Por: Ana Sofía Padilla Alva
El haber metrológico, sin duda tiene un papel fundamental en la industria, pues nos ayuda a garantizar procesos y productos de calidad y así satisfacer las necesidades del cliente de manera correcta, procurando las mejores condiciones posibles.
La metrología estudia diferentes magnitudes, de las cuales se auxilia también para la elaboración de distintos procesos como lo son las calibraciones. Es el caso de la magnitud de masa.
En este artículo hablaremos acerca de la magnitud de masa, pero específicamente dedicaremos gran tiempo a las pesas, sus clasificaciones, materiales, funciones, etc.
Magnitud de masa
Como sabemos el Sistema Internacional de Unidades (SI) está conformado por 7 unidades de base: segundo, kilogramo, metro, candela, Ampere, Kelvin y mol.
Estas unidades de base corresponden a su vez a magnitudes fundamentales que rigen este sistema como lo es la temperatura, longitud, tiempo, intensidad luminosa, corriente eléctrica, cantidad de materia y masa, magnitud que nos compete en este artículo.
Masa, como aprendimos en física en nuestros días escolares, corresponde a la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. Y como ya hemos visto, su unidad fundamental designada por el SI es el kilogramo.
La definición el kilogramo ha variado a lo largo del tiempo, pues estas medidas resultan de convenciones entre grandes científicos.
La definición actual del kilogramo se define al fijar el valor numérico de la constante de Planck, como 6.626 070 15 × 10−34 expresado en J·s (julios por segundo), unidad igual a kg·m²·s−1, donde el metro y el segundo se definen en función de c (velocidad de la luz en el vacío) y ΔνCs (duración del segundo atómico).
Sin embargo, esta definición realmente fue adoptada hace algunos años siendo precedida por una definición basada en un patrón físico llamado el gran K o Prototipo Internacional del Kilogramo, el cual se encuentra depositado desde 1889 en el Bureau Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) y es un artefacto cilíndrico, con 39 mm de altura y diámetro, fabricado en 90 % de platino y 10 % de iridio, con una densidad aproximada de 21 500 kg/m3
Todas estas definiciones nos llevan a las pesas las cuales, según la Norma Oficial Mexicana NOM-038-SCFI-2000, Pesas de clases de exactitud E1, E2, F1, F2, M1, M2 y M3, define como: Medida materializada de una masa, regulada en relación con sus características físicas y metrológicas: forma, dimensiones, material, calidad de la superficie, valor nominal y error máximo tolerado, que permite reproducir de una forma constante una masa de valor conocido.
Un poco de historia
A lo largo de la historia han existido muchas maneras de cuantificar la masa, de acuerdo con la civilización en cuestión y a la época, se utilizó una forma diferente de medir. Algunos ejemplos de estas diferentes cuantificaciones son la arroba, la libra, el quintal, las cargas, etc.
El kilogramo pinta en el panorama a lo largo de la revolución francesa y la ilustración. Este periodo se caracterizó por los grandes avances científicos, pero también la búsqueda de una universalidad es por eso que, durante este periodo, se comienza a vislumbrar un gran sistema mundial que permitiera agrupar unidades de medición iguales para todos y así reducir las disparidades que se generaban por medir utilizando el cuerpo o instrumentos con grandes desgastes.
La primera definición de kilogramo fue la de la masa que ocupa un decímetro cúbico de agua destilada a 3,98 °C y una atmósfera de presión. Y a partir de esta definición, conforme el tiempo fue avanzando y los problemas siguen surgiendo, se fue modificando esta definición hasta llegar al Prototipo Internacional del Kilogramo, del cual hablamos anteriormente.
Y posteriormente se busca redefinir la magnitud y es cuando se busca establecer la definición con base en un fenómeno físico como lo es la constante de Planck.
Las pesas como tal también tienen su origen desde civilizaciones antiguas y se han modificado en forma y tamaño para poder establecer instrumentos con características más estables y que permitan estandarizar mejor las mediciones en cualquier lugar. La historia de la pesa está ampliamente ligada a las básculas y balanzas que se utilizaban en la antigüedad.
En la actualidad podemos encontrar diferentes tipos de pesas que se utilizan en diferentes tipos de industria y procesos varios, sin embargo, están reguladas bajo normas nacionales e internacionales que permiten estandarizar sus características y usos.
Tipos de pesas:
A diferencia de otros instrumentos de medición, las pesas tienen diferentes clasificaciones. Estas clasificaciones están sujetas a normas expedidas por distintos organismos y también de acuerdo con sus especificaciones se agrupan bajo diferentes clases de exactitud: extra-fina, fina y media. También podeos tener una clasificación por forma de la pesa, pudiendo ser paralelepípedos, de botón, cilíndricas, láminas, alambres, etc., lo más común es que tengan una forma geométrica simple para facilitar la fabricación.
En realidad, existe también una tabla de equivalencias entre estas distintas clasificaciones, que permiten estandarizar los usos y de la cual hablaremos más adelante.
Clasificación según la OIML R 111 (organización internacional)
La Organización Internacional de Metrología Legal, mejor conocida como OIML expide una norma llamada OIML R 111, la cual es reconocida internacionalmente y agrupa a las pesas bajo 9 categorías según sus características: E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 y M3.
- Pesas clase E1:
Estas pesas se consideran de exactitud extra-fina, por lo que se encuentran en la cima de la pirámide y están destinadas para asegurar la trazabilidad entre patrones nacionales de masa y para la calibración de pesas de clases inferiores.
La construcción de estas pesas debe ser de una sola pieza sólida y sin cavidad de ajuste. Por lo regular el material debe ser igual o mejor al acero inoxidable austenítico y prácticamente no magnético. No suelen estar marcadas, y si lo están por lo regular viene en el estuche.
- Pesas clase E2:
Igual que las pesas E1, las pesas E2 son consideradas de exactitud extra-fina y se utilizan comúnmente en la calibración de pesas de exactitudes inferiores, además de instrumentos para pesar de clase de exactitud I.
Su construcción tiene las mismas características que las pesas E1, una sola pieza sólida y sin cavidad de ajuste, de un material igual o mejor al acero inoxidable austenítico, no magnético.
A diferencia de las E1, estas pesas pueden o no, tener un punto en la parte superior para distinguirlas de otras pesas. Y en pesas mayores a 50 kg pueden tener una cavidad de ajuste, pero si llega a ajustar, deberá emplearse el mismo material de construcción.
- Pesas clase F1:
La clase F1 está considerada de fina exactitud, su uso común es para la calibración de pesas de clase inferior, así como de instrumentos para pesar de la clase de exactitud I y II.
Están normalmente construidas de una o varias piezas del mismo material y pueden contar con una cavidad de ajuste. El material de elaboración debe ser igual o mejor al bronce estirado, además si la pesa es de 1g o más puede tener un revestimiento de metal.
Estas pesas pueden estar marcados con el valor nominal, pero sin símbolo.
- Pesas clase F2:
Esta clase de exactitud es de fina exactitud y suele emplearse para la calibración de pesas de menor exactitud y también para instrumentos de pesar clase II, que suelen utilizarse en transacciones comerciales, un ejemplo de esto serían los instrumentos utilizados en el comercio de piedras preciosas y metales.
La construcción es similar a las pesas de clase F1, una o varias piezas del mismo material que debe ser igual o mejor al bronce y en pesa de un gramo o más pueden tener un revestimiento de metal.
En cuanto al marcaje, estas pesas suelen venir con la clase de exactitud “F” y el valor nominal sin símbolo.
- Pesas clase M1:
El uso de las pesas de clase M1 está destinado para la calibración de pesas de menor clase y para instrumentos para pesar de la clase de exactitud III. Son consideradas como de media exactitud.
Su construcción es sólida y debe tener cavidad de ajuste, existe una excepción en pesas de 1g a 10g, donde la cavidad de ajuste no es recomendada. El material empleado debe ser igual o mejor al hierro gris fundido, igual encontramos que en pesas menores a cinco kilos debe ser un material igual o mejor al bronce.
El marcaje en estas pesas debe ser en la parte superior, mostrando la clase de exactitud y el valor nominal con su unidad.
- Pesas clase M2:
Clasificadas de media exactitud, estas pesas sirven para la calibración de pesas de menor clase y también de instrumentos para pesar de clase de exactitud III. Que se utilizan en transacciones comerciales generales.
Usualmente de construcción sólida y con cavidad de ajuste, respetando las excepciones según el valor nominal. Las pesas cilíndricas menores a 50kg deben ser hechas de un material similar o mejor al hierro fundido gris, al igual que las paralelepípedas de 5kg a 50kg. Mientras que las pesas menores a 100g deben ser hechas de bronce o un material mejor o similar.
Pueden estar marcadas en la parte superior con la clase seguido de valor nominal y su símbolo correspondiente, también es permitido colocar la marca.
- Pesas clase M3:
Estas pesas son la clase de exactitud más baja y son consideradas de media exactitud. Sirven para la calibración de instrumentos para pesar de clase III y IIII.
Son de construcción sólida en materiales de hierro fundido gris y también las encontramos en un material mejor o similar al bronce en pesas menores a 100g.
Su marcaje por lo regular contiene la clase y el valor nominal con su símbolo y puede incluir la marca. Cuentan o no con cavidad de ajuste según el valor nominal.
- Pesas clase M1-2 y M2-3:
Son pesas consideradas de media exactitud y empleadas en calibraciones de instrumentos para pesar de clase III o IIII.
Pueden marcarse en la parte superior la clase como “M1-2” o “M2-3” junto con el valor nominal seguido del símbolo de la unidad que corresponda.
Igualmente son de construcción sólida con cavidad de ajuste de acuerdo con las recomendaciones y de un material igual o mejor al hierro fundido gris.
Clasificación según ASTM E 617-97 (Estados Unidos)
La Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales, conocida comúnmente como ASTM. Esta norma especifica las pesas patrón utilizadas en Estados Unidos y va de la clase 0 a la clase 7. La clasificación ASTM E 617 reconoce la norma OIML R 111 y los usuarios tienen la libertad de usar cualquiera de las dos dependiendo de sus requerimientos.
Dentro de este sistema además de la clase, las pesas están divididas en dos tipos, las de tipo I, son aquellas que constan de una sola pieza y no tienen cavidad de ajuste. Las de tipo II pueden ser de cualquier diseño apropiado y pueden tener cavidad de ajuste.
- En las pesas de clase 0 a la clase 3: la dureza, resistencia al uso y corrosión debe ser similar o mejor a la del acero inoxidable austenítico.
- En las pesas de clase 5 a la clase 7: la dureza y fragilidad del material debe ser similar o mejor a la del bronce.
Importancia de la calibración de pesas
La magnitud de masa y las mediciones que podemos obtener ayudándonos de los diferentes instrumentos son de suma importancia y están presentes en ámbitos de la vida cruciales como la cuantificación de transacciones comerciales, procesos de manufactura industrial y en el control de calidad de productos, pero también están ampliamente asociadas en la garantía de la exactitud de otras magnitudes como el volumen, presión, flujo, fuerza, etc.
Por estos motivos contar con instrumentos calibrados que nos permitan conocer su error e incertidumbre nos garantiza un óptimo desempeño y calidad en nuestros procesos, además de cumplir con normatividades nacionales e internacionales que exigen el uso de instrumentos calibrados.
Conclusiones
Como pudimos observar existen diferentes clasificaciones en las pesas y su uso varía dependiendo del estrato en el que se encuentren, por eso debemos prestar atención a nuestros procesos y a las normas que nos rigen para determinar el instrumento adecuado para cada caso.
Es importante asesorarse con los expertos para que nos puedan ayudar a determinar qué tipo o bajo que clasificación podemos elegir los instrumentos que utilizamos y así evitar errores que a la larga traen costos y situaciones de alto riesgo para nuestra industria.
Tener socios comerciales en el giro de laboratorio de calibración acreditado y que manejen productos y servicios de alta calidad y además que puedan asesorar a sus clientes en la adquisición de productos de acuerdo a sus procesos se vuelve clave en el día a día de las empresas para garantizar un mejor funcionamiento.
Anexo de tablas
| OIML R 111 | ASTM E 617 | Uso típico |
| Extra-fina exactitud | ||
| E1 | Asegurar la trazabilidad entre los patrones nacionales de masa y pesas de la clase E2 e inferiores | |
| E2 | 0 | Calibración de pesas de la clase F1 y para la calibración de instrumentos para pesar de la clase de exactitud I |
| 1 | ||
| Fina exactitud | ||
| F1 | 2 | Calibración de pesas de la clase F2 y para la calibración de instrumentos para pesar de la clase de exactitud I y II |
| 3 | ||
| F2 | Calibración de pesas de la clase M1 y para la calibración de instrumentos para pesar de la clase de exactitud II | |
| Media exactitud | ||
| 4 | ||
| M1 | 5 | Calibración de pesas de la clase M2 y para la calibración de instrumentos para pesar de la clase de exactitud III |
| M1-2 | 6 | |
| M2 | 6 | Calibración de pesas de la clase M3 y para la calibración de instrumentos para pesar de la clase de exactitud III |
| M2-3 | ||
| M3 | 7 | Calibración de instrumentos para pesar de clase de exactitud III y IIII |
| Clase | Tipo | Aplicación |
| 0 | I | Patrones de referencia de laboratorio primario |
| 0 | I | Patrones de referencia usados para la calibración de pesas clase 1 |
| 0 | I | Patrones de referencia usados para la calibración de pesas clase 2 |
| 1 | I | Patrones de referencia usados para la calibración de pesas clase 3 |
| 1 | II | Pesas de calibración usados con instrumentos para pesar clase I |
| 1 | I o II | Pesas dentro de los instrumentos para pesar de alta calidad |
| 1, 2 | I o II | Pesas de calibración usadas con instrumentos para pesar clase II y para rutinas de trabajo analítico |
| 2 | I o II | Patrones usados para calibrar pesas de clase 4 |
| 3 | I o II | Patrones usados para calibrar pesas de clase 5 |
| 4 | I o II | Patrones usados para calibrar pesas de clase 6 |
| 4, 5, 6 | I o II | Pesas de calibración usadas con instrumentos para pesar Clase III, y IIII. Instrumentos para pesar tipo carátula, mecánica y plataforma |
| 5, 6 | I o II | Uso en laboratorio estudiantil |
| 7 | I o II | Operaciones de pesadas rudas en laboratorios físicos y químicos tales como máquina de medición de fuerza |
Bibliografía
Centro Nacional de Metrología (2018) La definición actual del kilogramo cambiará a partir del 20 de mayo del 2019. Disponible en: https://www.gob.mx/cenam/es/articulos/que-es-el-kilogramo?idiom=es
Tova, Z., Becerra, L., Hernández, I. (2016) Redefinición del kilogramo. México: CENAM
Oliveira, L. R. y Limas, M. (2004) Clasificación metrológica de pesas patrón según OIML R 111. Brasil: CFETRJ e INMETRO
OIML (2004) Draft Revision of R 111: Weights of class E1, E2, F1, F2,M1,M2,M3.Part 1: Metrological and technical requirements. France: OIML
OIML (1988) International Document 20 “Initial and Subsequent Verification of Measuring Instruments and Processes”. France: OIML
Masse, J.L. (2013) Masa. Disponible en: https://g-se.com/masa-bp-J57cfb26e2dd33
Oficina Internacional de Pesas y Medidas (2008) El sistema internacional de unidades (SI). España: CEM
Medina, M., Becerra, L., Lumbreras, A. (2019) 2019: la definición del kilogramo en el SI revisado. México, España: CEM y CENAM
Secretaria de Economía (2001) Norma Oficial Mexicana NOM-038-SCFI-2000, Pesas de clases de exactitud E1, E2, F1, F2, M1, M2 y M3. México: SE
IMNC (2009) NMX-Z-055-IMNC-2009 Vocabulario Internacional de Metrología. México: IMNC
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