Los laboratorios acreditados que ofrecen el servicio de calibración de instrumentos dependen del laboratorio nacional de masa del Centro Nacional de Metrología (CENAM) para que sus procesos sean de calidad y garanticen la trazabilidad de las mediciones. En ese importante centro se encuentra el sistema de medición de patrón nacional de masa, que alberga elementos importantes para todos los expertos en metrología del país. Si desean conocerlo mejor, continúen con esta publicación.
Elementos del sistema de patrón nacional de masa
La magnitud de masa es crucial para medir la masa de objetos de uso industrial, científico y comercial y para la calibración de básculas, que es importante para los sectores de la industria, aunque también está involucrada en otras magnitudes, como fuerza, presión, cantidad de sustancia, flujo, entre otros. La exactitud de esas mediciones en nuestro país se logra a través de la referencia nacional: el kilogramo prototipo No. 21, que consiste en un cilindro de platino en un 90% e iridio en un 10%. Por lo que su valor intrínseco es muy alto.
Es importante para los patrones involucrados en la trazabilidad de los resultados y tiene un valor científico, metodológico e histórico de suma importancia. Está en nuestro país desde 1889 y es nuestra referencia nacional por ley. Hay otras dos referencias para conservar el valor del kilogramo en México: patrón número 90 y 96. También son de aleación de platino e iridio, pero de fabricación reciente (2005 y 2011).
Los tres prototipos vienen del Sistema Internacional de Pesas y Medidas, en Francia y su valor de masa está muy bien caracterizado en ese país. Son usados para la calibración de pesas patrón de acero inoxidable dentro del laboratorio nacional de masa, que poseen una densidad de 8,000 kg/m3, a diferencia de los patrones originales, que tienen una densidad mayor de 21,000 kg/m3.
Los patrones principales son usados una vez cada cinco años y permanecen resguardados en caja fuerte para preservar sus características. Si llegan a usarse demasiado, pueden ocurrir alteraciones en su valor de masa, por tal motivo, los patrones usados regularmente para la calibración de instrumentos dentro del laboratorio son los de acero inoxidable, con los que se genera la escala nacional de masa, que va de un miligramo a una tonelada.
Ahora bien, ¿cómo se transfiere el valor de los prototipos de platino e iridio a los patrones secundarios? Mediante una balanza que es única en América Latina, ya que posee una exactitud muy alta y es bastante sensible, además tiene una resolución relativa de 1×10-10. Puede pesar artículos diminutos, cambios de presión, vibraciones, entre otros.
La balanza se encuentra dentro de un compartimiento en presión constante. Se trata de una comparadora de masa automática, con un carrusel de seis posiciones, en las que pueden observarse varias piezas de acero inoxidables. El patrón de platino se coloca en una de esas posiciones y el sistema es cerrado para mantener un volumen de aire constante, lo que es importante, debido a la diferencia de densidades del platino-iridio y acero inoxidable, que genera una corrección importante en masa que debe cuantificarse y corregirse.
La densidad del aire se obtiene a través de la medición de la temperatura presión, humedad y contenido de CO2, que se mete en una ecuación aprobada internacionalmente para calcular esa densidad. La otra opción es usar artefactos para medir la densidad del aire directamente al momento de medir. Son también usados en compañía de equipos de absorción y disolución.
Todos estos elementos conforman el sistema de medición del patrón nacional de masa y son sumamente importantes para que los laboratorios de metrología acreditados puedan ofrecer el servicio de calibración de instrumentos y para que las industrias realicen procesos exactos y satisfagan las necesidades de los consumidores finales.
¿Cuál es la referencia principal del sistema nacional de patrón de masa?
Hasta el 20 de mayo del 2019, la definición internacional del kilogramo se basaba en un patrón internacional. Consistía en un cilindro con las mismas características de las pesas ubicadas en el laboratorio nacional. Era funcional, pero tenía varias desventajas, por tal motivo, a partir del 20 de mayo entró en vigor un nuevo sistema internacional, donde la magnitud de masa estaba referida a una constante de la naturaleza y no a un objeto: la constante de Planck.
Actualmente, son usados dos experimentos para materializar un kilogramo a partir de la constante de Planck: conteo de átomos de una esfera de silicio monocristalino. Es un método que también se usó para definir el número de Avogadro. El otro experimento es la balanza de Watt, que ahora se llama balanza de Kybble, que relaciona la potencia eléctrica con la potencia magnética y las mediciones eléctricas.
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