Nombre: Rivas Romero Jacksson Fernando Código: 201421004602 Programa: Ingeniería Mecánica Asignatura: Introducción a la Ingeniería Mecánica Fecha: 03/Septiembre/2014 INSTRUMENTOS DE MEDIDA 1. RESUMEN Desde la aparición del ser humano sobre la tierra surgió la necesidad de contar y medir. No es posible saber cuándo surgen las unidades para contar y medir, pero la necesidad de hacerlo aporta ingredientes básicos que requiere la metrología, como mínimo, para desarrollar su actividad fundamental como ciencia que estudia los sistemas de unidades, los métodos, las normas y los instrumentos para medir. Como ejemplo podemos referirnos al Antiguo Testamento de la Biblia, donde se dice: “Hazte un arca de maderas resinosas. Haces el arca de carrizo y la calafateas por dentro y por fuera con betún. Así es como la harás: longitud del arca, trescientos codos, la anchura cincuenta codos, y su altura treinta codos. Hacer el arca con cubierta y a un codo la rematarás por encima, pones la puerta del arca en su costado y haces un primer piso, un segundo piso y un tercero ”.
Génesis, 6-14;16. En la actualidad, en cada laboratorio, taller o línea de producción es posible encontrar aparatos o dispositivos con escalas de medición, en donde es muy importante manejar conceptos tales como unidades, sistemas de unidades, trazabilidad, patrones, normas, métodos, calibración, sistema de certificación, etc. A través del estudio de la metrología se logra desarrollar en el estudiante la capacidad para estudiar y evaluar sistemas de medición utilizados en ingeniería, con base en los requerimientos de normas nacionales e internacionales; Es importante recordar y reconocer las diferentes unidades de medida y las reglas generales de conversión con el fin de crear una cultura de excelencia y precisión en nuestras labores de ingeniería. Sumado a la capacidad de estudiar, evaluar, recordar, reconocer y convertir los diferentes sistemas y unidades de medición es de vital importancia desarrollar la capacidad de identificar y conocer los instrumentos de medición más comunes utilizados en ingeniería, así como los detalles para realizar mediciones correctas. Dentro de la actividad profesional del Ingeniero, es importante tener las bases para que al momento de tomar mediciones para el estudio y análisis de un proceso; estas sean justas, exactas, consistentes y sobre todo de acuerdo con las normas nacionales e internacionales reconocidas entre proveedores y consumidores porque depende de ello el acceso exitoso a los mercados mundiales en un ambiente competitivo, ya que los acuerdos internacionales e inclusive las relaciones bilaterales no pueden funcionar si no se establecen y no se cumplen dichas normas, procedimientos y especificaciones de materia prima, métodos, maquinaria y equipo, medio ambiente, mercado, medición y mano de obra.
2. INTRODUCCIÓN Metrología (metron: medida, logos: tratado) de acuerdo con sus raíces la metrología está relacionada con todas y cada una de las actividades de la humanidad. Y ayuda a todas las ciencias existentes para facilitar su entrenamiento, aplicación, evaluación y desarrollo, habiendo estado ligada al hombre desde su creación o aparición sobre la faz de la tierra. Cada trabajo de medición se hace bajo un sistema de unidades de medidas lo cual es un conjunto de unidades confiables, uniformes y adecuadamente definidas que sirven para satisfacer las necesidades de medición.
Al hacer mediciones, las lecturas que se obtienen nunca son exactamente iguales, aún cuando las efectúa la misma persona, sobre la misma pieza, el mismo método, etc. Esta variación puede ser relativamente grande o pequeño, pero siempre existirá. La metrología dimensional se encarga de estudiar las técnicas de medición que determinarán correctamente las magnitudes lineales y angulares (longitudes y ángulos). Se aplican en medición de longitudes (exteriores, interiores, profundidades, alturas, etc.), así como el acabado superficial. La metrología dimensional se puede clasificar de la siguiente manera:
3. OBJETIVOS Objetivo General Desarrollar la capacidad para estudiar y evaluar sistemas de medición utilizados en Ingeniería, con base en los requerimientos de normas nacionales e internacionales. Además de presentar tópicos especiales de la actualidad referente al área.
Objetivos Específicos
Adquirir una visión global referente al área de Metrología y Calibración así como el entendimiento de conceptos básicos al respecto.
Recordar las unidades básicas de medida y las reglas generales de conversión, de acuerdo a normas internacionales.
Identificar y conocer los instrumentos de medición más comunes utilizados en Ingeniería Industrial, así como los detalles para realizar mediciones correctas.
4. CONTENIDO GENERAL 4.1 Conceptos Básicos Metrología: es la ciencia que trata de las medidas, sistemas de unidades adoptados, instrumentos usados para efectuarlos e interpretarlos, así como los métodos y normas que aplican a las mediciones. Abarca campos tales como: metrología térmica, eléctrica, dimensional, etc. Cotidianamente enfrentamos en el trabajo y en la vida diaria el problema de medir. Medir: es comparar dos objetos de acuerdo a una característica física que lo distinga (magnitud) por ejemplo: su peso, temperatura, etc. No basta con decir que “un objeto es más pesado que otro” ó que “ está muy pesado”. Medir responde a la pregunta ¿Cuántos más? O ¿Cuál es su peso? Sistema de medición: es el conjunto de operaciones, procedimientos, instrumentos (software) y personal utilizado
para llevar a cabo el proceso de medición. Instrumentos de medición: cualquier dispositivo para obtener mediciones. Unidad (de medida): unidad particular, definida y adoptada por convención, con la cual se comparan las otras magnitudes de la misma naturaleza para expresar cuantitativamente su relación con ésta relación. Ref. International Vocabulary of Basic and General Terms. ISO Calibración: comparación de las lecturas proporcionadas por un instrumento o equipo de medición contra un patrón de mayor exactitud conocida. Trazabilidad: es la cadena de comparaciones que relaciona un instrumento con su patrón primario.
4.2 Errores de Medición Al hacer mediciones, las lecturas que se obtienen nunca son exactamente iguales, aún cuando las efectúa la misma persona, sobre la misma pieza, el mismo método, etc. Esta variación puede ser relativamente grande o pequeño, pero siempre existirá. El error de medición se puede representar como: Error absoluto: diferencia entre el valor leído y el valor convencionalmente verdadero. Error relativo: es el error absoluto entre el valor convencionalmente verdadero. De acuerdo al origen donde se produce el error, estos pueden ser: Errores por el instrumento o equipo de medición. Puede deberse a defectos de fabricación (deformaciones, imperfecciones mecánicas, etc.) y tiene valores máximos permisibles establecidos en normas o información técnica de fabricantes de instrumentos. Los errores por el instrumento pueden determinarse mediante calibración. Error del operador o por el método de medición. Muchas de las causas del error aleatorio se deben al operador, por ejemplo falta de agudeza visual, descuido, cansancio, alteraciones emocionales, etc. Otro tipo de error es debido al método o procedimiento con que se efectúa la medición. El principal es la falta de un método definido y documentado. Error por condiciones ambientales: Humedad: debido a los óxidos que se pueden formar por humedad excesiva en las caras de medición del instrumento o en otras partes, se establece como norma una humedad relativa de 55% ± 10%. Polvo: Los errores debido al polvo o mugre se observan con mayor frecuencia de lo esperado, algunas veces alcanza el orden de 3 micrómetros. Se recomienda utilizar filtros de aire que limiten la cantidad y tamaño de las partículas en el ambiente. Temperatura: En mayor o menor grado, todos los materiales que componen tanto las piezas por medir como los instrumentos de medición, están sujetos a variaciones longitudinales debido a cambios de temperatura. Para eliminar estos errores se estableció internacionalmente, desde 1932, como norma una temperatura de 20ºC para efectuar mediciones.
4.3 Instrumentos de Medición A continuación se describirán una serie de instrumentos de medición para saber el manejo y cuidados que se deben de tener para utilizarlos de la mejor manera.
Regla Las reglas de acero se fabrican en una gran variedad de tipos y tamaños, adecuados a la forma o tamaño de una sección o la longitud de una pieza. Para satisfacer los requisitos de la pieza que se produce y se va a medir, hay disponible reglas graduadas en fracciones o decimales de pulgadas o en milímetros; la más común es de 6 pulgadas o 150 milímetros. Se emplean cuando hay que tomar medidas rápidas y cuando no es necesario un alto grado de exactitud. Las reglas más comúnmente utilizadas son: Las reglas rígidas de acero templado, y las reglas flexibles que regularmente son más estrechas y delgadas, lo que permite flexionarla, para realizar las lecturas donde la rigidez de la regla de acero no permite la medición adecuada.
Calibrador Vernier El calibrador vernier fue elaborado para satisfacer la necesidad de un instrumento de lectura directa que pudiera brindar una medida fácilmente, en una sola operación. El calibrador típico puede tomar 3 tipos de mediciones exteriores, interiores y profundidades, pero algunos además pueden realizar medición de peldaño. Existe una gran variedad de calibradores vernier como por ejemplo: calibradores vernier tipo estándar, tipo M, etc., cada uno con características muy especiales y que son convenientes de acuerdo a las condiciones de la medición que se vaya a realizar. Los factores que afectan la exactitud de la medición con calibradores son: 1) Error inherente a la construcción de calibrador 2) Error de paralaje 3) Condiciones ambientales y fuerza de medición
Calibrador de Carátula Debido al mecanismo del indicador basado en cremallera y piñón, el calibrador de carátula ofrece lecturas fáciles; pero, al mismo tiempo, esta característica requiere poner una atención especial en su manejo, que no se requiere en el calibrador vernier. De acuerdo a normas establecidas, se recomienda utilizarlos en lugar de los vernieres cuando se toman mediciones de hasta 0, 02 mm ya que en este último puede generarse un error en la lectura.
Calibrador Electro Digital Estos calibradores en la actualidad se utilizan extensamente debido a sus ventajas de fácil lectura, operación y funcionalidad mejorada. Están disponibles en una amplia variedad de tamaños con rangos de medición de 100, 150, 200, 300, 450, 600 y 1000 mm. Están provistos con un conector para salida de datos.
Micrómetro Uno de los instrumentos que se utiliza con mayor frecuencia en la industria en general; principalmente utilizado en la industria metalmecánica. Puede generar valores con hasta 0, 001 pulg. El principio de medición del micrómetro es un dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando éste es movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte el movimiento giratorio del tambor en el movimiento lineal del husillo. El desplazamiento de éste amplifica la rotación del tornillo y el diámetro del tambor. Las graduaciones alrededor de la circunferencia del tambor permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo. Existen diferentes tipos de micrómetros: mecánicos y digitales con diferentes rangos de medición, al igual que los vernieres estos tipos de micrómetros también cuentan con diferentes diseños (puntas de medición, topes, mecanismo, material, etc.)
Las principales causas de errores cuando se realizan mediciones con micrómetros u otros instrumentos de medición son: 1) Principio de Abbe : “la máxima exactitud puede obtenerse únicamente cuando el eje del instrumento está alineado con el eje de la pieza que está siendo medida”. 2) Error de paralaje : “es el cambio en la orientación relativa ap arente de un objeto cuando es visto desde diferentes posiciones; causa errores de medición cuando hay una diferencia de altura entre 2 superficies graduadas”. 3) Puntos Airy y puntos Bessel : “cuando una barra larga y delgada está soportada horizontalment e, la cantidad de flexión debida a su propio peso varía significativamente dependiendo de las posiciones de los soportes. Los puntos Airy y los puntos Bessel son puntos de soporte para obtener condiciones específicas de flexión”.
Bloques Patrón Son utilizados comúnmente como patrones para calibrar instrumentos de medición, por el acabado superficial y la exactitud de la composición de sus cara s.
Caliper Checker Es una composición de medidas estándares para la calibración de vernieres y medidores de a ltura.
5. CONCLUSIONES
La necesidad de contar y medir existe desde la existencia misma del hombre y se realiza en el día a día. Dentro de la actividad profesional del Ingeniero es importante tener las bases para que al momento de tomar mediciones para el estudio y análisis de un proceso; estas sean justas, exactas, consistentes y sobre todo de acuerdo con las normas nacionales e internacionales. Es importante considerar todas las condiciones que pueden generar errores en las mediciones para lograr resultados más precisos. Al momento de manipular un instrumento de medición es importante tomar todas las precauciones necesarias para evitar descalibrarlo y generar mediciones erradas a futuro. Al momento de hacer una medición es importante tomar varias mediciones y promediar los valores para evitar tomar una lectura errada en el primer intento. Al igual que la importancia de identificar los diferentes instrumentos de medición, también es importante identificar las herramientas de calibración para lograr mantener los instrumentos en óptimas condiciones. No existen las mediciones o lecturas perfectas, pero en cada tarea de medición se debe buscar una precisión que nos acerque a la exactitud a través de la repetitividad.
6. BIBLIOGRAFÍA
González Carlos. “Metrología Dimensional” 2 da edición, Mc Graw Hill (2000) Bentley John. “Sistemas de Medición” 2 da edición, CECSA (2001) Morales Ramón. “Notas de Instrumentación y Metrología ”, Universidad de Sonora “Curso Básico de Metrología ”, SENA (2013)
