Calibración y Verificación de Sistemas

de Pesaje que Utilizan Transductores de

Fuerza o de Presión

Dr. Jorge C. Torres Guzmán

Mayo, 2017

CONTENIDO

ANTECEDENTES

1. INTRODUCCIÓN

2. REQUISITOS PARA LA CALIBRACIÓN Y/O

VERIFICACIÓN

3. EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD,

CALIBRACIÓN - VERIFICACIÓN.

4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

REFERENCIAS

ANTECEDENTES

El 1ero de julio de 2016 entró en vigor la medida internacional

decretada por la Organización Marítima Internacional (IMO) que

aprobó las enmiendas del Convenio SOLAS, para la Seguridad de la

Vida Humana en el Mar, entre las que destaca el requisito de verificar

la masa bruta de los contenedores llenos que se exporten, como

condición previa para cargarlo a bordo de un buque. El Convenio

SOLAS se considera el tratado internacional más importante en

materia de seguridad de los barcos mercantes, que hace necesario

que los contenedores a embarcar cuenten con un certificado el cual

deberá ser emitido por centros de pesaje que cuenten con básculas

certificadas (calibradas y verificadas).

La mercancía mal declarada es un problema que ha atormentado durante mucho tiempo a la industria del transporte marítimo. Los transportistas tienen la obligación de proporcionar toda la información pertinente a los operadores con “la mayor buena fe posible”, sólo algunos países exigen actualmente información del peso de los contenedores. Esta información es un componente importante para las tarifas de flete por lo que los transportistas tienen tendencia en ocasiones a subestimar el peso de sus contenedores. Las consecuencias no son triviales: hay numerosos ejemplos de maquinaria dañada y personal lesionado durante el manejo de un contenedor con sobrepeso. Además, una vez a bordo, los contenedores con sobrepeso pueden crear problemas de estabilidad, y tal vez hasta pueden poner en peligro la integridad estructural de la embarcación.

Por ejemplo, un buque fue encallado deliberadamente en la costa de Inglaterra después de experimentar daños estructurales. Una investigación oficial determinó que el 20% de los contenedores estibados en cubierta pesaban considerablemente más que lo que se declaró, y el peso total en la cubierta era en realidad mayor que lo que se indicaba en el manifiesto de carga. La investigación llegó a la conclusión de que el sobrepeso de los contenedores fue uno de los factores que hicieron que el barco se partiese.

En respuesta a esta constante amenaza, la Organización Marítima Internacional (OMI) aprobó una enmienda en 2014 de la Convención Internacional para la Seguridad de la Vida Humana en el Mar (SOLAS) que requiere la verificación del 100% del peso de los contenedores antes de su carga. Ya que SOLAS ha sido ratificada por 159 países que controlan aproximadamente el 99% de los buques mercantes en términos de capacidad bruta, el alcance de esta enmienda es realmente global. La enmienda no crea un "nuevo" requisito; simplemente restituye una regla existente que requiere que los transportistas proporcionen el peso correcto de los contenedores. Lo que es nuevo es la estipulación de que un contenedor no puede ser cargado en un barco sin verificar su peso.

Contenedores con sobrepeso.

La enmienda propone dos métodos para verificar el peso del contenedor: • Método 1: pesar el contenedor lleno con maquinaria que cumpla con

los requisitos nacionales de certificación y calibración. • Método 2: pesar el contenido - incluyendo los materiales de embalaje,

paletas, etc. - y añadir el peso de tara del contenedor. Sea cual sea el método utilizado, la verificación de peso debe ser "firmada" por algún representante del transportista (se aceptan firmas electrónicas). En caso de que un contenedor con sobrepeso causara daños a un buque o a su carga, la firma de la verificación del peso se utilizaría para establecer la responsabilidad.

La OMI deja la implementación a cargo de los Estados miembros, grupos y empresas del sector, y la ejecución a cargo de las autoridades locales. La enmienda entró en vigor el 1 de julio de 2016. En realidad, nadie sabe qué porcentaje de los transportistas, incluyendo los transitarios y los NVOCCs (transporte general sin flota mercante propia), es actualmente capaz de cumplir con esta regulación. Para aquellos que no lo son, una opción sería comprar balanzas y cumplir directamente con este requisito. Otra solución sería contratar a un proveedor de servicios externo.

Para los transportistas que envían mercancías desde pequeños puertos regionales, especialmente en casos como en África y Latinoamérica, el cumplimiento podría ser especialmente difícil. En muchos de estos países, la infraestructura disponible para pesar los contenedores con precisión es limitada (si es que existe), y la ejecución de la nueva enmienda puede no ser una prioridad para las autoridades locales.

Los operadores portuarios también podrían pesar los contenedores, tal vez a medida que van pasando por el patio de contenedores. Aunque esta opción tiene algún fundamento y generaría nuevos ingresos para los operadores portuarios, tendrían que llegar a soluciones que no interrumpan los flujos de trabajo, y tendrían que desarrollar sistemas administrativos para la gestión de datos.

La norma especifica que los contenedores tienen que ser pesados al inicio del transporte. Entonces, ¿Qué sucede cuando un contenedor no verificado procedente de un puerto intermedio en África llega a un megapuerto mundial para realizar un transbordo? ¿Qué debe hacer el transportista para continuar el traslado de ese contenedor? ¿Quién paga los costos de su almacenamiento en custodia debido a su mala o inexistente declaración de peso?

Las empresas que transportan directamente son el único responsable de verificar el peso del contenedor, y tendrán que desarrollar soluciones para garantizar el cumplimiento, especialmente en caso de que se utilice el mencionado "Método 1". Los gestores de riesgos deben revisar sus planes específicos sobre expedidores de fletes/NVOCC para verificar el peso del contendor incluyendo: • ¿Cómo afectará a la programación? • ¿Cuáles son las implicaciones de costes, si las hay? • ¿Qué orientación se ha recibido de empresas de portacontenedores? • ¿Cuáles son sus planes de contingencia en caso de que algo vaya mal?

La Organización Marítima Internacional (OMI) anunció que la Universidad Marítima Internacional de Panamá (UMIP) fue seleccionada para albergar al Centro de Cooperación en Tecnología Marítima (MTCC) para la región de Latinoamérica, en el marco de un proyecto financiado por la Unión Europea e implantado por la OMI, cuyo objetivo es mitigar los efectos perjudiciales del cambio climático. El proyecto, que quiere establecer una red mundial de MTCC, ha seleccionado a la UMIP como institución anfitriona del Centro de Cooperación de Latinoamérica, tras un proceso de licitación internacional, según informó la OMI.

La universidad panameña se une así a una red que ya cuenta con centros en África, Asia y el Caribe. En febrero la OMI anunció que la Universidad de Agricultura y Tecnología Jomo Kenyatta (JKUAT) acogería el MTCC de África. En diciembre de 2016 se confirmó que la Universidad Marítima de Shanghái, en China, acogerá el MTCC de la región de Asia, mientras que la Universidad de Trinidad y Tobago albergará el MTCC de la región del Caribe. Un centro adicional se establecerá en la región del Pacífico, conformando una red mundial de cinco centros. Cada uno de estos cinco MTCC regionales cumplirá los objetivos clave del proyecto establecidos de mutuo acuerdo durante un periodo de tres años, constituyendo un soporte a los esfuerzos continuos de la OMI para garantizar la efectiva implantación y cumplimiento de las reglas mundiales.

1. INTRODUCCIÓN

La colaboración del CENAM, con Marina Mercante de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes, en la necesidad urgente de dar cumplimiento cabal a los lineamientos internacionales se dirigió a sistemas de pesaje con transductores de fuerza o de presión instalados en grúas o vehículos de izaje. No a realizar cambios o anexos a la norma NOM-010-SCFI-1994 (debido a que los tiempos requeridos para esto eran muy largos en comparación con la fecha límite que se tenía, 1ero de julio). Por lo que el CENAM realizó los servicios de medición, los servicios de verificación y la edición de una guía que le sirva a Marina Mercante y que pueda implantarse en un tiempo inmediato. Con esto Marina Mercante puede, a mediano plazo, tomar la decisión de usar la guía para generar una norma nueva (NOM o NMX) o modificar la norma existente norma NOM-010-SCFI-1994.

Estos sistemas de pesaje con transductores de fuerza o de presión instalados en grúas o vehículos de izaje, al no estar incluidos en la NOM-010-SCFI-1994, requirieron que la colaboración del CENAM (a través del Área de Fuerza y Presión) incluyera: a) El análisis y desarrollo de un sistema para calibrarlos y verificarlos

en forma adecuado, repetible, reproducible y con trazabilidad. b) El desarrollo de nuevas técnicas para medición de estos equipos de

pesaje. c) El desarrollo de la documentación para un informe de verificación

que fuera de utilidad para la DGN en el proceso que ellos realizan para el dictamen de aprobación de modelo.

d) La realización de servicios de medición a 2 empresas, de alto impacto a nivel nacional, que cuentan con este tipo de equipos de pesaje (4 equipos medidos a cada una de estas 2 empresas, ICAVE y Grupo CICE).

Colaboración y trabajo en equipo con Marina Mercante, DGN y las 2 empresas para realizar la aprobación de modelo de 8 equipos y puesta a punto de los equipos.

Los equipos con verificación y con la aprobación de modelo (otorgada por DGN), se pueden utilizar por otras empresas multiplicando así el impacto a nivel nacional.

Finalmente y de forma adicional, se realizó una guía que sirve para laboratorios de calibración y unidades de verificación de este tipo de equipos de medición de pesaje. Esta guía puede ser generalizada a nivel nacional por entidades de acreditación, tal como la ema, quienes colaboraron en la preparación a esta nueva directiva internacional (principalmente, la ema ha colaborado con básculas, las incluidas en la norma NOM-010-SCFI-1994).

e)

f)

g)

Verificar el peso.

2. REQUISITOS PARA LA

CALIBRACIÓN Y/O VERIFICACIÓN

Establecer criterios y observaciones para la calibración y verificación de sistemas de pesaje con medición por medio de transductores de fuerza (tipo celda de carga) o de presión (tipo manómetro de transmisión) por el método de comparación directa.

El proceso de medición consiste en obtener por experimentación varios valores que pueden atribuirse razonablemente a la magnitud. Los laboratorios de calibración-verificación para el pesaje podrán estar equipados con sistemas de medición de fuerza que permitan determinar el peso de los contenedores aplicando los puntos de procedimiento.

Contiene el sistema de gestión de la calidad y aseguramiento de la calidad de las mediciones. Se especifican, el personal, condiciones ambientales, equipos e instrumentos y métodos mínimos necesarios considerados para realizar la calibración o verificación, así como los sistemas que se pueden medir para el pesaje de contenedores.

Manual de Calidad

Personal.

En la revisión de la capacidad del laboratorio se debe incluir que el personal del laboratorio tiene los conocimientos, habilidades y aptitudes así como la especialización necesarias para la realización de las mediciones necesarias para la calibración o las verificaciones, utilizando transductores de fuerza como patrones. El número de personas que se debe involucrar para realizar la verificación del sistema de medición no deberá ser menor a 2 personas. Las actividades en sitio requieren tanto de instalación, seguridad, revisión como de la toma de lecturas que requieren la atención de por lo menos 2 personas.

Medio Ambiente e Instalaciones

Las mediciones del laboratorio de calibración-verificación son realizadas en sitio, por lo que las condiciones ambientales son las que prevalecen en el lugar. Es necesario conocer las magnitudes y factores de influencia que afecten los resultados de las mediciones, y cuáles son los límites permitidos. Así como llevar registro de estos.

Una de las magnitudes de influencia puede ser la temperatura, por lo que los TF deben tener sistema de compensación por temperatura. El área de trabajo (patio) deberá tener la planitud de aproximadamente 2 m entre los cuatro puntos de apoyo (verificado con el contenedor en posición de medición) y área libre que permita las actividades para realizar las mediciones.

Transductor de fuerza. Intervalo de medición combinado de hasta 800 kN (aproximadamente 80 toneladas). Debido a que se utilizan 4 TF, se consideran con intervalo de medida de 200 kN cada uno (mínimo). Con sistema de compensación por temperatura. El sistema de adquisición de datos (de funcionamiento multicanal o independiente): Libre de interferencias electromagnéticas. Alimentación eléctrica sin interrupciones y con supresor de picos. El(los) indicador(es) debe(n) proporcionar lecturas independientes de los TF instalados. Los TF se colocan en las esquinas del contenedor, específicamente en modo compresión, por lo que es necesario que tengan una distancia del cable de conexión entre TF y sistema de adquisición de datos, no menor a 20 m por cada TF.

Sistemas de medición patrón con transductor de fuerza.

Accesorios auxiliares de montaje para los TF

PLACA INFERIOR Los TF dependiendo del diseñador y/o del fabricante tienen diferentes geometrías y tamaños, por lo cual es necesario que la aplicación del peso (fuerza) sea lo más axial posible. Los accesorios auxiliares de montaje ayudan a la transferencia del peso sobre los TF con mayor seguridad y facilitan el trabajo.

Si los TF están diseñados con orificios roscados en su parte inferior es necesario utilizar placas inferiores de apoyo, estas placas deben de cumplir con dimensiones apropiadas para proporcionar mayor área de apoyo que la propia del TF. Si los TF no tienen orificios roscados se pueden diseñar las placas inferiores con una caja donde entre el transductor con ajuste burdo. Las dimensiones que se sugieren para estas placas inferiores son determinadas por las dimensiones del TF a usar.

PLACA SUPERIOR

Las placas superiores o placas de carga, se diseñan tomando en cuenta la geometría del punto de apoyo del TF, esto para mantener la transferencia de la fuerza generada por el contenedor de forma axial al TF. Esta placa sirve como cojinete de carga por lo que debe ser maquinada con una caja plana donde el TF se apoya de forma puntual (axial y centrada al punto de carga) para los TF que tengan apoyo esférico en su parte superior. En el caso de transductores que no cuenten con este apoyo puntual, se sugiere su implementación en el armado del sistema, para evitar mediciones de fuerza axiales. (Los radios y dimensiones sugeridos del apoyo esférico y de la caja en la placa, se pueden consultar en el anexo de la norma ISO 376:2011).

MATERIAL Y DIMENSIONES DE LAS PLACAS INFERIOR Y SUPERIOR

Material de las placas inferior y superior, se sugiere acero al carbón 4140 tratado, para una mejor aplicación como cojinete bajo esta fuerza aplicada.

CARACTERÍSTICAS METROLÓGICAS DEL SISTEMA DE MEDICIÓN

DE FUERZA (TF)

Clase

Errores relativos del equipo de fuerza bajo calibración Incertidumbre

de la

fuerza de

% calibración

aplicada

Reproducib

ilidad Repetibilidad Interpolación Cero Reversibilidad Fluencia k=2

b b' fc fo v c %

00 0.05 0.025 ± 0.025 ± 0.012 0.07 0.025 ± 0.01

0.5 0.10 0.05 ± 0.05 ± 0.025 0.15 0.05 ± 0.02

1 0.20 0.10 ± 0.1 ± 0.05 0.30 0.10 ± 0.05

2 0.40 0.20 ± 0.1 ± 0.1 0.50 0.20 ± 0.1

Tabla 1. Valores de errores e incertidumbre utilizados para la clasificación de

transductores de fuerza, según la norma ISO 376:2011

3. EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD,

CALIBRACIÓN - VERIFICACIÓN.

El laboratorio de calibración-verificación, debe cumplir con los requisitos generales para la competencia de laboratorios de verificación y de calibración y con la acreditación correspondiente a la magnitud, donde se asegure la trazabilidad de medida a patrones nacionales.

Metodología

El sistema de medición de pesaje (grúa), deberá asegurar que

tiene las propiedades metrológicas adecuadas para la verificación

del peso de los contenedores.

Determinación del peso de referencia utilizando sistema de medición patrón.

Se instalan los TF como sistema de referencia del laboratorio de verificación-calibración en el patio para su ambientación, tanto eléctrica como térmicamente, con un tiempo de al menos 30 minutos y en la posición de acuerdo a las dimensiones del contenedor a ser pesado (esquinas del contenedor).

Ejemplo:

Figura. 1. TF en modo compresión colocados en la posición óptima para determinar el peso de un contenedor de aproximadamente 12.2 m (40’).

Verificación-calibración del sistema de pesaje (grúa) con transductor de fuerza o transductor de presión. Para cada uno de los puntos de la medición, dependiendo del tipo de grúa, es

necesario considerar lo siguiente: TIPO DE SISTEMA DE PESAJE CARACTERÍSTICAS PARA PESAJE

Grúa modelo GOTTWALD

Elevar la carga aproximadamente 1 metro de altura con referencia al suelo y registrarla Considerar el área de trabajo con radio máximo de 7 m con referencia al centro de la grúa.

Grúa tipo puente

Elevar la carga aproximadamente 1 metro de altura con referencia al suelo y registrarla. La carga al punto de referencia de medición.

Grúa tipo vehículo

Elevar la carga aproximadamente 1 metro de altura con referencia al suelo y registrarla. Brazo retraído (en caso que aplique elevación por pistón).

Estos puntos de carga, se eligen de tal manera que se puedan evaluar y queden de forma equidistantes, se debe incluir una medición de referencia en peso cercana a la carga máxima del contenedor.

Peso de la carga en los que se debe referenciar la medición, al menos 3 puntos: a) Carga completa (contenedor lleno). b) Media carga (contenedor medio lleno). c) Sin carga (contenedor vacío).

Cada peso del contenedor se mide y toma registro de lectura un mínimo en tres ocasiones para determinar la repetibilidad de medida.

Análisis de resultados

Con los resultados de registro de lecturas bajo el procedimiento descrito, se debe determinar: El error de indicación (E) del sistema de pesaje (grúa), E = mejor estimado de lectura de la grúa – mejor estimado de lectura del patrón La estimación de la incertidumbre, donde se consideran las fuentes de incertidumbre siguientes: La incertidumbre por repetibilidad de las mediciones de la grúa, La incertidumbre por resolución del indicador de la grúa y La incertidumbre por el sistema patrón de referencia. La incertidumbre por la interpolación (ecuación de ajuste) de las lecturas.

La verificación y calibración inicial, periódica o extraordinaria es obligatoria, con especificación en periodo por calibración cada 12 meses y entre calibraciones, realizar cada 4 meses una verificación del sistema de medición de peso, para asegurar que se mantengan sus propiedades metrológicas bajo control.

Verificar que la incertidumbre expandida y el error de indicación de la grúa deben estar dentro del intervalo de especificación del 2 % de acuerdo al informe de verificación por aprobación del modelo.

4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

REFERENCIAS

[1] Directriz de la OMI, MSC.1/Circ. 1475. “Directrices relativas a la masa bruta verificada de

los contenedores con carga.” Junio del 2014. [2] NMX-EC-17020-IMNC-2014 “Evaluación de la conformidad – Requisitos para el

funcionamiento de diferentes tipos de unidades (organismos) que realizan la verificación (inspección).”

[3] NMX-EC-17025-IMNC-2006 “Evaluación de la conformidad – “Requisitos generales para

la competencia de laboratorios de ensayo y calibración.” [4] NOM-008-SCFI-2002 “Sistema General de Unidades de Medida”. [5] NMX-CH-376-IMNC-2008 “Instrumentos de medición – Calibración de instrumentos de

medición de fuerza empleados para la verificación de máquinas de ensayo uniaxiales”. [6] NMX-CH-7500-1-IMNC-2006 “Verificación de máquinas de ensayo uniaxial – Máquinas

de ensayo a tracción/compresión – Verificación y calibración del sistema de medición de fuerza”.

[7] ISO 10012:2003 “Measurement management system – Requirements for measurement

processes and measurement equipment”.