Peso Mínimo

Para iniciarmos este assunto, temos que deixar claro que: Peso Mínimo é diferente de Carga Mínima.
Saiba mais sobre Carga Mínima.

Peso mínimo, o que é?

É o menor valor que podemos pesar, de forma que a balança seja capaz de fornecer um resultado dentro da tolerância de erro desejado (ou permitido, dependendo do tipo de processo).

É definido por:

Peso Minimo = (U / T) x FS

Onde:

U = Incerteza da balança (veja repetibilidade (S) nas especificações técnicas do produto)
T = Tolerância máxima (definido pelo usuário com base em parâmetros particulares de processo)
FS = Fator de Segurança (ambiente, operador, manuseio, fluxo de ar, etc.)

Sob condições ideais de instalação e operação, FS = 1

Vamos usar como exemplo um modelo de balança que tenha Incerteza (U) = 0,4 g e tolerância do processo de 1% (0,01), portanto:

Incerteza do modelo (U) = 0,4g
Tolerância de erro permitido no processo = 1% (0,01)
Supondo que as condições de instalação sejam próximas das ideais, desta forma, usaremos o fator de segurança FS = 1

Substituindo estes valores na fórmula, temos:

Peso Mínimo = (U/T)xFS = (0,4 / 0,01) x 1 = 40 g

Para esta balança, pesos abaixo de 40g poderão não responder ao erro máximo de 1%, sendo assim, se você tiver que pesar menos que 40g, você terá que procurar uma balança com uma incerteza menor, ou aumentar sua tolerância de erro.

Vejamos qual será o peso minimo se utilizarmos um modelo que tenha Incerteza menor, por exemplo (U) = 0,2g:

Incerteza do modelo (U) = 0,2g
Tolerância de erro permitido no meu processo = 1% (0,01)
Supondo que as condições de instalação sejam proximas das ideais, usaremos o fator de segurança FS = 1

Peso Mínimo = (0,2 / 0,01) x 1 = 20g

Veja que o peso mínimo caiu pela metade, pois a incerteza da sua balança também caiu pela metade, ou seja, para esta balança, pesos abaixo de 20g poderão não responder ao erro máximo de 1%.

Aprofundando no assunto

Vamos falar agora sobre a incerteza da balança. A incerteza é igual à repetibilidade, dado que geralmente consta nas especificações técnicas do fabricante, e retrata ensaios realizados na fábrica em condições muito próximas das ideais.

Utilizar o dado que consta no datasheet, significa uma excelente aproximação, porém, os ambientes industriais onde as balanças estão instaladas muitas vezes não estão nas condições ideais. Sendo assim, para efeitos de certificação, o ideal é que a repetibilidade do equipamento seja calculada no local de instalação da balança, ou seja, nas condições reais de trabalho.

Para se calcular a repetibilidade do equipamento, recomenda-se que se use uma carga de 5 a 100% da capacidade e anote-se a leitura de 10 repetições do mesmo peso nas mesmas condições ambientais, e se calcule o desvio padrão destas 10 repetições da mesma carga.

A fórmula para se calcular a repetibilidade é:

Onde n = número de repetições (neste caso = 10)

Ou seja, a repetibilidade da balança é o resultado do desvio padrão de não menos que 10 repetições do mesmo peso sob as mesmas condições ambientais.

Importante: se houver recipiente (tara) a repetibilidade deve ser calculada com o recipiente sobre o prato. Deve-se colocar o recipiente, tarar o equipamento e depois aplicar as 10 repetições do peso-padrão e calcular o desvio padrão.

Para processos com tolerâncias muito estreitas, onde erros podem comprometer muito, o ideal é sempre aplicarmos um fator de segurança após concluir os cálculos, assim, o peso mínimo será elevado e garantirá que fatores externos não interfiram de forma significativa no produto final, mesmo variando minimamente.

Peso Mínimo segundo a USP (United States Pharmacopeia)

Muitas organizações utilizam a USP (United States Pharmacopeia) para nortear seus procedimentos.
A USP, no seu capitulo 41 - Weights and Balances, define:

1. Incerteza de medição do equipamento não deve exceder 0,10% da leitura;
2. 2X o desvio padrão não deve ser superior a 0,10%, quando dividido pela quantidade pesada.

Ou seja, aplicando as definições da USP na fórmula do peso mínimo, seria como dizer que, para a USP, a tolerância máxima de erro T = 0,10% (0,001) e o fator de segurança FS é 2.

Utilizando estas definições na fórmula do peso mínimo, resultaria:

Peso Mínimo = U/TxFS = (U / 0,001) x 2

Como já vimos que U é a repetibilidade da balança (desvio padrão de não menos que 10 repetições do mesmo peso sob as mesmas condições), desta forma, a fórmula pode ser simplificada por:

Peso minimo segundo a USP = 2000 x Repetibilidade

Atenção: No cálculo da repetibilidade, se o desvio padrão calculado for muito pequeno (menor que 0,41d) onde “d” é a menor divisão da balança, o desvio padrão a ser considerado deve ser 0,41d, que corresponde ao erro de arredondamento do equipamento.

A atenção a esses aspectos trará otimização do início ao fim do processo, garantindo qualidade consistente o tempo todo, e tranquilidade nas auditorias, já que o método de escolha de cada balança foi cuidadosamente trabalhado para ir de acordo com as exigências do processo.