INSTITUTO TECNOLÓGICO

DE MÉRIDA.

Ingeniería mecánica.

Instrumentación y control.

Practica: Calibración de báscula.

Br. Nadal Basto Omar Rafael.

Ing. Emiliano Canto Quintal

Grupo: 6MR

Mérida, Yucatán, México a de 9 Diciembre del 2013

Introducción:

La calibración de los instrumentos permite conocer la desviación de la medición y la

confiabilidad del mismo.

Los resultados de análisis dependen en gran medida del estado de funcionamiento del equipo

utilizado, los responsables del laboratorio de Control de Calidad y Aseguramiento de la Calidad

saben la importancia que tiene realizar la calibración analítica de éste ya que es una herramienta

fundamental dentro del proceso de medición la cual permitirá realizar la validación del método

mediante estudios de repetitividad y Reproducibilidad.

En esta práctica se puede encontrar el procedimiento por el cual un instrumento y en específico,

como una báscula puede ser calibrada así mismo generando un certificado de calibración

detallando todas las características de este mismo instrumento de medición.

Objetivo:

Aprender a hacer mediciones con la báscula.

Aprender a calibrar la báscula.

Aplicar los conocimientos adquiridos en clase acerca de la calibración de instrumentos como

son: exactitud, error, desviación máxima, desviación mínima, etc.

Practicar el método estadístico en la báscula.

Obtener la recta óptima.

La báscula (del francés bascule) es un aparato que sirve para pesar;1 esto es, para determinar el

peso (básculas con muelle elástico), o la masa de los cuerpos (básculas con contrapeso).2

Normalmente una báscula tiene una plataforma horizontal sobre la que se coloca el objeto que

se quiere pesar. Dado que, a diferencia de una romana, no es necesario colgar el objeto a medir

de ganchos ni platos, resulta más fácil pesar cuerpos grandes y pesados encima de la plataforma,

lo que hizo posible construir básculas con una capacidad de peso muy grande, como las

utilizadas para pesar camiones de gran tonelaje.

Principal funcion de un informe de calibración.

La principal funcion de un informe de calibración es impactar sobre el proceso de producción

de bienes o servicios, asegurando la calidad del mismo.

Con estos documentos aseguramos que:

Se pueda definir el uso o el no uso de los instrumentos de medición a través del análisis

de los valores de las medidas materializadas declaradas en cada informe.

Con estos resultados determinamos si son idóneos estos instrumentos para procesos

concretos en nuestras líneas de producción.

Principios de funcionamiento.

Actualmente existen dos tipos de básculas: mecánicas y electrónicas.

En el caso de las básculas mecánicas, las mismas pueden ser por contrapeso o con muelle

elástico.

Las básculas con contrapeso actúan por medio de un mecanismo de palancas. Ese mecanismo

de palancas transforma la fuerza correspondiente al peso del objeto a medir en un momento de

fuerzas, que se equilibra mediante el desplazamiento de un pilón a lo largo de una barra

graduada, donde se lee el peso de la masa. El principio de funcionamiento de estas básculas es

similar al de una romana o una balanza, comparando masas, mediante una medición indirecta a

través del peso.

Básculas con muelle elástico. Los avances en las técnicas de pesado, han hecho desaparecer

prácticamente las básculas de palanca con contrapeso, y ahora se usan básculas con muelle

elástico, basadas en la deformación elástica de un resorte que soporta la acción gravitatoria del

peso del objeto a medir, en lugar de realizar una comparación de masas. Por esta razón,

actualmente el nombre báscula se aplica también a toda una serie de sistemas de pesada basados

en la gravedad, del tipo dinamómetro.

Al funcionar por muelle elástico, estas básculas miden la fuerza ejercida por un objeto sujeto a

la fuerza de gravedad, es decir, el peso. Sin embargo, el peso (P) y la masa (m) están

relacionados por la siguiente relación:

P = m / g

Dónde P es el peso, m es la masa y g es la intensidad del campo gravitatorio o aceleración de la

gravedad. Esta relación permite calcular la masa, ya que si la intensidad gravitatoria es

constante, entonces la masa es directamente proporcional al peso.

Básculas electrónicas. Con el tiempo las básculas han evolucionado mucho y hoy día ya

funcionan con métodos y sistemas electrónicos, mostrando en una pantalla de fácil lectura la

masa del objeto que se pesa. Las básculas electrónicas utilizan sensores conocidos como célula

de carga o celda de carga. Las celdas de carga convencionales consisten en una pieza de metal

a la que se adhieren galgas extensométricas. Estas galgas cambian su resistencia eléctrica al

traccionarse o comprimirse cuando se deforma la pieza metálica que soporta el peso del objeto.

Por tanto, miden peso. El metal se calcula para que trabaje en su zona elástica; esto es lo que

define la operatividad de una celda. El ajuste de las resistencias se hace con un puente de

Wheatstone, de modo que al alimentarse con un voltaje entregan una salida de voltaje

proporcional a la fuerza aplicada en el metal (en el orden de milivoltios). Asimismo se utilizan

filtros electrónicos de pasa bajo para disminuir el efecto de las perturbaciones de alta frecuencia.

Cuando la celda se somete a esfuerzos por encima de su capacidad, el metal del cuerpo de la

celda pasa a una zona inelástica, adquiriendo deformaciones plásticas o permanentes y ya no

regresa a su estado inicial. Antes de llegar a la zona plástica, se sale de la zona de elasticidad

lineal, dando lugar a que las deformaciones no sean proporcionales a la fuerza que soporta la

célula de carga y, en consecuencia, la salida de voltaje no varíe de manera lineal a la deformación

de la pieza metálica y la célula de carga no funcione correctamente. Para evitar esto, los

fabricantes colocan tornillos ajustables para limitar el movimiento de la plataforma de la báscula

de manera que la celda no se flexione más allá de su rango de funcionamiento.

Calibración. En estas básculas que miden peso mediante la deformación de un elemento elástico,

la masa indicada es una medida indirecta que resulta de evaluar el esfuerzo correspondiente al

peso del objeto. Tienen que calibrarse periódicamente y cuando son trasladadas, debido a las

variaciones en la intensidad gravitatoria de unos lugares a otros. La calibración se hace por

comparación con pesas patrones que a su vez estén calibradas con mayor precisión que la

correspondiente a la balanza a calibrar según un sistema internacional de trazabilidad y

certificación.

Materiales a utilizar.

Bascula.

Pesas patrón.

Patrón

400 Gramos

800 Gramos

1,200 Gramos

1,600 Gramos

2,000 Gramos

2,400 Gramos

2,800 Gramos

3,200 Gramos

3,600 Gramos

4,000 Gramos

Tabla 1 pesos patrón

Metodología de calibración para la báscula.

1. Limpiar el área de trabajo en caso de no contar con un área específica.

2. Instalar la báscula en caso de contar con partes separadas.

3. Si la báscula cuenta con su propio ajuste, verificar que este indique ceros.

4. Poner las pesas patrón antes ya mencionadas sobre la báscula.

5. Tomar la medición que la báscula marque y ser lo más objetivo al dictaminar el valor

leído.

6. Iniciar con un peso de 400 Gramos

7. Repetir este proceso con las demás pesas en 10 lecturas sumando las escalas de 400

gramos en 400 gramos hasta llegar a 4 kilogramos.

8. Anotar todos los valores medidos en el trascurso de la calibración.

9. Reportar los datos obtenidos.

Presentación de los resultados.

Lecturas obtenidas.

Valor

real o

patrón

(Gramos)

Valor medido en Kg

lectura

1

lectura

2

lectura

3

lectura

4

lectura

5

lectura

6

lectura

7

lectura

8

lectura

9

lectura

10

1 400

Gramos 400 398 400 400 400 400 400 400 400 400

2 800

Gramos 810 802 812 803 802 805 808 802 803 803

3 1,200

Gramos 1220 1220 1220 1218 1218 1220 1220 1220 1220 1220

4 1,600

Gramos 1622 1620 1620 1620 1620 1620 1622 1620 1620 1620

5 2,000

Gramos 2000 2000 2020 2002 2003 2010 2000 2002 2002 2008

6 2,400

Gramos 2400 2402 2422 2410 2420 2420 2420 2420 2405 2420

7 2,800

Gramos 2820 2818 2830 2820 2823 2835 2822 2821 2820 2822

8 3,200

Gramos 3220 3220 3235 3220 3228 3238 3240 3223 3225 3225

9 3,600

Gramos 3625 3620 3640 3620 3628 3640 3640 3625 3638 3638

10 4,000

Gramos 4000 4004 4012 4000 4018 4005 4022 4020 4000 4005

Tabla 2 Lecturas medidas en la báscula

Parámetros estadísticos.

Promedio Moda Mediana Error

Máximo

Error

mínimo Sesgo

Desviación

estándar o

Precisión

1 399.800 400.000 400.000 0.000 -2.000 -0.200 0.632

2 805.000 802.000 803.000 12.000 2.000 5.000 3.682

3 1219.600 1220.000 1220.000 20.000 18.000 19.600 0.843

4 1620.400 1620.000 1620.000 22.000 20.000 20.400 0.843

5 2004.700 2000.000 2002.000 20.000 0.000 4.700 6.360

6 2413.900 2420.000 2420.000 22.000 0.000 13.900 8.698

7 2823.100 2820.000 2821.500 35.000 18.000 23.100 5.280

8 3227.400 3220.000 3225.000 40.000 20.000 27.400 7.633

9 3631.400 3640.000 3633.000 40.000 20.000 31.400 8.579

10 4008.600 4000.000 4005.000 22.000 0.000 8.600 8.682

Tabla 3 Parámetros estadísticos

Recta promedio.

x y

400 399.800

800 805.000

1,200 1,219.600

1,600 1,620.400

2,000 2,004.700

2,400 2,413.900

2,800 2,823.100

3,200 3,227.400

3,600 3,631.400

4,000 4,008.600

Tabla 4 Recta promedio

Tabla 5 Recta promedio

y = 1.00x + 4.71R² = 1.00

0.000

500.000

1,000.000

1,500.000

2,000.000

2,500.000

3,000.000

3,500.000

4,000.000

4,500.000

0.000 500.000 1,000.000 1,500.000 2,000.000 2,500.000 3,000.000 3,500.000 4,000.000 4,500.000

Recta Promedio

Recta óptima.

Usando el ajuste de los mínimos cuadrados en Excel obtenemos que

m = 1

b = 4.71

Y aplicando la ecuación de la pendiente y = mx + b

Recta óptima

x y

400 404.710

800 804.710

1,200 1,204.710

1,600 1,604.710

2,000 2,004.710

2,400 2,404.710

2,800 2,804.710

3,200 3,204.710

3,600 3,604.710

4,000 4,004.710

Tabla 6 Recta óptima

Tabla 7 Representación de la recta óptima

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Recta óptima

La incertidumbre:

La incertidumbre es un índice de la calidad de la medida, la relación entre la

calidad y la incertidumbre en inversamente proporcional, si la magnitud de la

incertidumbre baja la calidad de la medida es mayor y viceversa.

Calculo de la incertidumbre.

Desviación estándar combinada

𝑠𝑝=

√𝑠1 + 𝑠2 …2

𝑛

𝑠𝑝= 16.40

Incertidumbre expandida.

𝑈𝐴= 10.372

Incertidumbre de resolución.

𝑈𝑟𝑒𝑠=

𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛

2√3=

𝑈𝑟𝑒𝑠=

2

2√3= .5773

Incertidumbre del patrón.

𝑢𝑐=

𝑈𝑐𝑒𝑟𝑐𝑎𝑏 2

= 0.03

2= .015

Incertidumbre combinada.

Uc = √(10.372)2 + (. 5773)2 + (. 015)2 = ± 10. 388

Realizo: ____________________ Aprobó: ____________________

Br. Omar Rafael Nadal Basto Ing. Emiliano Canto Quintal

CERTIFICADO DE CALIBRACIÓN.

FECHA DE RECEPCION: 3/10/2013 HORA: 10:00 a.m.

FECHA DE CALIBRACION: 4/10/2013 HORA: 9:51 a.m.

FECHA DE EMISIÓN: 5/10/2013 HORA: 12:00 p.m.

DATOS DEL INSTRUMENTO

NOMBRE: BÁSCULA PARA COCINA

MARCA: RESOLUCIÓN: 2

MODELO: CAPACIDAD: 5Kg

NO. DE SERIE: ---------- GRADUCAIÓN: 40g

DATOS DE LA CALIBRACIÓN

REALIZADO EN: laboratorio de Ing. Mecánica TEMPERATURA: 22 °C

ENCARGADO: Br. Omar Rafael Nadal Basto PRESION ATM: 1.012,22 mBar

SUPERVISOR: Ing. Emiliano Canto Quintal INCERTIDUMBRE: ± 10.388

METODO: Comparación directa

DESCRIPCIÓN DE PATRONES UTILIZADOS.

DESCRIPCION: pesas realizadas en el Instituto Tecnológico de Mérida

MARCA: --------------

MODELO: ------------

RESOLUCION: ------

INCERTIDUMBRE: ±.03

Resultados.

Incertidumbre combinada.

Uc = √(10.372)2 + (. 5773)2 + (. 015)2 = ± 10.388

Observaciones:

Se reporta una incertidumbre del ± 10.38 lo cual da una veracidad del 89.61 % de credibilidad

al instrumento, claro que queda bajo criterio del cliente.

Los datos de lectura fueron basados en 10 repeticiones a 10 diferentes puntos de la escala de la

báscula, cubriendo por consiguiente toda la escala de la báscula para poder generar un mejor

informe que sea precisó y exacto.

Se reporta la tabla de la recta óptima del instrumento calibrado.

Recta óptima

400 404.710

800 804.710

1,200 1,204.710

1,600 1,604.710

2,000 2,004.710

2,400 2,404.710

2,800 2,804.710

3,200 3,204.710

3,600 3,604.710

4,000 4,004.710

Y se reporta de igual forma la recta óptima.

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

4,500

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Recta óptima

Imágenes:

Ilustración 1 Básculas y pesas patrón

Ilustración 2 Lectura de la báscula

Ilustración 3 Báscula cargada con peso

Bibliografía:

http://listado.mercadolibre.com.mx/5-b%C3%A1sculas-digitales-peque%C3%B1as-lcd-5kg-%2F-1gr-

alta-precisi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/B%C3%A1scula

http://es.wikipedia.org/wiki/Peso

http://es.wikipedia.org/wiki/Masa