Comparadores de masas

La masa es una magnitud física que mide la cantidad de materia que compone un objeto. La masa de un objeto sigue siendo la misma sea cual sea la parte del universo en la que se realice la medición. El peso describe la “pesadez” de un objeto y depende de la fuerza gravitacional que se ejerce sobre él. Como la fuerza gravitacional varía entre las distintas ubicaciones del mundo, y también según la altitud de un mismo lugar, las balanzas y básculas se deben ajustar en su punto de uso. Peso = masa × gravedad. Por ejemplo, un objeto que se pese en la Luna solo registrará una sexta parte de su peso en la Tierra; sin embargo, la masa del objeto es constante.

Un comparador de masas, o una balanza comparadora de masas, es un instrumento de medición gravimétrica con alta resolución y repetibilidad excepcional, lo que permite determinar de forma exacta hasta la mínima diferencia en la masa. Los comparadores de masas de intervalo parcial ofrecen un pesaje de alta resolución dentro de un margen alrededor del valor de peso definido y se usan exclusivamente para la calibración y determinación de masas dentro de este margen. Sin embargo, los comparadores de masas de intervalo completo son muy versátiles y se pueden usar no solo para la determinación del peso, sino también para aplicaciones de pesaje en general, sobre todo aquellas en las que hay muestras pequeñas y cargas de tara grandes o cuando hay que combinar calidades de muestras grandes y pequeñas en un solo proceso de pesaje. Su representante local de METTLER TOLEDO puede proporcionarle una  GWP^® Recommendation  gratuita para descubrir qué comparador de masas se adapta más a sus necesidades individuales.

En un proceso de pesaje normal, la balanza se calibra y el resultado del pesaje de cualquier elemento colocado en ella se mide a partir de cero gramos. Este proceso se denomina “pesaje absoluto”. La comparación de masas, que se usa para la calibración de pesas, es un tipo específico de pesaje diferencial en el que el punto de referencia no es la balanza calibrada, sino que es la pesa de referencia con la que se compara la pesa de prueba. De ahí que este tipo de balanza se conozca como un comparador de masas. A la hora de calibrar una pesa de prueba, la pesa de referencia con la que se compara debe tener al menos una clase de exactitud más alta que la pesa de prueba. No obstante, la pesa de referencia también debe estar calibrada con otra pesa en una clase de exactitud mayor. Esta cadena de comparaciones ofrece una trazabilidad metrológica a la definición del kilogramo basada en la constante de Planck.

La aplicación principal en la que se emplean los comparadores de masas es la calibración de masas. Con pesas de las clases inferiores (en particular, las clases de la M1 a la M3, F1 y F2), los comparadores manuales de masas proporcionan resultados de exactitud suficiente. En el caso de las pesas de clase E1 o E2, se recomienda usar comparadores de masas automatizados o robóticos, ya que los niveles de incertidumbre de medición son bastante inferiores. Esto se debe principalmente a la ausencia de influencia del operario. En los institutos nacionales de metrología (NMI, por sus siglas en inglés), que se esfuerzan continuamente por llevar a cabo mediciones con la menor incertidumbre, se usan comparadores en vacío o de masas de presión constante, ya que permiten realizar mediciones en condiciones constantes. Se pueden eliminar influencias como la altitud geográfica, el empuje de Arquímedes del aire y las condiciones meteorológicas. Los institutos nacionales de metrología y los centros de investigación metrológica usan los comparadores de masas para la investigación científica con el fin de medir cambios mínimos en la masa o la fuerza.

Además de las aplicaciones metrológicas, los comparadores de masas pueden usarse en cualquier industria en la que el rendimiento de una balanza normal no cumpla los requisitos de exactitud del cliente o de la aplicación. En el caso de estas aplicaciones, los comparadores de masas se denominan “balanzas de mayor rendimiento”. Algunas aplicaciones industriales habituales son:

• Formulación: cuando los niveles de tolerancia son bajos y el pesaje podría vulnerar el rango de pesaje seguro de una balanza estándar.
• Pesaje diferencial: cuando la diferencia de masa es muy pequeña y una balanza común no puede proporcionar resultados fiables (el nivel de incertidumbre es demasiado alto en comparación con la diferencia de masa que se mide).
• Llenado de gas: se llenan unos cilindros de gases pesados con una masa de gas relativamente pequeña.
• Marcaje: para comprobar los lubricantes, se analiza la abrasión de los engranajes tras un periodo específico de funcionamiento del motor.
• Medidas de fuerza: mediciones en las que la célula de carga compensa una fuerza aplicada.

Un comparador de masas y una balanza tienen el mismo diseño y funcionan según los mismos principios. La diferencia entre un comparador de masas y una balanza está en el rendimiento, sobre todo en la legibilidad y repetibilidad.

En esta tabla se ilustran las diferencias de legibilidad y repetibilidad para una capacidad de un kilo:

Las balanzas de laboratorio habituales se definen por las principales propiedades de rendimiento: repetibilidad (RP), excentricidad (EX), no linealidad (NL) y sensibilidad (SE). Sin embargo, como la calibración de pesas se lleva a cabo por pesaje diferencial, los comparadores de masas se definen, asimismo, con la repetibilidad de pesaje diferencial ABA (RP ABA).

De acuerdo con las normativas, un comparador de masas que se usa exclusivamente para la calibración de pesas no necesita calibrarse. Esto se debe a que la pesa de prueba se compara con una pesa de referencia, la pesa de referencia está calibrada y asegura la trazabilidad respecto a la BIPM y la definición del kilogramo. No obstante, con el fin de proteger su inversión y asegurar un alto rendimiento continuo de medición, METTLER TOLEDO recomienda realizar un mantenimiento preventivo de forma periódica.

Cuando los comparadores de masas se usan en otras aplicaciones, resulta fundamental aplicar los mismos estándares de calidad a la balanza comparadora de masas XPR-C como lo haría con cualquier otra balanza analítica o de precisión.