UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica
LABORATORIO DE MATERIALES PARA INGENIERÍA EXPERIENCIA E051: Medición con instrumento manual
JOSÉ IGNACIO ZAMORA HUANEL
Profesor: Paulina Bravo Fecha experiencia: 15 de septiembre de 2017 Fecha de entrega: 25 de septiembre de 2017
SANTIAGO – CHILE 2017
CONTENIDO 1. 2.
RESUMEN..............................................................................................................2 OBJETIVOS ........................................................................................................... 2
2.1. OBJETIVOS GENERALES .............................................................................. 2 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................ 2 3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS INSTRUMENTOS ................................ 3 4. 5.
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ......................................................................... 3 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS..................................................................... 4
6. 7.
CONCLUSIONES ................................................................................................... 4 APÉNDICE ............................................................................................................. 5 7.1. TEORÍA ........................................................................................................... 5 7.1.1. 7.1.2. 7.1.3.
Pie de metro .............................................................................................5 Micrómetro ............................................................................................... 7 Errores ..................................................................................................... 8
TABLAS Tabla 5.1.- Presentación de datos obtenidos ................................................................. 4
1. RESUMEN En esta experiencia de laboratorio se trabajó con dos tipos de instrumentos de medición de longitudes, pie de metro y micrómetro en escalas de [mm] y [pulg]. Se realizaron medidas a dos piezas bases, las cuales se conforman con distintas características dimensionales, que fueron evaluadas en su influencia en la medición. Por medio de estos distintos datos de medidas en longitudes específicas se analizó el error en la medición y se relacionó con las características geométricas y superficiales de la pieza.
2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVOS GENERALES Adquirir el conocimiento y desarrollar la destreza en el uso de instrumentos de medición dimensional manual, destinados a la verificación y control de piezas mecánicas 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Comprender el principio de funcionamiento de los instrumentos de medición dimensional manual, tales como: Pie de metro, tornillo micrométrico.
Conocer el campo de aplicación y el procedimiento de medición de los
instrumentos indicados en el punto anterior. Conocer la metrología para evaluar los errores de las mediciones con los instrumentos ya citados.
Analizar la calidad dimensional de una pieza mecánica.
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3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS INSTRUMENTOS
Pie de metro universal, resolución en: 0,02mm y 1/64” Pie de metro universal, resolución en: 0,001” y 1/128”
Tornillo micrométrico exterior, resolución: 0.01mm, rango de operación: 0-25mm Tornillo micrométrico exterior, resolución: 0.0002mm, rango de operación: 0- 1”
4. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
La profesora explica elprincipio de funcionamiento del pie de metro y la forma de realizar las lecturas en dicho instrumento, haciendo hincapié en identificar las características técnicas de este instrumento
Mediante ejercicios prácticos, se adquieren destreza en la forma de realizar las lecturas.
Mediante ejercicios prácticos de medición, el profesor muestra a los alumnos los diversos procedimientos de medición según el tipo de medición a realizar con el pie de metro, (mediciones de exteriores, de interiores y de profundidad). Además hace especial énfasis en las fuentes de error al medir con pie de metro.
Se repiten los puntos anteriores para el tornillo micrométrico.
Familiarizados con las lecturas y las mediciones, la profesora el procedimiento para procesar las mediciones de un atributo y presentarla como un resultado de la medición (RM=RB+-IR).
Se procede a medir dimensiones específicas de dos piezas mecánicas usando un pie de metro y un tornillo micrométrico. Se realizan 5 mediciones para cada dimensión.
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5. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS A continuación se presenta los datos obtenidos de las mediciones con los cuatro instrumentos, cada uno en su unidad y además los errores involucrados de manera relativa y de manera absoluta, esto es comparando con el mismo instrumento en distinta escala PIE DE METRO
MICRÓMETRO
MEDIDA D1 D2 D3 D4 A1
[mm] 14,280 14,200 14,140 18,140 24,400
[in] 0,561 0,560 0,555 0,716 0,953
[mm] 14,20 14,16 14,13 18,15 24,16
[in] 0,5684 0,5652 0,5632 0,7302 0,9540
A2 A3 A4 L1 L2 L3 L4
24,340 24,200 24,260 20,940 41,420 61,800 82,060
0,952 24,17 0,9533 0,952 24,17 0,9534 0,951 24,18 0,9544 0,812 1,594 2,366 3,140 -
ERROR EN [mm] ERROR EN [in] ERROR ERROR ERROR ERROR RELATIVO PORCENTUAL RELATIVO PORCENTUAL 0,080 0,56% 0,0074 1,30% 0,040 0,28% 0,0052 0,92% 0,010 0,07% 0,0082 1,46% 0,010 0,06% 0,0142 1,94% 0,240 0,98% 0,0010 0,10% 0,170 0,030 0,080 -
0,70% 0,12% 0,33% -
0,0013 0,0014 0,0034 -
0,14% 0,15% 0,36% -
Tabla 5.1.- Presentación de datos obtenidos
6. CONCLUSIONES En este laboratorio inicial se utilizaron instrumentos esenciales que son determinantes para realizar cualquier medida de dimensiones en nuestra área de trabajo, es indispensable conocer su funcionamiento y poseer destrezas que permitan el óptimo uso en momentos determinados, uno de los objetivos se cumplió y a medida que se ocupe con más frecuencia será una herramienta importante. Además de adquirir conocimiento en el uso, se analizaron las fuentes de error que poseen estos instrumentos y sus variables que influencian en el resultado final de la medición, y esto es que tanto para el micrómetro y el pie de metro en unidades de [mm] las medidas se podrían considerar menos precisas debido a la división de escala que éstas alcanzan comparadas con las símiles pero en unidades de pulgada. Para el micrómetro en [mm] se mostró que puede existir una fuente de error para 4
ciertas lecturas donde la medida se debía redondear según la alineación oc n el nonio, causando una distorsión en la medida fundamental en la que el micrómetro en pulgadas no posee. En cuanto a las medidas obtenidas en la experiencia se compararon entre pie de metros y micrómetros en su misma escala notando algunas diferencias y esto debido a múltiples factores, siendo una es especial la experiencia del operador y su capacidad fina de leer la medida y otra también importante son los errores presentes en la pieza como sus características geométricas la planitud, el paralelismo en sus caras, el acabado superficial, errores superficiales, ya que el micrómetro realiza la medición en un punto específico, quizás mida una cierta lectura, sin embargo en un punto cercano a la misma medición adquiera cierto error, y en el pie de metro al ser tenazas planas por así decirlo la geometría como las caras planas sean paralelas confluye en un problema que a veces a simple vista es difícil de apreciar, es por esto que la calidad de la pieza debe ser conocida y sus tolerancias.
7. APÉNDICE 7.1. TEORÍA 7.1.1. Pie de metro
Ilustración 7.1.1.1.- Diagrama Pie de metro
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El pie de metro es un instrumento de medida lineal de gran utilidad en el taller, por medio de él se pueden controlar medidas de longitud exteriores, interiores y de profundidad. La precisión del pie de metro es 1/10 [mm], 1/20 [mm] y 1/50 [mm]. Una descripción del pie de metro se observa en la figura anterior, estos instrumentos se construyen normalmente de acero inoxidable, que posee una gran resistencia a la deformación y al desgaste. Están constituidos en dos partes principales, el cuerpo fijo y el móvil, en este último se encuentra el Nonio. El Nonio representa una característica principal en el pie de metro ya que es en el que se efectúa las medidas con aproximaciones inferiores a un milímetro, como en una graduación normal de una regla. La graduación marcada en los Nonios del cursor puede ser de 10 marcas que están dividas en partes iguales en una longitud de 9 [mm], así pues, la distancia entre dos marcas consecutivas del Nonio es de 9/10 de [mm] (9:10=0,9 [mm]). Cuando el 0 del Nonio coincide con el 0 de la escala del cuerpo, el pie de metro está cerrado. En esta posición la décima marca del Nonio coincide con la novena marca de la escala fija. Ninguna otra marca del Nonio comprendida entre el 0 y el 10, coincide con una marca de la escala del calibre.
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7.1.2. Micrómetro
Ilustración 7.1.2.1.- Diagrama de micrómetro
Arco: Es construido de acero especial, tratado térmicamente, a fin de eliminar las tensiones; es forrado de placas aislantes para evitar la dilatación por el calor de las manos. Tornillo Micrométrico: Este tornillo garantiza la precisión del micrómetro. Está construido de alta precisión en material apropiado, como aleación de acero y acero inoxidable, templado, para darle una dureza capaz de evitar, el desgaste prematuro. La Punta Fija: Es construida también de acero o acero inoxidable y está fija directamente al arco. La Punta Móvil es la prolongación del tornillo micrométrico. Las caras de contacto son endurecidas por procesos diversos para evitar el desgaste rápido de las mismas. En los micrómetros modernos, los extremosde las puntas son calzados con placas de metal duro, garantizando, así, por más tiempo, la precisión del micrómetro. El funcionamiento de un micrómetro se basa en que sí un tornillo montado en una tuerca fija se hace girar, el desplazamiento del tornillo en el sentido 7
longitudinal es proporcional al giro de la cabeza. Por ejemplo, si el tornillo se hace girar dentro de la tuerca fija, al dar una vuelta completa en el sentido de la flecha a, el tornillo avanza en el sentido de la flecha b, en una longitud igual al paso de la rosca; si se dan dos vueltas, avanza una longitud igual a dos pasos, si se da media vuelta, avanza medio paso, y si se da un cincuentavo de vuelta o una centésima de vuelta, el extremo avanzará un cincuentavo una centésima de paso. Si el tornillo se construye de un paso 0,5 [mm] y la cabeza se divide en cincuenta partes iguales, se podrán medir desplazamientos de 0,5/50 = 0,01 [mm] (una centésima de milímetro). 7.1.3. Errores
Error sistemático: es el error característico de los instrumentos y también en lo que se está midiendo por cómo está construido, o en una particularidad del operador o en el proceso de medición en sí. Este tipo de error se puede medir como
Error aleatorio: es aquel error condicionado probabilísticamente, que es inevitable y se produce por eventos imposibles de controlar durante un proceso de medición. Las fuentes de los errores aleatorios son difíciles de identificar o sus efectos no pueden ser corregidos del todo.
Donde
es el factor probabilístico T-Student que va acorde a la
cantidad de grados de libertad de la muestra y el grado de confianza, Y S es la desviación estándar de la muestra.
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