Incorporar la medición gravitacional y otros ambientales y cantidades físicas a la ecuación de la balanza de pesos muertos puede ser un poco desalentador. Afortunadamente, muchas balanzas de pesos muertos están equipadas con sensores ambientales y hay instrumentos que incorporan todos los factores relevantes a la ecuación para así lograr la menor incertidumbre en la medición.

La medición de la gravedad es un factor crítico al intentar lograr el más alto grado de exactitud o la menor incertidumbre. Al usar una balanza de peso muertos o un pistón cilindro para medir presión, es importante considerar lo siguiente:

  • ¿Qué es la gravedad?
  • ¿Qué efecto tiene la gravedad en la incertidumbre total de una medición de presión primaria?
  • ¿Dónde encuentro mi gravedad local?
  • ¿Cómo puedo estar seguro de que la gravedad reportada para mi ubicación es la gravedad real?
  • ¿Qué herramientas están disponibles para incorporar la gravedad y otros factores ambientales en mis mediciones?

¿Qué es la gravedad?

La gravedad es algo dado por hecho durante la mayoría de la historia humana, pero en 1687, Isaac Newton, formuló la ley de gravitación, la cual establece que una partícula atrae a otra partícula en el universo con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

Este es el acercamiento “clásico”. En 1915, Albert Einstein publicó la teoría general de la relatividad que describe a la gravedad en términos de la curvatura del espacio y el tiempo. Las matemáticas en la teoría de Einstein son mucho más complejas que las de la teoría clásica de Newton, pero corresponden más precisamente a la observación.

Las leyes clásicas son suficientes al investigar el efecto de la gravedad en la metrología de una balanza de pesos muertos. La constante de gravitacional universal (G) es la constante derivada de las mediciones de la fuerza (F) entre dos masas (m 1 y m2 ) a la distancia (r). La ecuación de esta relación es F= G(m 1 m 2 )/r 2 . La aceleración de la gravedad (g) está relacionada a la constante gravitacional por la ecuación g = (G* M E )/r E 2 donde M E es la masa de la Tierra, r E es el radio de la Tierra, y g es la aceleración de una masa cayendo en la gravedad de la Tierra.

¿Qué efecto tiene la gravedad en la incertidumbre total de una medición de presión primaria?

Una balanza de pesos muertos es un patrón de medición de presión primaria que usa una masa encima del ensamblaje pistón cilíndrico para crear presión debajo del pistón. Esta presión (P) es un resultado directo de la masa en gravedad creando una fuerza (F) actuando en la sección transversal (A) del pistón. La fuerza dividida por el área sobre la que se aplica esa fuerza es la definición de presión, P=F/A. La fuerza ejercida por la masa es calculada por F=mg, donde m es la masa cargada sobre el pistón y g es la aceleración de gravedad en la ubicación. Entre otras condiciones ambientales (temperatura, aire, densidad, etcétera), el valor de la aceleración de la gravedad es crítico en la incertidumbre de la medición de presión.

Una ecuación típica usada para calcular la presión creada por una balanza de pesos muertos es:

 

Esta ecuación toma en consideración todos los factores ambientales y los componentes físicos de la balanza de pesos muertos que afecta la presión generada. La incertidumbre en todos estos factores – masa (M), densidad de aire (ρ), temperatura (T), etcétera. – están estáticamente combinadas y forman el total de incertidumbre en la presión generada.

El tema de esta nota es la gravedad local (g). Noten que el término local de gravedad (g) aparece dos veces en la ecuación. La primera, en el numerador y es usada para calcular la fuerza que resulta de la masa cargada en el pistón. La última, es usada para calcular la presión en la cabeza del sistema. Una medición exacta de la gravedad es crítica en la presión resultante. De hecho, hay una relación 1:1 aproximadamente entre la incertidumbre en el valor de la gravedad (g) y la incertidumbre de la presión resultante.

¿En dónde encuentro mi gravedad local?

La gravedad local puede ser obtenida de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica o del sitio web https://www.ptb.de en donde debes ingresar tu latitud y longitud a la herramienta de predicción de la gravedad de la superficie. Los valores obtenidos son tan exactos como la información de dónde derivan y algunas veces solo varía de la gravedad real un poco menos de 5 ppm, pero eso no está garantizado.

Dan Roman de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica comenta; “la herramienta de la NOAA es un interpolador de una base de datos fija de valores de gravedad. Estos datos puntuales de gravedad pueden variar significativamente en calidad y distribución. Para un trabajo con mayor exactitud, es recomendable obtener la observación en sitio con un gravímetro”.

Típicamente, el total de incertidumbre de un laboratorio de peso muerto está por debajo de 35 ppm. Elegir el valor de gravedad más preciso (g) es crítico para la exactitud de la medición de presión resultante de una balanza de pesos muertos de laboratorio.

¿Cómo puedo estar seguro de que la gravedad reportada para mi ubicación es la gravedad real?

La única manera de tener un alto grado de certeza en tu valor de gravedad local es obtener una observación en sitio. Sin embargo, la decisión de usar un valor para la gravedad, obtenida de un sitio web o hacer una medición de gravedad local, depende del nivel de incertidumbre que puedas tolerar en tu medición. Puede que quieras invertir en una medición gravitacional, pero para una balanza típica industrial de pesos muertos con un total de incertidumbre cercano a, o sobre 80 ppm, puede no ser necesario.

¿Qué herramientas están disponibles para incorporar la gravedad y otros factores ambientales en mis mediciones?

Incorporando una medición gravitacional y otros ambientales y cantidades físicas a la ecuación de peso muerto puede ser un poco desalentador. Afortunadamente, muchas balanzas de pesos muertos están equipadas con sensores ambientales y hay instrumentos que incorporan todos los factores relevantes a la ecuación para así lograr la menor incertidumbre en la medición.

La WIKA CPU6000 junto con la aplicación CPB-CAL para iPad® calcula las masas requeridas para una presión específica e incorpora los factores ambientales pertinentes, incluyendo la entrada de gravedad local (g), para lograr la mayor exactitud en la medición de presión.

La serie CPU6000 consta de tres dispositivos: la unidad meteorológica, modelo CPU6000-W, el sensor de equilibrio de presión, modelo CPU6000-S y un multímetro digital modelo CPU6000-M.

 

En combinación con cualquier balanza de pesos muertos, la CPB-CAL (aplicación iPad®) y / o WIKA-CAL (software para PC) se pueden determinar las masas necesarias o la presión de referencia. Mediante una operación y configuración simples, el cálculo de las masas o la presión se hace más fácil. Esta unidad de calibración tiene en cuenta todos los factores de influencia crítica y, por lo tanto, aumenta la exactitud de la medición.



Referencia: Mensor. Mensor Calibration Blog “Why is Gravity Important in Metrology?” [documento en línea http://blog.mensor.com/blog/why-is-gravity-important-in-metrology acceso: julio de 2018]

 


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