 2,52 8 2.37 10 2,28 20 2.13 ∞ 2,00 76 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) ANEXO D (Informativo) CONTROL ESTADÍSTICO D.1 PATRÓN DE VERIFICACIÓN D.1.1 Un patrón de verificación es, por lo general, una pesa del mismo tipo y masa nominal de la pesa de prueba que se va a calibrar y se incluye en el diseño de pesaje como una pesa “desconocida”. El procedimiento de control funciona mejor con diseños de pesaje en los que la pesa de verificación se puede incorporar fácilmente en el diseño como una pesa desconocida. Por ejemplo, para pesas de prueba con denominaciones 5, 2, 2, 1 se debería incluir un patrón de verificación de denominación “1” en el diseño de pesaje de forma que la pesa que se va a calibrar sea 5, 2, 2, 1, para pesas de kilogramos que se calibran frente a dos kilogramos de referencia en un diseño 1, 1, 1, 1, el patrón de verificación (véase el numeral 2.5) puede ser la diferencia entre los dos kilogramos de referencia. D.1.2 El propósito del patrón de verificación es garantizar la calidad de las calibraciones individuales. Para este propósito se requiere una historia de valores sobre el patrón de verificación. El valor aceptado de la diferencia de masa, m diff, para el patrón de verificación (usualmente un promedio) se calcula a partir de los datos históricos y se basa en 10 - 15 mediciones como mínimo. El valor del patrón de verificación para cualquier calibración nueva m diff se prueba para determinar concordancia con el valor aceptado usando una técnica de control estadístico. La prueba se basa en la estadística t: t = m diff − m diff S (D.1.2-1) en donde S es la desviación estándar de n valores históricos, que se estima con v = n -1 grados de libertad mediante: S = 1 n −1 ∑ (m n i =1 diffi −m diff )2 (D.1.2-2) El proceso de calibración se considera bajo control si: t ≤ valor crítico de la distribución t de estudiante con v grados de libertad D.1.3 Los valores críticos, que dependen de los grados de libertad en S, se presentan en la Tabla D.1 para la prueba de dos colas en el nivel de significado α = 0,05. Si los grados de libertad son grandes (> 15) se acepta usar el factor 2 en lugar del valor crítico de la tabla. Si se considera que la calibración no está bajo control en la prueba t, entonces se debe investigar la causa y corregirla antes de poder informar los resultados de la calibración. Esta prueba es útil para determinar anomalías o cambios abruptos en el significado del proceso, incluyendo cambios en el valor de la pesa de referencia, del orden de dos o más desviaciones estándar. No es efectivo para proteger contra cambios pequeños del orden de media a una desviación estándar ni contra derivas graduales. D.1.4 El valor aceptado del patrón de referencia se actualiza a medida que los datos en él se acumulan. Se pueden seguir varios enfoques, sin embargo, los datos siempre se deberían graficar 77 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) y examinar para determinar la deriva o cambio. El valor del patrón de verificación ha cambiado del valor “antiguo” m diff, a un valor “nuevo” m diff, con base en las 10 - 15 mediciones más recientes, si: t= m diff −m ´ diff 2 s old s2 − new J K > tα / 2 ( v ) (D.1.4-1) Donde J y K son el número de las mediciones “antigua” y “nueva” respectivamente, y v = J + K -2. D.2 PRECISIÓN DE LA BALANZA La precisión de la balanza se puede monitorear usando una técnica de control estadístico. La desviación estándar residual del diseño de pesaje o una desviación estándar de mediciones repetidas en una sola pesa es la base para la prueba. De nuevo, la prueba depende de una historia previa de desviaciones estándar de la misma balanza. Si hay m desviaciones estándar, s1, , sm, provenientes de datos históricos, una desviación estándar combinada: sp = 1 m ∑s 2 i (D.2-1) es el mejor estimado de la desviación estándar de la balanza. La ecuación anterior asume que la desviación estándar individual tiene v grados de libertad, en cuyo caso la desviación estándar combinada tiene m⋅v grados de libertad. Para cada diseño nuevo o serie de mediciones, la desviación estándar residual, snew, se puede probar frente al valor combinado. La estadística de la prueba es: F= 2 s new s2 p (D.2-2) D.2.1 Normalmente, sólo se evalua la degradación en la precisión. La precisión de la balanza se considera bajo control si: F valor crítico de la distribución F Con v grados de liberta para snew, y m⋅v grados de libertad para sp. Los valores críticos de F para una prueba de una cola en el nivel de confianza de α = 0,05 se indican en la Tabla D.2. Si se considera que se ha degradado la desviación estándar, entonces se debe investigar la causa y corregirla. Tabla D.1. Valores críticos de la distribución t de estudiante para una prueba de dos colas con α = 0,05 v 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 NOTA Valor v crítico 11 12,706 12 4,303 13 3,182 14 2,776 15 2,571 16 2,447 17 2,365 18 2,306 19 2,262 20 2,228 V grados de libertad Valor crítico 2,201 2,179 2,160 2,145 2,131 2,120 2,110 2,101 2,093 2,086 v 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Valor crítico 2,080 2,074 2,069 2,064 2,060 2,056 2,052 2,048 2,045 2,042 v 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Valor crítico 2,040 2,037 2,035 2,032 2,030 2,028 2,026 2,024 2,023 2,021 v 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Valor crítico 2,020 2,018 2,017 2,015 2,014 2,013 2,012 2,011 2,010 2,009 78 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Tabla D.2. Valores críticos de la distribución F para una prueba de una cola en que snew (v grados de libertad) no excede sp (m⋅v1, v) en un nivel de significado de α = 0,05 F (α, v, v⋅m) α = 0,05 m 1 2 3 4 5 v 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 40 50 60 70 80 90 100 161,448 18,513 10,128 7,709 6,608 5,987 5,591 5,318 5,117 4,965 4,844 4,747 4,667 4,600 4,543 4,494 4,451 4,414 4,381 4,351 4,171 4,085 4,034 4,001 3,978 3,960 3,947 3,936 3,841 19,000 6,944 5,143 4,459 4,103 3,885 3,739 3,634 3,555 3,493 3,443 3,403 3,369 3,340 3,316 3,295 3,276 3,259 3,245 3,232 3,150 3,111 3,087 3,072 3,061 3,053 3,046 3,041 2,996 9,277 4,757 3,863 3,490 3,287 3,160 3,072 3,009 2,960 2,922 2,892 2,866 2,845 2,827 2,812 2,798 2,786 2,776 2,766 2,758 2,706 2,680 2,665 2,655 2,648 2,642 2,638 2,635 2,605 6,388 3,838 3,259 3,007 2,866 2,776 2,714 2,668 2,634 2,606 2,584 2,565 2,550 2,537 2,525 2,515 2,507 2,499 2,492 2,486 2,447 2,428 2,417 2,409 2,404 2,400 2,397 2,394 2,372 5,050 3,326 2,901 2,711 2,603 2,534 2,485 2,449 2,422 2,400 2,383 2,368 2,356 2,346 2,337 2,329 2,322 2,316 2,310 2,305 2,274 2,259 2,250 2,244 2,240 2,237 2,234 2,232 2,214 4,284 2,996 2,661 2,508 2,421 2,364 2,324 2,295 2,272 2,254 2,239 2,227 2,217 2,209 2,201 2,195 2,189 2,184 2,179 2,175 2,149 2,136 2,129 2,124 2,120 2,117 2,115 2,114 2,099 3,787 2,764 2,488 2,359 2,285 2,237 2,203 2,178 2,159 2,143 2,131 2,121 2,112 2,104 2,098 2,092 2,087 2,083 2,079 2,076 2,053 2,042 2,036 2,031 2,028 2,026 2,024 2,023 2,010 3,438 2,591 2,355 2,244 2,180 2,138 2,109 2,087 2,070 2,056 2,045 2,036 2,029 2,022 2,016 2,011 2,007 2,003 2,000 1,997 1,977 1,967 1,962 1,958 1,955 1,953 1,951 1,950 1,938 3,179 2,456 2,250 2,153 2,096 2,059 2,032 2,013 1,998 1,986 1,976 1,968 1,961 1,955 1,950 1,945 1,942 1,938 1,935 1,932 1,915 1,906 1,901 1,897 1,895 1,893 1,891 1,890 1,880 2,978 2,348 2,165 2,077 2,026 1,993 1,969 1,951 1,938 1,927 1,918 1,910 1,904 1,899 1,894 1,890 1887 1,884 1,881 1,878 1,862 1,854 1,850 1,846 1,844 1,843 1,841 1,840 1,831 ∞ 79 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) ANEXO E (Informativo) FÓRMULA CIPM Y UNA FÓRMULA DE APROXIMACIÓN E.1 FÓRMULA CIPM En 1981, el Comité Internacional des Poids et Mesures (CIPM) [39] recomendó el uso de la siguiente ecuación para determinar, ρa, la densidad del aire húmedo: ρa = en donde p Ma Z R T xv Mv pM a ZRT ⎡ ⎛ Mv ⎢1 − x v ⎜ ⎜1 − M ⎢ a ⎝ ⎣ ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟ ⎠⎥ ⎦ (E.1-1) = = = = = = = presión masa molar del aire seco compresibilidad constante de molar de los gases temperatura termodinámica usando ITS-90 fracción mol del vapor de agua masa molar del agua Esta fórmula se conoció como la ecuación CIPM-81. Desde su publicación en 1981, ha habido varios cambios en el valor recomendado de las constantes usadas. La fórmula se denomina ahora como la ecuación “1981/91” para la determinación de la densidad del aire húmedo o sólo como la “ecuación 1981/91” después que la reunión del Consultative Comité for Mass (CCM) enmendó varias de las constantes usadas en la fórmula. E.2 CONSTANTES E.2.1 Masa molar del aire seco, Ma La masa molar del aire seco, Ma, se puede calcular usando xco2 como la fracción mol del dióxido de carbono, así. M a = 28.9635 + 12.011 x co2 − 0.0004 < 10 −3 Kg mol −1 Tabla E.1. valor recomendado para Ma/R con xco2 = 0,000 4 Constante Ma/R Valor recomendado 1991 Unidades [ ( )] (E.2.1-1) 3,483 49 10-3 kg KJ-1 E.2.2 Fracción mol del vapor de agua, xv La fracción mol del vapor de agua, xv, que es una función de la humedad relativa, hr, o la temperatura del punto de condensación, tr, un factor de realce, f, y la presión del vapor de saturación del aire húmedo, psv, está dada por: 80 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA x v = (hr ) f ( p ,t ) NTC 1848 (Segunda actualización) p sv (t ) p (t ) = f ( p ,t r ) av r p p (E.2.2-1) en donde hr p t psv(t) tr = = = = = humedad relativa expresada como una fracción presión temperatura en grados Celsius presión de vapor de saturación del aire húmedo temperatura del punto de condensación E.2.2.1 La presión de vapor de saturación del aire, psv, se puede calcular así: D⎞ ⎛ PSV = 1 Pa x exp ⎜ AT 2 + BT + C + ⎟ T⎠ ⎝ (E.2.2-2) en donde A, B, C, y D = son parámetros constantes de presión de vapor en saturación. Los valores recomendados son los siguientes: Tabla E.2. Valores recomendados para las constantes A, B, C, y D Constante A B C D Valor recomendado 1991 1,237 884 7 -1,912 131 6 33,937 110 47 -6,343 164 5 Unidades 10-5 k-2 10-2 k-1 103 k E.2.2.2 Factor de realce, f El factor de realce, f, es una función de tres constantes (α, β, γ) y la temperatura, t, en grados Celsius. Este factor se puede calcular así: f = α + βρ + γt 2 (E.2.2-3) Tabla E.3. Valores recomendados para las constantes α, β, γ Constante α β γ Valor recomendado 1991 1.000 62 3.14 5.6 Unidades 10-8 Pa-1 10-7 K-2 E.2.3 factor de compresibilidad, Z El factor de compresibilidad, Z, se puede calcular usando la siguiente ecuación: Z = 1− P P2 2 2 a0 + a1 t + a2t 2 + (b0 + b1t )xv + (c0 + c1 t )xv + 2 d + exv T T [ ] ( ) (E.2.3-1) 81 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) Tabla E.4. Valores recomendados para las constantes ao, a1, a2, bo, b1, co, c1, d, e Constante a0 a1 a2 b0 b1 c0 c1 d e Valor recomendado 1991 1.581 23 -2.933 1 1.104 3 5.707 -2.051 1.989 8 -2.376 1.83 -0.765 Unidades 10-6 KPa-1 10-8 Pa-1 10-10 K-1Pa-1 10-6 KPa-1 10-8 Pa-1 10-4 KPa-1 10-6 Pa-1 10-11 K2 Pa-2 10-8 K2 Pa-2 E.3 FÓRMULA DE APROXIMACIÓN PARA LA DENSIDAD DEL AIRE La fórmula más exacta para la densidad de aire es la fórmula CIPM (1982/91) [39]. También se puede usar una fórmula de aproximación: ρa = en donde la densidad del aire, pa, se obtiene en kg m-3, la presión, p, se da en mbar o hPa, la humedad relativa, hr, se expresa en porcentaje, la temperatura, t, en ºC. 0,348 48 ρ − 0,009 (hr ) x exp (0,061t ) 273,15 + t (E.3-1) La ecuación (E.3-1) tiene una incertidumbre relativa de 2 x 10-4 en el rango 900 hPa < p < 1 100 hPa, 10 ºC < t < 30 ºC y hr < 80 %. Para pesas clase E1, la densidad del aire siempre se debería determinar con base en las mediciones correspondientes. Sin embargo, la siguiente ecuación de aproximación es una forma de estimar la densidad del aire en los laboratorios que no tienen medios para determinar la densidad de aire en el lugar. La altura por encima del nivel del mar siempre se conoce. Por lo tanto, si no se mide la densidad del aire, ésta se debería calcular como un valor medio para el lugar del laboratorio así: ρ a = ρ 0 x exp ⎜ ⎜ en donde po po g h ⎛ − ρ0 ⎝ ρ0 ⎞ gh ⎟ ⎟ ⎠ (E.3-2) = = = = 101 325 Pa, 1,2 kg m-3, 9,81 ms-2, altura por encima del nivel del mar expresada en metros. 82 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 1848 (Segunda actualización) REFERENCIAS [1] [2] [3] [4] [5] [6] Internacional Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology (VIM) (1993), ISO. Internacional Vocabulary of Terms in Legal Metrology (VIML) (2000), OIML. OIML D28, Conventional Value of the Result of Weighing in Air (2004) (D28 se publicó previamente como OIML R 33). ISO 4287:1997, Geometrical Product Specifications (GPS). 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