Por qué fallan las básculas normales en un buque en movimiento

Una báscula no mide la masa directamente. Su célula de carga mide la fuerza que ejerce la carga, y el indicador convierte esa fuerza en kilogramos utilizando el valor de gravedad asumido en la calibración. En tierra, esa suposición se cumple. En un buque, la propia cubierta se acelera hacia arriba y hacia abajo, se inclina y vibra, por lo que la fuerza sobre la célula de carga cambia continuamente mientras la masa permanece exactamente igual. Este artículo explica la física en términos sencillos, cuantifica cada efecto y muestra por qué esperar o promediar rara vez basta por sí solo.

Una báscula mide fuerza, no masa

Una báscula electrónica normal solo muestra la masa correcta cuando la plataforma está quieta y nivelada. La célula de carga es un sensor de galgas extensométricas que se deforma en proporción a la fuerza vertical que actúa sobre ella. Cuando la báscula está quieta, esa fuerza es simplemente el peso de la carga, y el indicador lo convierte en kilogramos utilizando el valor de gravedad fijado en la calibración.

Cuando la plataforma acelera hacia arriba, la carga también debe acelerarse, por lo que presiona sobre la célula de carga con más fuerza que su propio peso. Cuando la plataforma acelera hacia abajo, presiona con menos fuerza. Es el mismo efecto que se siente en un ascensor: más pesado cuando acelera hacia arriba, más ligero cuando acelera hacia abajo. HyperPhysics describe la fuerza de apoyo en un ascensor como el peso más la fuerza adicional necesaria para acelerar la masa. Una báscula normal no puede distinguir entre un pez más pesado y una cubierta que está acelerando hacia arriba. El error relativo equivale a la aceleración de la cubierta como proporción de la gravedad normal, que es de unos 9,8 m/s²: una aceleración de 0,98 m/s² produce un error del 10%.

Cómo se mueve un buque: arfada, cabeceo y balanceo

Un buque en olas se mueve en seis grados de libertad, y tres de ellos crean aceleración vertical en la báscula. El manual de la Universidad Técnica de Delft Offshore Hydromechanics los define en relación con el centro de gravedad del buque:

• Arfada: traslación a lo largo del eje vertical, todo el casco subiendo y bajando.
• Cabeceo: rotación alrededor del eje transversal, proa y popa moviéndose en direcciones opuestas.
• Balanceo: rotación alrededor del eje longitudinal, babor y estribor subiendo y bajando por turnos.

El avance, la deriva y la guiñada son principalmente horizontales. El mismo manual muestra que el movimiento vertical en cualquier punto a bordo se compone de la arfada más las contribuciones del cabeceo y el balanceo, y las contribuciones rotacionales crecen con la distancia al centro de rotación. Una báscula montada muy a proa o en alto en una cubierta de trabajo ve, por tanto, más aceleración vertical que una situada cerca del centro de movimiento del buque.

El movimiento inducido por las olas es aproximadamente periódico, y su aceleración máxima depende en gran medida de la rapidez con que se repite el movimiento. Duplicar la amplitud vertical duplica la aceleración, pero reducir el periodo a la mitad con la misma amplitud la multiplica por cuatro. Por eso las mares cortas y empinadas son más perturbadoras que la mar de fondo larga de la misma altura. Como referencia, el ejemplo de predicción de olas del manual de Delft da una altura de ola significativa de 1,5 m con un periodo medio de 4,8 s para un viento de 10 m/s (Beaufort 5) con un fetch de 60 km.

Ejemplo resuelto: ¿cuán grande es el error?

El error en una báscula sin compensar suele ser de varios puntos porcentuales y puede superar el 10% con mar moderada. Los ejemplos siguientes muestran la aceleración máxima para un movimiento regular de la amplitud y el periodo indicados, y lo que produce en una carga de 10.000 kg. Son casos idealizados de un solo movimiento con fines ilustrativos, no mediciones en un buque concreto.

Escenario	Amplitud vertical en la báscula	Periodo	Aceleración máxima	Error	Una carga de 10.000 kg da lecturas entre
Arfada suave	0,25 m	6 s	0,27 m/s²	±2,8%	9,72 y 10,28 kg
Arfada moderada	0,5 m	6 s	0,55 m/s²	±5,6%	9,44 y 10,56 kg
Mar corta y empinada	1,0 m	5 s	1,58 m/s²	±16,1%	8,39 y 11,61 kg
Cabeceo 2°, báscula a 20 m del eje de cabeceo	0,70 m	6 s	0,77 m/s²	±7,8%	9,22 y 10,78 kg
Balanceo 5°, báscula a 5 m de la línea de crujía	0,44 m	8 s	0,27 m/s²	±2,7%	9,73 y 10,27 kg

Situemos el caso de arfada moderada en contexto: en una báscula de 15 kg con una división de 5 g, una oscilación de ±559 g es más de ±110 divisiones. La pantalla no oscila unos pocos gramos; recorre cientos de gramos cada pocos segundos. Estos niveles no son extremos. Los criterios de operabilidad citados en el manual de Delft (NORDFORSK, 1987) fijan el límite para el trabajo manual pesado en una aceleración vertical eficaz (RMS) de aproximadamente 1,5 m/s², por lo que las tripulaciones trabajan habitualmente en condiciones en las que una báscula sin compensar resulta inutilizable.

Vibración: movimientos pequeños, aceleraciones grandes

La vibración del motor y la maquinaria añade una segunda perturbación, de alta frecuencia, sobre el movimiento de las olas. La aceleración crece con el cuadrado de la frecuencia, por lo que desplazamientos diminutos pueden producir aceleraciones grandes. Una cubierta que vibra con una amplitud de solo 0,05 mm a 25 Hz (una máquina que gira a 1.500 rpm) tiene una aceleración máxima de aproximadamente 1,23 m/s², que es el 12,6% de la gravedad normal.

La ventaja es que la vibración es rápida. Una báscula puede suprimir una perturbación de 25 Hz en una fracción de segundo, mientras que el movimiento de las olas, con un periodo de 5 a 10 segundos, se sitúa en la misma escala de tiempo que el propio pesaje y no puede suavizarse sin más sin volver la báscula muy lenta. La vibración sigue importando de tres maneras:

• Puede excitar una resonancia en un soporte de montaje flexible, convirtiendo una perturbación pequeña en una grande.
• Añade ruido que alarga el tiempo necesario para obtener una lectura estable.
• Con los meses, afloja las fijaciones y fatiga los cables y conectores.

La ubicación y la rigidez del montaje se tratan en Instalar una báscula marina en cubierta o en la bodega de pescado.

Error por inclinación

Cuando la plataforma se inclina, una célula de carga solo mide la parte del peso que actúa a lo largo de su propio eje, por lo que la báscula da una lectura por defecto. El error es diminuto en ángulos pequeños y crece rápidamente a partir de unos pocos grados: aproximadamente un 0,015% a 1°, un 0,4% a 5° y un 3,4% a 15°.

Ángulo de inclinación	Lectura por defecto	Error en una carga de 20 kg
1°	0,015%	3 g
2°	0,061%	12 g
3°	0,137%	27 g
5°	0,381%	76 g
10°	1,52%	304 g
15°	3,41%	682 g

La inclinación también introduce cargas laterales. Una célula de carga da su salida más fiable para fuerzas a lo largo de su eje de medición, mientras que las fuerzas horizontales la estiran, la torsionan y la deforman. La metrología legal refleja esto: la OIML R 76-1 exige ensayos de inclinación para los instrumentos susceptibles de inclinarse, y la sección de la Guía WELMEC 2 sobre instrumentos de pesaje instalados en buques exige ensayos de inclinación de hasta el 25% (15°), salvo que la pantalla se apague a un ángulo menor.

Por qué esperar o promediar no es suficiente

Promediar reduce el ruido aleatorio, pero el movimiento de las olas no es ruido aleatorio en la escala de tiempo de un pesaje. Un promedio solo cancela limpiamente una perturbación periódica cuando abarca periodos de ola completos. Con periodos de 5 a 10 segundos, eso significa de 10 a 30 segundos por lectura para promediar sobre varios ciclos, y los grupos de olas varían en altura, por lo que el promedio sigue fluctuando.

Hay otros problemas:

• Los operarios no esperan. En una línea de procesamiento, una lectura que tarda 20 segundos se abandona, y el operario añade producto extra «por si acaso», lo que se convierte en exceso de peso regalado.
• Un detector de estabilidad básico en una báscula normal puede no declarar nunca la lectura como estable, o puede fijarse en una lectura momentánea en la cresta o el seno de una ola.
• El error de inclinación no se promedia a cero. Siempre da una lectura por defecto, por lo que sesga la media en lugar de cancelarse.

Por eso las básculas marinas corrigen el propio movimiento en lugar de confiar únicamente en el promediado. Qué logra una buena compensación, y cómo puede valorarla un comprador, se explica en Compensación de movimiento en básculas marinas: qué hace y cómo valorarla.

Gravedad, temperatura y humedad

El movimiento es el problema dominante, pero otros tres efectos más lentos también mueven la lectura en un buque.

• La gravedad. La aceleración de la gravedad a nivel del mar varía aproximadamente un 0,5% entre el ecuador y los polos. Una báscula ajustada en puerto en una latitud y utilizada en caladeros muy al norte o al sur da una lectura distinta. Véase Gravedad, latitud y por qué las básculas marinas necesitan compensación de gravedad.
• La temperatura. El cero y el span de la célula de carga varían con la temperatura. Trasladar una báscula entre una bodega de pescado refrigerada y una cubierta soleada supone un salto de temperatura real.
• La humedad y la acumulación de suciedad. El agua, el hielo, la mucosidad y las escamas que se acumulan en la plataforma desplazan el cero, y un cero que aumenta parece exactamente producto adicional.

El enfoque de WPL

WPL fabrica básculas pensadas específicamente para estas condiciones. La báscula de sobremesa Serie M2 y la báscula científica Serie M3 tienen compensación de movimiento; la báscula de plataforma Serie M5 compensa el movimiento, la inclinación y el cambio de gravedad. El comportamiento de estabilidad puede ajustarse por instalación con el Panel de configuración R10, que ofrece ajustes como el filtrado marino, el recuento de estabilidad y la velocidad de la pantalla. Para el panorama completo, empiece por la guía de pesaje en el mar.