patrones metrológicos psm

REPUBLICA BOLIVARINA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO ´´SANTIAGO MARIÑO´´

EXTENSION CABIMAS-COL

PATRONES METROLOGICOS

Autor: Ronny SilvaTutor Académico: Ing. Luis Carrillo

INTRODUCCION

Históricamente esta disciplina ha pasado por diferentes etapas; inicialmente su máxima preocupación y el objeto de su estudio fue el análisis de los sistemas de pesas y medidas.

Desde mediados del siglo XVI, el interés por la determinación de la medida del globo terrestre y los trabajos que al efecto se llevaron a cabo por orden de Luis XIV, pusieron de manifiesto la necesidad de un sistema de pesos y medidas universal, proceso que se vio agudizado durante la revolución industrial y culminó con la creación de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas y la construcción de patrones para el metro y el kilogramo en 1872.

Las mediciones correctas tienen una importancia fundamental para los gobiernos, para las empresas y para la población en general, ayudando a ordenar y facilitar las transacciones comerciales.

A menudo las cantidades y las características de un producto son resultado de un contrato entre el cliente (consumidor) y el proveedor (fabricante); las mediciones facilitan este proceso y por ende inciden en la calidad de vida de la población, protegiendo al consumidor, ayudando a preservar el medio ambiente y contribuyendo a usar racionalmente los recursos naturales.

Situación Mundial

S.I. de UnidadesEl Sistema Internacional de Unidades (SI) tiene su origen en el sistema métrico, sistema de medición adoptado con la firma de la Convención del Metro en 1875.

Para 1960, la Conferencia General de Pesos y medidas (C.G.P.M) como autoridad suprema para la época adoptó el nombre de Sistema Internacional de Unidades (SI). El SI está hoy en día en uso en más de 100 países. Está formado por siete unidades básicas y varias unidades derivadas.

Las unidades de medición se establecen en unidades fundamentales y unidades derivadas, mediante las cuales se miden muy diversas magnitudes tales como velocidad, aceleración, fuerza, presión, energía, tensión y resistencia eléctrica, entre otras.

PATRONES METROLÓGICOS

MASA

Esta estandarizada mundialmente a través del Kilogramo, unidad de masa en el Sistema Internacional (SI). Se define a través de un artefacto conocido como el prototipo internacional del kilogramo (IPK) con las siguientes características: su forma es un cilindro, con diámetro y altura de aproximadamente 39 mm. Está hecho de una aleación de 90 % Platino y 10 % Iridio.


LONGITUD

La definición de 1889 del metro, basado en el prototipo internacional de platino-iridio, fue reemplazado en 1960 utilizando una definición basada en la longitud de onda del criptón 86 de radiación. Este cambio se adoptó con el fin de mejorar la precisión de la medida, la realización se consigue utilizando un interferómetro con un microscopio móvil para medir la diferencia de alcance óptico como las franjas se contaron.


LONGITUD

A su vez, este fue sustituido en 1983 donde se especifica la definición actual, como sigue:

“El metro es la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299 792 458 de un segundo”.


TEMPERATURA

Se definió la unidad de temperatura termodinámica de la siguiente manera:

“El kelvin, unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua”.

De ello se desprende que la temperatura termodinámica del punto triple del agua es exactamente 273,16 grados Kelvin, T = 273,16 K.


CORRIENTE

“El amperio es la corriente constante que, mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de circular despreciable sección transversal, y se coloca 1 metro en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2 x 10 -7newton por metros de longitud”.


TIEMPOLa unidad de tiempo, el segundo, fue en un tiempo considerado como la fracción 1/86 400 del día solar medio. La definición exacta de "día solar medio" se dejó a los astrónomos. Sin embargo mediciones mostraron que las irregularidades en la rotación de la Tierra hicieron de esta una definición insatisfactoria. Con el fin de definir la unidad de tiempo, se adoptó una definición dada por la Unión Astronómica Internacional basada en el año trópico 1900.


TIEMPO

Teniendo en cuenta que una definición muy precisa de la unidad de tiempo es indispensable para la ciencia y la tecnología se sustituyeron las definiciones anteriores por el texto siguiente:

“El segundo es la duración de 9´192.631.770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133”.

VIM

Este Vocabulario pretende ser una referencia común para científicos, ingenieros, físicos, químicos, médicos, biólogos, así como para profesores, estudiantes y todo aquel, implicado en la planificación o realización de mediciones, cualquiera que sea el campo de aplicación y el nivel de incertidumbre de la medición.

Pretende también ser una referencia para organismos gubernamentales e intergubernamentales, asociaciones empresa liares, comités de acreditación, entidades reguladoras y asociaciones profesionales.

Vocabulario Internacional de Metrología (VIM) proporciona un conjunto de definiciones y de términos asociados, para un sistema de conceptos fundamentales y generales utilizados en metrología, así como diagramas conceptuales de representan sus relaciones.

En muchas de las definiciones se da información complementaria por medio de ejemplos y notas.

Patrón de Medida

Un patrón puede ser un instrumento de medida, una medida materializada, un material de referencia o un sistema de medida destinado a definir, realizar o reproducir una unidad o varios valores de magnitud, para que sirvan de referencia.La jerarquía de los patrones comienza desde el patrón internacional en el vértice y va descendiendo hasta el patrón de trabajo.

Tipos de PatrónPatrón Primario.

Patrón que es designado o ampliamente reconocido como poseedor de las más altas cualidades metrológicas y cuyo valor se acepta sin referirse a otros patrones de la misma magnitud.

Patrón SecundarioPatrón cuyo valor se asigna por la comparación con un patrón primario de la misma magnitud, normalmente los patrones primarios son utilizados para calibrar patrones secundarios.

Patrón NacionalPatrón reconocido por la legislación nacional para servir de base, en un país, en la asignación de valores a otros patrones de la magnitud afectada (INN).

Patrón InternacionalPatrón reconocido por un acuerdo internacional para servir de base internacionalmente en la asignación de valores a otros patrones de la magnitud afectada.La custodia del patrón internacional corresponde a la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Sévres, cerca de París. El patrón más antiguo en uso es el prototipo del Kilogramo.

Patrón de referenciaPatrón en general, de la más alta calidad metrológica disponible en un lugar dado o en una organización determinada, de la cual se derivan las mediciones efectuadas en dicho lugar. Los laboratorios de calibración mantienen los patrones de referencia para calibrar sus patrones de trabajo.

Patrón de trabajoPatrón que se utiliza corrientemente para calibrar o controlar medidas materializadas, instrumentos de medida o materiales de referencia.

Patrón de transferenciaPatrón utilizado como intermediario para comparar patrones. Las resistencias se utilizan como patrones de transferencia para comparar patrones de voltaje. Las pesas se utilizan para comparar balanzas.

PATRONES METROLÓGICOSPrototipo Internacional del KilogramoBIPMPlatino-Iridio

Mayor nivel de Precisión(Metrología científica)

Menor nivel de Precisión(Medida directa para consumidores-metrología legal)

Patrón primarioNMIPlatino, Iridio o Acero InoxidablePatrón SecundarioNMIAcero InoxidablePatrón de TrabajoNMIAcero InoxidableCalibracionesRango alto/bajo de masa

CalibraciónEl comportamiento de los equipos de medición y ensayos pueden cambiar con pasar del tiempo gracias a la influencia ambiental, es decir, el desgaste natural, la sobrecarga o por un uso inapropiado. La exactitud de la medida dada por un equipo necesita ser comprobado de vez en cuando, en términos generales, estas frecuencias fluctúan entre los 6 y 24 meses. Para poder realizar esto, el valor de una cantidad medida por el equipo se comparará con el valor de la misma cantidad proporcionada por un patrón de medida. Solo a través de la calibración de los equipos de medición respecto de patrones, las empresas pueden asegurar la validez de sus mediciones. Por eso, todos los instrumentos de medición que afectan la calidad del productos final deber ser sometidos a calibración, labor que debe realizar un laboratorio especializado y acreditado ante el Sistema de Acreditación del INN (Instituto Nacional de Normalización). Los resultados de la calibración deber ser informados en un certificado que entrega el laboratorio.

El calibrado es el procedimiento de comparación entre lo que indica un instrumento y lo que "debiera indicar" de acuerdo a un patrón de referencia con valor conocido. De esta definición se deduce que para calibrar un instrumento o patrón es necesario disponer de uno de mayor precisión que proporcione el valor convencionalmente verdadero que es el que se empleará para compararlo con la indicación del instrumento sometido a calibrado. Esto se realiza mediante una cadena ininterrumpida y documentada de comparaciones hasta llegar al patrón primario, y que constituye lo que llamamos trazabilidad. El objetivo del calibrado es mantener y verificar el buen funcionamiento de los equipos, responder a los requisitos establecidos en las normas de calidad y garantizar la fiabilidad y trazabilidad de las medidas.

CalibradoDurante el calibrado se contrastará el valor de salida del instrumento a calibrar frente a un patrón en diferentes puntos de calibración. Si el error de calibración —error puesto de manifiesto durante la calibración— es inferior al límite de rechazo, la calibración será aceptada. En caso contrario se requerirá ajuste del instrumento y una contrastación posterior, tantas veces como sea necesario hasta que se obtenga un error inferior al límite establecido. En la calibración, los resultados deben informarse a través de un certificado de calibración, en el cual se hará constar los errores encontrados así como las correcciones empleadas, errores máximos permitidos, además pueden incluir tablas, gráficos, etc.

Trazabilidad

La trazabilidad es la propiedad del resultado de las mediciones efectuadas por un instrumento o por un patrón, tal que puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales y a través de éstos a las unidades fundamentales del (SI) por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones, con todas las incertidumbres determinadas. Así se tiene una estructura piramidal en la que en la base se encuentran los instrumentos utilizados en las operaciones de medida corrientes de un laboratorio. Cada escalón o paso intermedio de la pirámide se obtiene del que le precede y da lugar al siguiente por medio de una operación de calibración, donde el patrón fue antes calibrado por otro patrón, etc.

Proceso de CalibraciónAl realizar una calibración de un instrumento podemos encontrarnos ante los siguientes tipos de error:

1. Error de cero: el valor de las lecturas realizadas están desplazadas un mismo valor con respecto a la recta característica.

2. Error de multiplicación: el valor de las lecturas aumentan o disminuyen progresivamente respecto a la característica según aumenta la variable de medida.

3. Error de angularidad: Las lecturas son correctas en el 0% y el 100% de la recta característica, desviándose en los restantes puntos.

Pasos de CalibraciónChequeo y Ajustes Preliminares:

Observar el estado físico del equipo, desgaste de piezas, limpieza y respuesta del equipo.Determine los errores de indicación del equipo comparado con un patrón adecuado —según el rango y la precisión—.Llevar ajustes de cero, multiplicación, angularidad y otros adicionales a los márgenes recomendados para el proceso o que permita su ajuste en ambas direcciones —no en extremos—. Se realizarán encuadramientos preliminares, lo cual reducirá al mínimo el error de angularidad.

Ajuste de cero:Colocar la variable en un valor bajo de cero a 10% del rango o en la primera división representativa a excepción de los equipos que tienen supresión de cero o cero vivo, para ello se debe simular la variable con un mecanismo adecuado, según rango y precisión lo mismo que un patrón adecuado.Si el instrumento que se está calibrando no indica el valor fijado anteriormente, se debe ajustar el mecanismo de cero.Si el equipo tiene ajustes adicionales con cero variable, con elevaciones o supresiones se debe hacer después del punto anterior de ajuste de cero.

Ajuste de multiplicación:Colocar la variable en un valor alto del 70 al 100%.Si el instrumento no indica el valor fijado, se debe ajustar el mecanismo de multiplicación o span.

Repetir los dos últimos pasos hasta obtener la calibración correcta para los valores alto y bajo.Ajuste de angularidad:

Colocar la variable al 50% del span.Si el incremento no indica el valor del 50% ajustar el mecanismo de angularidad según el equipo.

Repetir los dos últimos pasos 4 y 5 hasta obtener la calibración correcta, en los tres puntos.

Incertidumbre de medida La incertidumbre de medida está asociada generalmente a la

duda que existe respecto del resultado de una medición. Existen dos tipos de estimaciones para evaluar la incertidumbre.

◦ Tipo A: Aquellas que pueden estimarse a partir de cálculos estadísticos obtenidos de las muestras recogidas en el proceso de medida.

La desviación estándar experimental (s) La desviación típica experimental de la media es

aún un mejor estimador de esta variabilidad. La incertidumbre asociada a esta estimación.

◦ Tipo B: Aquellas que únicamente están basadas en la experiencia o en otras informaciones.

Varianza estimada asociada. Desviación típica estimada asociada.

Procedimiento que incluye el examen, el marcaje y/o precintado y la emisión de una constancia de verificación, que confirma que el instrumento de medida, productos preenvasados y/o envases satisfacen las exigencias reglamentarias.

Factores que influyen en tomar correctamente una medida

1. Calibración: Dada por el certificado de calibración. 2. Deriva: Variación de la medida a lo largo del

tiempo. 3. Temperatura: Debida a la influencia de la

temperatura. 4. Resolución: Mínima variación perceptible. 5. Inestabilidad: Inestabilidad de la fuente de medida

o equipo. 6. Método: Debida al método de medida, posible

método de medida indirecta de la magnitud a medir. 7. Repetibilidad: Debida a las medidas realizadas por

un mismo instrumento en distintas condiciones. 8. Operador: Debidos a equipos de medida analógicas

especialmente, por lo que se aconseja hacer coincidir las medidas con las divisiones de la escala.

9. Reproducibilidad: Debida a las medidas realizadas por distintos instrumentos en distintas condiciones.

Tabla de Errores

Las mediciones repetidas de una magnitud dada con el mismo método, por el mismo observador e instrumento y en circunstancias similares, no conducen siempre al mismo resultado; esto es porque que cada una de ellas está afectada por un error que depende de los agentes que afectan a la medición, como son:

•DEBIDO AL MÉTODO DE MEDICIÓN: en el ejemplo se ha definido de forma incorrecta el procedimiento de medición; la medición no esta siendo tomada desde cero.

•DEBIDO AL OPERADOR: Presión de contacto incorrecto(debido al operador)•ERROR DE PARALAJE :paralaje es la desviación angular de la posición aparente de un objeto, dependiendo del punto de vista elegido.

•DEBIDO AL INSTRUMENTO: Los micrómetros incorporan un limitador de presión que permite ejercer la presión adecuada con facilidad y de modo uniforme TORNILLO DE FIJACION (LIMITADOR DE PRESION)

•CONDICIONES AMBIENTALES INADECUADAS La pieza a medir debe estar en reposo y a una temperatura de referencia a la cual se suponen acotados los planos

Instrumentos de medida Cinta Métrica flexible o Metro flexible. Regla graduada. Pie de Rey o Pie de Metro. Micrómetro. Reloj comparador. Gramil. Comparador de carátulas. Tacómetro. Termómetro. Voltímetro. Amperímetro Balanzas

Si los instrumentos o equipos de medición no permiten mediciones confiables, es poco probable lograr buenos resultados en el proceso de fabricación de un producto. Gracias a la Metrología la empresa asegura:

◦ Calidad ◦ Productividad ◦ Competitividad

Medir sirve para: ◦ Reducir rechazos y reprocesas ◦ Aprovechar mejor las materias primas ◦ Asegurar el cumplimiento de especificaciones

Un sistema de aseguramiento metrológico esta compuesto por:

◦ Un instrumento de medición verificado y calibrado ◦ Personas capacitadas para usarlo ◦ Una correcta interpretación de los resultados ◦ Un ambiente protegido para los equipos

IMPORTANCIAAlgunas estadísticas señalan que entre un 60% y 80% de las fallas en una fabrica están relacionadas directamente con la falta de un adecuado sistema de aseguramiento metrológico.

Este no solo refiere al instrumento de medición, sino también al factor humano. Es decir, se puede tener el mejor equipo, verificado y calibrado, pero si el usuario no esta capacitado para manejarlo, no podrá interpretar adecuadamente sus valores.

Medir exige utilizar el instrumento y el procedimiento adecuados, además de saber “leer” los resultados. Pero también supone cuidar que los equipos de medición – una regla, un termómetro, una pesa o una moderna balanza -no sufran golpes ni se vean expuestos a condiciones ambientales que los puedan dañar.

La metrología es también una herramienta clave para el comercio exterior: un kilogramo o litro en Venezuela debe ser el mismo en Japón, Italia o Estados Unidos. Tiene, entonces, una gran importancia económica, ya que permite dar certeza respecto de las transacciones.

La metrología esta presente al realizar mediciones para la investigación en universidad y laboratorios; en la actividad de organismos reguladores; en la industria militar; en la producción y el comercio. Su aplicación abarca campos tan diversos como la ciencia, medicina e industria farmacéutica, construcción, metalurgia, minería, la actividad pesquera y alimenticia, los sectores del cuero y textiles, el rubro del plástico y de la madera, entre muchos otros.

Piñeiro, María, Metrología: Introducción, conceptos e instrumentos, Mc Graw Hill, México, D.F, 2004.Restrepo, Jaime, Metrología II, Textos Académicos, Madrid, España, 1998.Witold Kula, Las Medidas y los Hombres, Siglo XXI Editores, Tercera Edición, México, D.F, 2000.Galicia , Roberto, García , Noé, et-al, Metrología Geométrica Dimensional, AGT Editor, Primera Edición, México, D.F, 1986.WEBGRAFIA http://books.google.com.mx/books?id=9ebXd5nzyKAC&printsec=frontcover&dq=metrologia&hl=es&sa=X&ei=QhgVUbSnMOe2wWk44CoCQ&redir_esc=y#http://portal.oas.org/Portal/Topic/CienciaTecnolog%C3%ADaeInnovaci%C3%B3n/Programas/Innovaci%C3%B3nyCompetitividad/Metrolog%C3%ADa/tabid/1433/Default.a spx http://www.metrologia-ema.com/pdf/metrologia-basica.pdf

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