unidad 2 metrologia
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2.1 Antecedentes de la
metrologa
metrn= medidas, logos= tratado
El primer antecedente de la metrologa en Mxico llega en el ao 1857 , cuando es adoptado el sistema mtrico decimal .
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Sistema mtrico decimal
Sistema de unidad basado en el metro, medida de longitud,. Propuesta hecha aproximadamente en el ao
1670 por el francs Gabriel Motuton , propuesta que fue discutida por casi 120 aos siendo talleyrand que en 1790 la escribira a la asamblea nacional francesa.
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Antes de la existencia del sistema mtrico decimal el humano tenia que adoptar una
manera de medir, ya que se empez a volver indispensable el saber de que manera
contabilizar e intercambiar sus productos.
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Para finales del siglo XV Y XVIII fueron conseguidos importantes avances en la astronoma,
la geodesia y la medida del tiempo, La metrologa acompaa y precede en muchos casos a
los avances cientficos.
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2.2 Conceptos Bsicos.
La metrologa (del griego o, medida y oo, tratado) es la ciencia de la medida.Tiene por objetivo el estudio de los sistemas de medida en cualquier campo de la ciencia.
La metrologa es la ciencia que nos proporcionan los elementos para verificar si los
fenmenos fsicos Qumicos se realizan de acuerdo a las condiciones fijadas, en los
proyectos, diseos, etc.
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Son instrumentos usados para efectuarlas e interpretarlas
Es la ciencia y tcnica que tiene por objeto el estudio de los
sistemas de pesos y medidas, y la determinacin de las
magnitudes fsicas.
Metrologa es la ciencia que trata de las medidas, de los
sistemas de unidades adoptados.
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Ciencia de las mediciones
Existen 3 tipos de Metrologa:
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2.3 USO DE LOS SISTEMAS
INTERNACIONALES DE MEDIDA.
El Sistema Internacional de Unidades de Medida (SI), es un conjunto de unidades confiables, uniformes y adecuadamente
definidas, que sirven para satisfacer las necesidades de medicin.
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En Francia a fines del siglo XVIII, se estableci el primer sistema de
unidades de medida: el sistema mtrico.
Presentaba como medidas:
Longitud
Volumen
Capacidad
Masa
Basado en dos unidades fundamentales: el metro y el kilogramo.
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Este sistema llevado a la practica, causo problemas al
momento de realizar conversiones.
El comit internacional de la Conferencia General de Pesas y
Medidas (CGPM) creo un sistema nico, el sistema MKS.
Las unidades fundamentales fueron :
El metro
El kilogramo
El segundo.
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El sistema MKS fue aceptado; despus de un tiempo sufri modificaciones
en 1960 por la CGPM (mxima autoridad internacional en metrologa), y lo
llamo:
Sistemas Internacional de Unidades (SI).
El SI est basado en siete unidades fundamentales y dos suplementarias,
adems de que define 19 unidades derivadas.
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Magnitud unidad simbolo
Longitud Metro m
Masa Kilogramo Kg
Tiempo Segundo S
Temperatura
TermodinamicaKelvin K
Intensidad de corriente electrica Ampere A
Intensidad luminosa Candela cd
Cantidad de sustancia mol mol
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La CGPM ha clasificado ciertas unidades que no
pertenecen al SI, en tres categoras:
1.- unidades que se mantienen.
Magnitud Unidad Smbolo Equivalencia
Angulo
Grado
Minuto
segundo
/ 180 rad
/10800 rad
/648000 rad
tiempo
Minuto
Hora
da
min
h
d
60 s
3600 s
86400 s
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Unidades que se mantienen temporalmente.
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Y otras.
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La norma oficial mexicana NOM-Z-1 Sistema Internacional deUnidades.
Establece las definiciones, smbolos y reglas de escritura de lasunidades del Sistema Internacional de Unidades (SI) y otras
unidades fuera de este Sistema que acepte la CGPM, que en
conjunto, constituyen el Sistema General de Unidades de
Medida, utilizado en los diferentes campos de la ciencia, la
tecnologa, la industria, la educacin y el comercio.
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MULTIPLOS Y SUBMULTIPLOS DE LAS UNIDADES DEL SI.
Las unidades del SI, por si solas no logran abastecer las necesidades de medicin en su totalidad.
La CGPM creo mltiplos y submltiplos para todas la medidas contenidas en el SI.
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Los mltiplos:
Del griego tomaron los prefijos (kilo, mega, giga, etc.)
Ejemplo:
Los mltiplos del metro son: el kilmetro, que equivale a 1000 000
metros, y el giga metro que equivale a 1 000 000 000 metros.
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Los submltiplos:
Tomados del latn (mili, micro, nano, etc.)
Ejemplo:
Los submltiplos del metro son:
el milmetro, que equivale a la milsima parte de un metro, el
micrmetro que equivale a la millonsima parte de un metro.
Los prefijos se aplican a todas las unidades del SI por lo que puede
hablarse de miliapers, miligramos, mililitros, mili pascales, etc.
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Los cientficos y tcnicos requieren prefijos adicionalespor el hecho de que ocupan dimensiones
extremadamente grandes como, las dimensiones
interplanetarias y las masas de las estrellas, o
magnitudes extremadamente pequeas como, el
tamao de un tomo o un protn.
Por esto se establecieron prefijos para derivar este tipode unidades.
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Nombre Smbolo valor
Yotta
Zetta
exa
peta
tera
giga
mega
kilo
Y
Z
E
P
T
G
M
K
1 000 000 000 000 000 000 000 000
1 000 000 000 000 000 000 000
1 000 000 000 000 000 000
1 000 000 000 000 000
1 000 000 000 000
1 000 000 000
1 000 000
1 000
hecto
deca
H
D
100
10
unidad 1
deci
centi
d
c
0.1
0.01
mili
micro
nano
pico
femto
atto
zepto
yocto
m
M
n
p
f
a
z
y
0.001
0.000 001
0.000 000 001
0.000 000 000 001
0.000 000 000 000 001
0.000 000 000 000 000 001
0.000 000 000 000 000 000 001
0.000 000 000 000 000 000 000 001
1 metro = 1m 0.1m
0.01m
Uso general
1 milmetro = 1mm
1 micrmetro = 1Mm
0.001m
0.0001m
0.00001m
0.000001m
0.1mm
0.01mm
0.001mm
Uso industrial
Uso de laboratorios de calibracin 0.0000001m
0.00000001m
0.0001mm
0.00001mm
0.1Mm
0.01Mm
1 nanmetro = 1nm 0.000000001m 0.000001mm 0.001Mm
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En metrologa dimensional
1 metro = 1m 0.1m
0.01m
Uso general
1 milmetro = 1mm
1 micrmetro = 1Mm
0.001m
0.0001m
0.00001m
0.000001m
0.1mm
0.01mm
0.001mm
Uso industrial
Uso de laboratorios de
calibracin
0.0000001m
0.00000001m
0.0001mm
0.00001mm
0.1Mm
0.01Mm
1 nanmetro = 1nm 0.000000001m 0.000001mm 0.001Mm
La unidad mas utilizada es el milmetro
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Sistema Ingles,
El cual es empleado en los estados unidos .
Sus unidades base son:
La yarda(la longitud)
La libra(masa)
El segundo(tiempo)
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Como submltiplos de la yarda:
1yarda = 3 pies
1pie= 12 pulgadas.
1 libra= 16 onzas
1 libra= 0.4536 kg.
1 pulgada decimal = 1 pulg
1/10 pulg = .1 pulg = 1 decima
1/100 pulg = .01 pulg = 1 centsima
1/1000 pulg = .001 pulg = 1 milsima
1/10 000 pulg = .0001 pulg = 1 diezmilsima
Uso industrial
Uso en laboratorios de calibracin .00001 pulg = 1 cienmilsima
.000001pulg= 1 millonesima
= 1 M pulg
= 1 micropulg
.0000001pulg=1 diezmillonesima = .1 M pulg
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Tabla de conversiones.
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2.3.1 Sistemas de medicin,
temperatura, presin, torsin y
esfuerzos mecnicos
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Sistemas de medicin:
Sistemas de medicin:
Un sistema de medicin es la coleccin de operaciones, procedimientos,instrumentos de medicin y otro equipo, software y personal definido para
signar un nmero a la caracterstica que est siendo medida.
Importancia de las mediciones:
Las mediciones son muy importantes en toda empresa, pues con base enellas se evala el desempeo de las mismas, de sus equipos, de su gente,
y se toman decisiones importantes a veces costosas. Toda medida est
sujeta a error.
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Termometra Es una rama de la fsica que se ocupa de los mtodos y medios para medir la temperatura.
Simultneamente, la termometra es un apartado
de la metrologa, cuyas misiones consisten en:
- Asegurar la unidad de mediciones de la temperatura.
- Establecer las escalas de temperatura.
- Elaborar metodologas de graduacin y de
la verificacin de los medios de medida de la temperatura.
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Temperatura:
La temperatura es la medida de la cantidad de energa
trmica poseda por un objeto.
Es el nivel de calor en un gas, lquido, o slido. Tres
escalas sirven comnmente para medir la temperatura.
Las escalas de Celsius y de Fahrenheit son las ms
comunes. La escala de Kelvin es primordialmente usada
en experimentos cientficos.
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Escalas para medir la temperatura
Las escalas Fahrenheit, Celsius y Kelvin son tres
diferentes sistemas para la medicin de energa trmica
(temperatura) basada en diferentes referencias.
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Escala Celsius La escala Celsius fue inventada en 1742 por el astrnomo sueco Andrs Celsius. Esta escala divide el rango entre las
temperaturas de congelacin y de ebullicin del agua en 100 partes iguales. Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como
grados Celsius (C).
Escala Fahrenheit La escala Fahrenheit fue establecida por el fsico holands-alemn Gabriel Daniel Fahrenheit, en 1724. Esta escala
divide la diferencia entre los puntos de fusin y de ebullicin del agua en 180 intervalos iguales. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son
conocidas como grados Fahrenheit (F).
Escala de Kelvin La escala de Kelvin lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un fsico britnico que la dise en 1848. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una
temperatura hipottica caracterizada por una ausencia completa de energa calrica. Las temperaturas en esta escala
son llamadas Kelvins (K).
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Tabla de conversiones
Conversin de escalas Formula
C a F F = C x 1.8 + 32.
F a C C = (F-32) 1.8.
K a C C = K 273.15
C a K K = C + 273.15
F a K K = 5/9 (F 32) + 273.15.
K a F F = 1.8(K 273.15) + 32.
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Tipos de termmetros
Termmetros de lquido
Los termmetros de mercurio pueden funcionar en la gama que va de -39 C (punto de congelacin del mercurio) a 357 C (su punto de ebullicin).
El termmetro de alcohol Tiene la ventaja de registrar temperaturas desde -112 C (punto de congelacin del etanol, el alcohol empleado en l) hasta 78 C (su punto de ebullicin).
Termmetros de gas
El termmetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tieneun margen de aplicacin extraordinario: desde -27 C hasta 1477C. Pero es ms complicado, por lo que se utiliza ms bien como
un instrumento normativo para la graduacin de otros termmetros.
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Termmetros de resistencia de platino
El termmetro de resistencia de platino depende de la variacin de la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termmetro ms preciso dentro de la gama de -259 C a 631 C, mide temperaturas hasta de 1127 C. Pero reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran capacidad trmica y baja conductividad.
Par trmico
Un par trmico (o pila termoelctrica) consta de dos cables de metales diferentes unidos, que producen un voltaje que vara con la temperatura de la conexin siendo muy amplio el margen de conjunto: desde -248 C hasta 1477 C. El par trmico es el termmetro ms preciso en la gama de -631 C a 1064 C y, como es muy pequeo, puede responder rpidamente a los cambios de temperatura.
Pirmetros
El pirmetro de radiacin se emplea para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiacin visible emitida por objetos calientes y mide el calor de la radiacin mediante un par trmico o la luminosidad de la radiacin visible. El pirmetro es el nico termmetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 C.
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Ejemplos
de termmetros
1. Termmetro de vidrio
2. Termmetro bimetlico
3. Termopares
4. Termo resistencia ( RTD)
5. Pirmetros de radiacin.
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Presin
La presin queda determinada por el cociente entre una
fuerza y el rea sobre la que acta esa fuerza. As, si una
fuerza F acta sobre una superficie A, la presin P queda
estrictamente definida por la siguiente expresin:
P = F /A
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En fsica, la presin (smbolo p) es una magnitud fsica escalar que mide la fuerza en direccin
perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza
resultante sobre una superficie.
Cuando sobre una superficie plana de rea A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presin P viene
dada de la siguiente forma:
En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier direccin y no estar distribuida uniformemente en cada
punto la presin se define como:
Donde n es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presin.
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TIPOS DE PRESIN
Presin atmosfrica: esta es la fuerza que el aire ejerce sobre la
atmsfera, en cualquiera de sus puntos. Se mide con un
instrumento denominado barmetro.
Presin manomtrica: esta presin es la que ejerce un medio
distinto al de la presin atmosfrica. Representa la diferencia
entre la presin real o absoluta y la presin atmosfrica. La
presin manomtrica slo se aplica cuando la presin es
superior a la atmosfrica. La presin manomtrica se mide con
un manmetro.
Presin absoluta: esta equivale a la sumatoria de la presin
manomtrica y la atmosfrica. La presin absoluta es, por lo
tanto superior a la atmosfrica,
Presin relativa: esta se mide en relacin a la presin
atmosfrica, su valor cero corresponde al valor de la presin
absoluta. Esta mide entonces la diferencia existente entre la
presin absoluta y la atmosfrica en un determinado lugar.
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Importancia de la medicin de la presin
Existen muchas razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir presin. Entre estas se tienen:
Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas presiones que se deben mantener en un proceso.
Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presin no debe exceder un valor mximo dado por las especificaciones del diseo.
En aplicaciones de medicin de nivel.
En aplicaciones de medicin de flujo
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Unidades de medida, presin y sus factores de conversin
En el sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de presin es el Pascal (Pa), que se
define como la fuerza ejercida por un Newton (N) sobre un rea de un metro cuadrado (m2). O sea,
Pa = N/m2 .E l kilo pascal (KPa), 1.000 Pa, permite expresar fcilmente los rangos de presin
comnmente ms usados en la industria petrolera. Otras de las unidades utilizadas son: el kilo
pascal (KPa), el Kilogramo por centmetro cuadrado (Kg./cm2); libras por pulgada cuadrada (Psi); bar, y otros.
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Instrumentos para la medicin de la presin.1. Instrumentos mecnicos
Columnas de Lquido:
Manmetro de Presin Absoluta.
Manmetro de Tubo en U.
Manmetro de Pozo.
Manmetro de Tubo Inclinado.
Manmetro Tipo Campana.
Instrumentos Elsticos:
Tubos Bourdon.
Fuelles.
Diafragmas.
2. Instrumentos electromecnicos y electrnicos
Medidores de Esfuerzo (Strain Gages)
Transductores de Presin Resistivos
Transductores de Presin Capacitivos
Transductores de Presin Magnticos
Transductores de Presin Piezoelctricos
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Torsin
Par de fuerzas, es un sistema formado por dos fuerzas de la misma intensidad o mdulo, pero de sentido contrario. Al aplicar un par de fuerzas a un cuerpo se produce una rotacin o una torsin.
La unidad de medida de la magnitud par de torsin, adoptada por los pases firmantes de la Convencin del Metro y de uso legal en Espaa, es el newton metro (Nm), unidad derivada del S.I
Instrumentos de medicin: Dinammetros y Torqumetros digitales.
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Esfuerzos mecnicos
Cuando se aplica una carga sobre un material, ste responde poniendo su microestructura en tensin para alcanzar el equilibrio (principio de accin y reaccin). La tensin se define como el esfuerzo mecnico que realiza un material para responder a una carga.
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Esfuerzos mecnicos
compresin traccin flexin Cortadura torsin
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Compresin:
Si aplicamos 2 fuerzas de igual magnitud en la misma direccin y sentido opuesto sobre un
cuerpo y tendemos a cortar ste, estamos comprimiendo el objeto.
Traccin.
Cuando estiramos un cuerpo, aplicamos 2 fuerzas de igual magnitud, direccin, y sentido
opuesto, estamos traccionando ese objeto.
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Flexin.
Si aplicamos una fuerza vertical, en el punto medio entre 2 apoyos sobre un elemento
resistente horizontal, estamos sometiendo al cuerpo a esfuerzos de flexin. El cuerpo
tiende a curvarse, a comprimirse en la parte superior y a traccionarse en la parte inferior.
Cortadura.
Una viga biapoyada, est sometida a una fuerza de accin y a 2 fuerzas de reaccin.
Adems de trabajar a flexin tambin est sometida a esfuerzos de cortadura. Las
partculas que componen cada seccin tienden a deslizarse.
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Torsin.
La torsin consiste en aplicar una fuerza transversal con una
determinada distancia generando un momento en el eje
longitudinal una pieza.
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Herramientas de medicin:
Los puestos de prueba se usan en combinacin con los medidores de fuerzade la serie PCE. Ofrecen una solucin ideal para las mediciones de traccin y
compresin.
Mquinas de prueba de flexin
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El trmino: Analgico Se refiere a las magnitudes
o valores que varan con el tiempo en forma
continua como la distancia y la temperatura, la
velocidad, que podran variar muy lento o muy
rpido como un sistema de audio.
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caracterstica
En general los parmetros que caracterizan un fenmeno pueden
clasificarse en Analgicos y Digitales, se dice que un parmetro es
analgico cuando puede tomar todos los valores posibles en forma
continua, por ejemplo: el voltaje de una batera, la intensidad de luz, la
velocidad de un vehculo, la inclinacin de un plano, etc.
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ventaja
Bajo Costo. no requieren de energa de alimentacin. No requieren gran sofisticacin. Presentan con facilidad las variaciones cualitativas de los
parmetros para visualizar rpidamente si el valor aumenta o
disminuye.
Es sencillo adaptarlos a diferentes tipos de escalas no lineales.
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desventaja
Tienen poca resolucin, tpicamente no proporcionan ms de 3 cifras. El error de paralaje limita la exactitud a 0.5% a plena escala en el
mejor de los casos.
Las lecturas se presentan a errores graves cuando el instrumento tiene varias escalas.
La rapidez de lectura es baja, tpicamente 1lectura/ segundo. No pueden emplearse como parte de un sistema de procesamiento de
datos de tipo digital.
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El trmino: Digital Se refiere a cantidades
discretas como la cantidad de personas en una
sala, cantidad de libros en una biblioteca,
cantidad de autos en una zona de
estacionamiento, cantidad de productos en un
supermercado, etc.
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diferencia
se dice que un parmetro es digital cuando solo puede tomar valores discretos, por
ejemplo: el nmero de partculas emitidas por un material radioactivo en un segundo,
el nmero de molculas, en un volumen dado de cierto material, el nmero de
revoluciones de un motor en un minuto, etc.
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ventaja
Tienen alta resolucin alcanzando en algunos casos ms de 9 cifras en lecturas de frecuencia y una exactitud de + 0.002% en mediciones de voltajes.
No estn sujetos al error de paralaje. Pueden eliminar la posibilidad de errores por confusin de escalas.Tienen una rapidez de lectura que puede superar las 1000 lecturas por segundo. Puede entregar informacin digital para procesamiento inmediato en computadora.
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desventaja
El costo es elevado.Son complejos en su construccin.Las escalas no lineales son difciles de introducir.En todos los casos requieren de fuente de alimentacin.
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2.5 CAMPOS DE APLICACIN DE
LA METROLOGA
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La Metrologa es la ciencia que estudia las
mediciones y dimensiones de objetos.
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El trabajo de la metrologa
Es un trabajo que la curiosidad el hombre ha conducido
durante siglos y lo seguira haciendo.
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Objetivo de la metrologa
* Dar a conocer al asistente de forma practica el campo de
aplicacin y la importancia de la metrologa dimensional.
* Dar a conocer al asistente las magnitudes de influencia en el
campo de metrologa dimensional
* Explicar los requisitos de los distintos mtodos de calibracin en
metrologa dimensional. Proporcionar criterios bsicos para
desarrollar una estimacin de incertidumbres de la medicin.
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La Metrologa LegalUn servicio de metrologa legal tiene como fin garantizar medidas
correctas en reas de inters pblico, como el comercio, la salud, el
medio ambiente y la seguridad.
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La Metrologa CientficaSe ocupa de los problemas tericos y prcticos relacionados con las
unidades de medida (como la estructura de un sistema de unidades o la
conversin de las unidades de medida en frmulas).
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Metrologa industrial
Tiene posibilidades de controlar ms este sector, la
metrologa industrial ayuda a la industria en su produccin,
aqu se distribuye el costo, la ganancia.
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La confirmacin Metrolgica
Es el conjunto de operaciones requeridas para
asegurar que un elemento del equipo de medicin
este conforme con los requisitos para el uso
intencionado.
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Objetivo y aplicaciones
Esta Norma Oficial Mexicana tiene por objeto
establecer las especificaciones que deben cumplir los
productos que se procesan.
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Campos de accin de la metrologa
Una gran cantidad de actividades en las que se emplea la
tecnologa dependen de las mediciones y, por
ende, de la metrologa (Ciencia de las mediciones).
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2.6 METROLOGIA
DIMENSIONAL
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Metrologa es la ciencia que trata de las medidas, de los sistemas de unidades
adoptados y los instrumentos usados para efectuarlas e interpretarlas. Abarca varios
campos tales como la metrologa trmica, elctrica, acstica, dimensional etc.
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Metrologa dimensional
Se encarga de estudiar las tcnicas de medicin que determinan
correctamente las magnitudes lineales y angulares (longitudes y
ngulos). Aunque de forma ms general tambin se aplica a este
concepto la de la evaluacin de formas y de acabado superficial.
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La inspeccin de una pieza como la que se muestra en la figura cae dentrodel campo de la metrologa dimensional.
su objetivo es determinar si cualquier pieza fabricada con tal dibujo conforma
con las especificaciones del mismo.
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Generalidades
Es de gran importancia en la industria en general peromuy especialmente en la de manufactura pues las
dimensiones y la geometra de los componentes de un
producto son caractersticas esenciales del mismo.
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Medida
Es la evaluacin de una magnitud hecha segn su relacin con otra magnitud de lamisma especie adoptada como unidad.
Tomar la medida de una magnitud es compararla con la unidad de su mismaespecie para determinar cuntas veces esta se halla contenida en aquella.
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La medicin se puede dividir en
Directa (cuando el valor de la medida se obtiene directamente de los trazos odivisiones de los instrumentos)
indirecta (cuando para obtener el valor de la medida necesitamos compararla conalguna referencia)
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L I N E A L
MEDIDA DIRECTA MEDIDA INDIRECTA
Con trazos o
divisiones
Con tornillo
micromtrico
Con dimensin fija Comparativa Trigonomtrica Relativa
METRO
REGLA GRADUADA
TODO TIPO DE
CALIBRADORES Y
MEDIDORES
DE ALTURA CON
ESCALA VERNIER
TODO TIPO DE
MICROMETROS
CABEZA
MICROMETRICA
BLOQUES PATRON
CALIBRADORES DE
ESPESORES
(LAINAS)
CALIBRADORES
LIMITE (PASA-NO
PASA)
COMPARADORES
MECANICOS
COMPARADORES
OPTICOS
COMPARADORES
NEUMATICOS
COMPARADORES
ELECTROMECANICO
S
MAQUINA DE
MEDICION DE
REDONDEZ
MEDIDORES DE
ESPESOR DE
RECUBRIMIENTO
ESFERAS O
CILINDROS
MAQUINAS DE
MEDICION POR
COORDENADAS
NIVELES
REGLAS
OPTICAS
RUGOSIMETRO
S
-
A N G U L A R
MEDIDA DIRECTA MEDIDA INDIRECTA
CON TRAZOS O
DIVISIONES
CON DIMENSION FIJA TRIGONOMETRICA
TRANSPORTADOR SIMPLE
GONIOMETRO
ESCUADRA DE
COMBINACION
ESCUADRAS
PATRONES
ANGULARES
CALIBRADORES
CONICOS
FALSAS ESCUADRAS
REGLA DE SENOS
MESA DE SENOS
MAQUINAS DE MEDICION
POR COORDENADAS
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Sistemas de unidades de medida
Un sistema de unidades de medida es un conjunto de unidades confiables, uniformes y adecuadamente definidas que sirven para satisfacer las
necesidades de medicin.
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El Comit Internacional de la Conferencia General de Pesas y
Medidas se dedic a la tarea de crear un nico Sistema
Internacional (SI).
Para ello analiz todos los sistemas existentes y adopt uno cuyas
unidades fundamentales eran el metro, el kilogramo y el segundo.
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Directamente relacionadas con la metrologa
dimensional: Tiempo: Segundo (s).
Longitud: Metro (m).
Angulo plano: Radin (rad).
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Dimensiones y tolerancias
geomtricas
La divisin de metrologa dimensional tiene la tarea y la funcin de
Establecer , mantener y mejorar el patrn nacional de longitud
Establecer, mantener y mejorar el patrn nacional de ngulo
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Ofrecer servicios de calibracin para patrones e instrumentos de longitud y ngulo
Asesorar a la industria en la solucin de problemas especficos de mediciones y calibraciones dimensionales
Realizar comparaciones con laboratorios homlogos extranjeros con objeto de mejorar la trazabilidad
metrologica
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Apoyar el sistema nacional de calibracin SNC en actividades de evaluacin tcnica de laboratorios
Elaborar publicaciones cientficas y de divulgacin en el rea de medicin de longitud
Organizar e impartir cursos de metrologa dimensional a la industria
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Las tolerancias tanto las geomtricas como lasdimensionales estn enfocadas a describir, a dar un
margen de error aceptable para su fabricacin, para de
esta manera aumentar la productividad y la calidad, as
como tratar de disminuir de una manera considerable los
costos y las perdidas.
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Ventajas del uso de tolerancias
Independencia de la fabricacin de la pieza
El buen funcionamiento del rgano mecnico
La mecanizacin se simplifica
Tareas realizadas por maestros ajustadores pueden ser reemplazadas
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Tolerancias geomtricas
Se especifican para aquellas piezas que han de cumplir funcionesimportantes en un conjunto, de las que depende la fiabilidad del
producto.
Estas tolerancias pueden controlar formas individuales o definirrelaciones entre distintas formas
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El uso de tolerancias geomtricas permitir un funcionamiento satisfactorio y la intercambiabilidad, aunque las piezas sean
fabricadas en talleres diferentes y por distintos equipos y operarios
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Clasificacin de estas tolerancias
Formas
primitivas
Formas
complejas
Orientacin Ubicacin Oscilacin
Rectitud
Planicidad
Redondez
Cilindricidad
Perfil
Superficie
Paralelismo
Perpendicular
idad
Inclinacin
Concentricid
ad
Posicin
Circular
radial
Axial o total
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Definiciones, sistemas ISC de tolerancias.
ISC (instrumentos sujetos a calibracin)
La cantidad total que le es permitido variar a una dimensin especfica se denomina tolerancia, y es la diferencia entre los lmites superior e inferior
especificados.
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ISC (instrumentos sujetos a calibracin) nos dice que si durante la calibracin se detectaran valores superiores a los establecidos en la
especificacin o reglamento (regulado por la secretara de economa y el
instituto nacional de pesos y medidas) sele rechazara haciendo
referencia al valor que dio origen al rechazo.
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Calculo de ajustes y tolerancias
Tradicionalmente el acabado de las piezas que ensamblan se ha logrado mediante prueba y error hasta lograr un
ajuste adecuado, es decir se requiere un tratamiento
individualizado de cada ensamblaje.
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En la actualidad, las crecientes necesidades de intercambiabilidad y produccin de grandes series, imponen un anlisis cuidadoso para
lograr desde el diseo la eliminacin de problemas de ensamble.
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Tolerancia
A la cantidad total que es permitido variar en la fabricacin de las piezas sele denomina Tolerancia.
Las tolerancias geomtricas se utilizan ampliamente en diversas en diversasindustrias particularmente la automotriz estadounidense. Las principales
normas utilizadas en diferentes pases son las ASME Y 14.5- 2009 y la ISO
1101.
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Tolerancia unilateralOcurre cuando la dimensin de una pieza puede ser solo mayor o solo
menor que la dimensin bsica.
Tolerancia bilateralOcurre cuando la dimensin de una pieza puede ser mayor o menor que la
dimensin bsica.
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Calculo de tolerancias
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AJUSTE
Al ensamblar piezas ocurre un ajuste, el cual es la cantidad dejuego o interferencia resultante de tal ensamble.
El ajuste se selecciona con base en los requerimientosfuncionales.
El ajuste deseado se lograra aplicando tolerancias adecuadas acada una de las partes ensamblantes.
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Los ajustes pueden clasificarse como: Con juego
Indeterminado o de transicin
Con interferencia, forzado o de contraccin
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Calculo de ajustes
Utilizando los valores 50+/-0.02 para un agujero y 50+/-0.01 para el perno obtendremos, al utilizar las expresiones dadas:
49.98 50.02
-50.01 -49.99
-0.03 0.03
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Nota: Obsrvese que con la utilizacin de las expresiones
dadas y la obtencin de dos signos positivos se obtendr un
AJUSTE CON JUEGO, si se obtienen dos signos negativos
se tratara de un AJUSTE FORZADO y si se obtiene un signo
positivo y uno negativo se tendr un AJUSTE
INDETERMINADO.
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2.7 Tipos de Errores
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Definicin:
El error de medida es la desviacin entre el resultado de medicin y el valor real del mesurando. Por lo tanto, a la hora de describir el resultado de una medida lo haremos
de la siguiente forma:
Resultado= Valor verdadero + Error
Los errores surgen debido a la imperfeccin de los sentidos, de los medios, de la observacin, de las teoras que se aplican, de los aparatos de medicin, de las
condiciones ambientales y de otras causas.
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Los errores se agrupan en las siguientes dos familias:
Errores sistemticos:
-Las caractersticas de repetitividad del elemento de medida.
-La desviacin respecto al origen de la medicin.
-Las condiciones medioambientales, es decir, temperaturas, humedades, etc.
Errores aleatorios:
-La fidelidad del instrumento de medida, esto es, su capacidad para que el operador no se
equivoque a la hora de realizar la medicin.
-El estado de uso del instrumento de medicin.
-Las interferencias fsicas, como pueden ser golpes o vibraciones.
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Clasificacin General de los Errores
a) Errores aleatorios: son errores inherentes a cualquier proceso de medicin yprovoca que las mediciones sean distintas.
b) Errores sistemticos: son los errores antes mencionados y provoca que losresultados sean errneos.
c) Errores crasos: son errores tan graves que no queda otra alternativa queabandonar la medicin.
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Tipos de errores:
1. ERRORES INSTRUMENTALES:
Defectos de fabricacin.
Deformaciones.
Falta de linealidad.
Falta de paralelismo.
Friccin excesiva en partes mviles.
Histresis.
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2. Error del operador o por el mtodo de medicin.
Uso de instrumentos no calibrados.
Excesiva fuerza usada al efectuar mediciones.
Uso del instrumento inadecuado.
Error por puntos de apoyo.
Error de sujecin del instrumento.
Error de paralaje
Error de posicin.
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3. Error por condiciones ambientales:
Humedad.
Polvo y contaminacin.
Temperatura.
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Estas variaciones pueden determinarse utilizando la siguiente expresin.
L = Lo T
Donde: L = Variacin de la longitud
= Coeficiente de expansin trmica del material
Lo = Longitud original de la pieza
T = Variacin de la temperatura
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Evitar Errores en las Mediciones
Inmediatamente despus de registrar el dato, verificar el valor medio.
Efectuar las mediciones en las mismas condiciones.
Registrar fecha, nombre del operador e instrumento utilizado, tiempo de inicio y finalizacin, las temperaturas antes y despus de la medicin, el lugar donde se realiz
y el estado del tiempo.
Registrar los valores correctamente y no borrar los datos una vez escritos. Si posteriormente se tiene que corregir un valor, se debe trazar una lnea y anotar la
palabra corregido.
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Causas de los errores
Primer grupo
Incluye errores provocados por aquellas causas que de ninguna manera estn bajo control del observador.
Segundo grupo
Incluye los errores provocados por causas imputables a las magnitudes de influencia.
Tercer grupo
Los errores provocados por causas imputables fundamentalmente a las imperfecciones constructivas del instrumento.
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Estudios de R y R
Repetibilidad, es la variacin de las
mediciones obtenidas con un instrumento de
medicin cuando es utilizado varias veces por
un evaluador cuando mide la misma
caracterstica en la misma parte.
Reproducibilidad, es la variacin en el
promedio de las mediciones hechas por
diferentes evaluadores utilizando el mismo
instrumento de medicin al medir la misma
caracterstica en la misma parte.
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2.8 Instrumentos de Medicin DirectaLos instrumentos de medicin directa
son aparatos que se usan para
comparar magnitudes fsicas
mediante un proceso de medicin,
convirtindolas en unidades de medida
automticamente.
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CLASIFICACIN DE LOS
INSTRUMENTOS DE MEDICIN
DIRECTA.
Los instrumentos de medicin se clasifican de
mediciones lineales y angulares, y a su vez hay
medicin directa e indirecta en cada uno de ellos,
en el tema solo ocuparemos los instrumentos de
medicin Directa, los cuales estn clasificados en
la siguiente tabla dando adems unos pequeos
ejemplos de algunos instrumentos:
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Lineales Directos Con divisiones MetroRegla graduada
Calibrador de vernier
Con tornillo micrmetro MicrmetrosCabezas Micromtricas
Con dimensin fija Bloques patrnCalibres de espesores
Calibradores Pasa No Pasa
Angulares Directos Con divisiones Transportador simpleGonimetro
Escuadra de combinacin
Con dimensin fija EscuadraPatrones angulares
Calibres cnicos
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INSTRUMENTOS DE MEDICIN
ANALOGICA Y DIGITAL.
Los instrumentos analgicos son los determinantes de magnitudes o
valores predeterminados que varan con el tiempo de forma
continua, como por ejemplo la velocidad, y estos instrumentos
representan los valores en forma parecidos al de los relojes, con
agujas sensibles a las seales que envan las magnitudes, algunas
ventajas de estos instrumentos es que son:
1)Son econmicos.
2)Presentan fcilmente las variaciones de los parmetros para una
visualizacin rpida.
3)Son fcilmente adaptables.
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Las desventajas de estos son:
1)Tienen poca resolucin al querer ver con
exactitud los valores.
2)Es muy difcil manipular la informacin
3)La rapidez de lectura es baja.
Para estos instrumentos analgicos es
conveniente usarlos en operaciones con
densidades altas que permitan una fcil
visualizacin de los datos.
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Por otra parte los instrumentos digitales pueden
calcular valores discretos como la cantidad de
productos en algn almacn, estos sistemas digitales
tienen una alta importancia en la industria ya que
pueden obtener y calcular datos con una precisin
mucho ms exacta que con los instrumentos
analgicos, estos a su vez calculan datos para
obtenerlos en un valor determinado requerido por los
estndares establecidos del proceso.
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Algunas de las ventajas que proporcionan los instrumentos digitales son:1)Tienen alta resolucin en la visualizacin de los datos.
2)No estn sujetos al error de paralaje.
3)Tienen una rapidez de lectura que supera las 1000 lecturas/segundo.
Las desventajas de estos son:1)Tienen costo elevado.
2)Las escalas no lineales son difciles de introducir.
3)Son complejos en su construccin.
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CALIBRADOR DE VERNIER
El calibrador de vernier es un instrumento
para medir longitudes en milmetros y en
fracciones de pulgadas a travs de la
escala de vernier
Fue elaborado para poder obtener una
lectura directa en milmetros fcilmente.
El calibrador puede tomar 3 tipos de
medidas: exterior, interior y profundidad, y
en otros caos algunos pueden medir
peldaos.
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Las partes de un calibrador de vernier
convencional:
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MICROMETROEl micrmetro es un instrumento hecho para medir pequeas piezas que no podran
medirse con mtodos convencionales, su funcin bsica se asemeja al tornillo, ya que
al ser girado con una tuerca, esta avanza o retrocede segn el sentido de giro.
Para poder tomar las lecturas, este graba una lnea sobre un cilindro que indica las
graduaciones de los giros dados calculando los milmetros, tambin es fijado al arco
cubriendo el tornillo y la tuerca, y sobre el cilindro gira un tambor sujetado mediante un
pequeo tornillo al husillo y esto permite leer los giros completos y las graduaciones
uniformemente.
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COMPARADORES DE CARATULA
El comparador de caratula es un
instrumento en el cual un pequeo
movimiento del husillo se amplifica
mediante un tren de engranes que mueven
en forma angular una aguja indicando una
variable de medicin predeterminado y dar
tantas vueltas como se le sea posible.
Este es usado principalmente para el error
de forma de una pieza y para la medida
comparativa entre las dimensiones de las
piezas
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Las partes por las cuales se compone un comparador de caratula son:
-
BLOQUES PATRN.
Los bloques patrn son piezas macizas en forma de
paraleleppedo, en las que dos de sus caras paralelas
presentan un fino pulido que materializan la longitud
determinada con elevada precisin.
Este instrumento se usa para efectuar operaciones de
calibracin, de precisin y para calibrar otras herramientas
de medicin.
-
Generalmente es una valija con juegos de
nmeros variables de piezas con un fino acabado
en sus medidas, se pueden adherir entre s
mediante un simple deslizamiento manual,
combinando en la cantidad necesaria para
disponer de cualquier valor nominal requerido
dentro de su mismo campo de utilizacin.
Los requisitos que deben cumplir los
bloques patrn son rigurosos y se basan
en su aptitud para ser instrumentos de
calibracin, los cuales son:
-Exactitud geomtrica y dimensional.
-Capacidad de adherencia a otros
bloques patrn.
-Estabilidad dimensional a travs del
tiempo.
-Coeficiente de expansin trmica
cercano a los metales comunes.
-Resistencia al desgaste y la corrosin.
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CALIBRADORES PASA NO PASA.
Son dispositivos diseados para verificar las dimensiones de una parte en sus
lmites de tamao superior e inferior, consiste en un par de anillos roscados
Pasa No Pasa.
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Se usan tambin para comprobar
dimensiones tales como el dimetro, grosor,
ancho, y su superficie, aunque tambin los
calibradores de anillos se emplean para
revisar dimetros cilndricos, y en aplicacin
determinada se aplica con 2 calibradores el
Pasa y el No Pasa que cada uno se maquina
con los lmites de tolerancia del dimetro de
la parte.
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CALIBRADOR DE ALTURA.
Es el instrumento para medir la
altura de las piezas o las diferencias
de altura entre ellas.
Tambin se utilizan como
herramientas de trazo, para lo cual
incluye un buril.
El calibrador de altura es altamente
exacto, y se pueden leer los datos
en vernier, cm o pulgadas. En este
siguiente diagrama mostraremos
como est construido un calibrador
de altura.
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2.9 Rugosidad
-
Definicin
Segn el diccionario de la real academia Espaola:
Rugosidad:
1. Cualidad de rugoso.
Rugoso:
1. adj. Que tiene arrugas.
Arruga:
1. f. Pliegue que se hace en la piel, ordinariamente por efecto de la edad.
2. f. Pliegue deforme o irregular que se hace en la ropa o en cualquier tela o cosa
flexible.
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Antecedentes
Durante varios aos la medicin de la rugosidad en los materiales no fueconsiderada como una rama de la metrologa.
El mtodo ms prctico para decidir si un acabado superficial cumpla con losrequerimientos era compararlo visualmente y mediante el uso del tacto contra
muestras con diferentes acabados superficiales
-
Que es la rugosidad en metrologia?
La rugosidad son irregularidades provocadas por la herramienta decorte o elemento utilizado en su proceso de produccin, corte,
arranque y fatiga superficial.
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Irregularidades macro-geomtricasSon errores de forma, asociados con la variacion del tamao de la pieza. Estas
irregularidades pueden medirse con instrumentos convencionales.
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Irregularidades micro-geomtricasSon la ondulacin y la rugosidad.
La ondulacin puede ocasionarla varias cosas, una de ellas es la flexin de la pieza
durante el maquinado.
La rugosidad es ocacionada por el elemento utilizado durante el proceso del maquinado.
-
TerminologaLa rugosidad superficial es el conjunto de irregularidades de la superficie real,
definidas convencionalmente en una seccin donde los errores de forma y las
ondulaciones han sido eliminados.
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Superficie real: Superficie que limita el cuerpo y lo separa del medio que lo separa.
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Superficie geomtrica :
Superficie ideal cuya forma est especificada por el dibujo y/o todo documento tcnico.
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Superficie de referencia:Superficie a partir de la cual se determinan los parmetros de rugosidad. Tiene la
forma de la superficie geomtrica. Se puede calcular por el mtodo de mnimos
cuadrados.
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Perfil realEs la interseccin de la superficie real con un plano normal.
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Algunas normas que manejan la calidad de la rugosidad son las siguientes:
UNE 82301:1986 Rugosidad superficial. Parmetros, sus valores y las reglas generales parala determinacin de las especificaciones (ISO 468: 1982).
UNE-EN ISO 4287:1998 Especificacin geomtrica de productos (GPS). Calidad superficial:Mtodo del perfil. Trminos, definiciones y parmetros del estado superficial (ISO 4287:1997).
UNE 1037:1983. Indicaciones de los estados superficiales en los dibujos (ISO 1302: 1978)
ANSI/ ASME B46, 1-1985
-
Comparadores visotctilesElementos para evaluar el acabado superficial de piezas por comparacin
visual y tctil con superficies de diferentes acabados obtenidas por el mismo
proceso de fabricacin.
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Rugosimetro de palpador mecnicoInstrumento para la medida de la calidad superficial basado en la amplificacin
elctrica de la seal generada por un palpador que traduce las irregularidades del
perfil de la seccin de la pieza. Sus elementos principales son el palpador, el
mecanismo de soporte y arrastre de ste, el amplificador electrnico, un calculador y
un registrador.
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Rugosimetro de palpador inductivoEl desplazamiento de la aguja al describir las irregularidades del perfil modifica la
longitud del entrehierro del circuito magntico, y con ello el flujo de campo magntico
que lo atraviesa, generando una seal elctrica.
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Rugosimetro de Patn mecnicoEl patn describir las ondulaciones de la superficie mientras la aguja recorra los
picos y valles del perfil. As se separan mecnicamente ondulacin y rugosidad que
son simplemente desviaciones respecto de la superficie geomtrica con distinta
longitud de onda.
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Rugosimetro: Filtrado elctricoLa seal elctrica procedente del palpador puede pasar a un filtro para eliminar las
ondulaciones, esto es, disminuir la amplitud de sus componentes a partir de una
longitud de onda , (longitud de onda de corte).
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Rugosimetro de palpador mecnico
Actualmente los rugosimetro permiten calcular y tratar
numerosos parmetros de rugosidad, compensar la forma de la
pieza o programar la medida.