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Presentación sobre conceptos básicos de metrología. Materia de ingeniería...

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METROLOGÍA PRESENTACIÓN II Conceptos metrológicos

Benefic icio io ioss 1) Empresarios y consumidores necesitan saber con precisión el contenido exacto de un producto. Por eso las empresas deben contar con buenos instrumentos para obtener medidas confiables y garantizar buenos resultados.

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Benefic icio io ioss

2)Una medición adecuada incide directamente en la calidad de los productos, que es un pilar de la competitividad internacional.  De hecho, si una empresa quiere certificarse bajo las normas de la seria ISO 9000 debe cumplir con los requerimientos de confirmación metrológica.

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3) La metrología es también una herramienta clave para el comercio exterior:

1 kg

Por lo tanto tiene una gran importancia económica, ya que permite dar certeza respecto de las transacciones.

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4) La metrología esta presente al realizar mediciones en:  La investigación en universidad y laboratorios  En la actividad de organismos reguladores  En la industria militar

 En la producción y el comercio.

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Eje Ejem mplo ploss de or orggan anism ism ismo os regu egula la lador dor dores es • ASTM (Sociedad Americana de Ensayos de Materiales) • ISO (International Organization for Standardization) • ANSI (American National Standards Institute) • ASA (American Standar Asociation) • CENAM (Centro nacional de metrología) • NIST (National Institute of Standards and Technology)

Su aplicación abarca campos tan diversos como:  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, etc.

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¿P ¿PA ARA Q QU UÉ SSIR IR IRVE VE VE?? Algunas 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.  Medir exige utilizar el instrumento y el procedimiento adecuados, además de saber “leer” los resultados.  También implica cuidar que los equipos de medición no sufran golpes ni se vean expuestos a condiciones ambientales que los puedan dañar. 1)

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 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

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Medir sirve para:  Reducir rechazos y reprocesos  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

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S.I S.I.. D DE E UNID IDA ADES  El 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.  En 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.

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CALI LIBR BR BRA ACIÓ IÓN N El 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.

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CALI LIBR BR BRA ACIÓ IÓN N 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 CENAM (Centro Nacional de Metrología). Los resultados de la calibración deber ser informados en un certificado que entrega el laboratorio.

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Patr tró ón de M Me edid didaa 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.

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Ti Tip pos d de e PPaatr trón ón 1) Patrón 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. 2) Patrón Secundario Patrón 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.

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Ti Tip pos d de e PPaatr trón ón 3)

Patrón Nacional Patrón reconocido por la legislación nacional para servir de base, en un país, en la asignación de valores a otros patrones de la magnitud afectada (CENAM). 4) Patrón Internacional Patrón 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. 17

5) Patrón de referencia Patrón 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. 6) Patrón de trabajo Patrón que se utiliza corrientemente para calibrar o controlar medidas materializadas, instrumentos de medida o materiales de referencia. 7) Patrón de transferencia Patrón 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. 18

Cal alibr ibr ibraaci ción ón  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.

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Cal alibr ibr ibraaci ción ón  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. Garantizar la fiabilidad y trazabilidad de las medidas.

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Cal alibr ibr ibraado  Durante el calibrado se comparará 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.

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Cal alibr ibr ibraado  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.

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Proc oce eso d de eC Cali ali alibr br brac ac ación ión Al realizar una calibración de un instrumento encontrarnos ante los siguientes tipos de error:

podemos

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.

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Tabla de Errores

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Pasos d de e Ca Calib lib librrac ació ió ión n 1. Chequeo 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.

• Llevar ajustes de cero, multiplicación, angularidad y otros adicionales a los márgenes recomendados para el proceso o que permita su ajuste en ambas direcciones.

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Pasos d de e Ca Calib lib librrac ació ió ión n 2. 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.

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In Ince ce cert rt rtid id idum um umbr br bre e de m med ed edida ida 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. 29

Fact actor or ore es qu que e iinf nf nfluy luy luyen en en ttom om omaar ccorr orr orrec ec ecttam ame ente una m me edi dida da 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Calibración: Dada por el certificado de calibración. Deriva: Variación de la medida a lo largo del tiempo. Temperatura: Debida a la influencia de la temperatura. Resolución: Mínima variación perceptible. Inestabilidad: Inestabilidad de la fuente de medida o equipo. 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. 30

Alg lgun un unos os in insstr trum um ume entos de medi dició ció ción n • • • • • • • • • • •

Cinta Métrica flexible o Metro flexible. Regla graduada. Pie de Rey o Pie de Met Micrómetro. Reloj comparador. Termómetro. Voltímetro. Amperímetro. Balanzas Rugosímetros. Durómetros.

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Pi Pie ed de e Rey (V (Ver er ern nie ier) r)  Es muy empleado para pequeñas y medianas precisiones. Este instrumento consta de una regla de acero graduada y doblada a escuadra por un extremo.  La regla doblada constituye la boca fija. Otra regla menor también doblada a escuadra, llamada cursor o corredera, se desliza a frotamiento suave sobre la primera y constituye la boca móvil.

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• Pie de rey o calibre vernier universal: Se usa para medir con precisión elementos pequeños (tornillos, orificios, pequeños objetos, etc.). • Para medir exteriores se utilizan las dos patas largas, para medir interiores (por ej. diámetros de orificios) las dos patas pequeñas, y para medir profundidades un vástago que va saliendo por la parte trasera, llamado sonda de profundidad. • Para efectuar una medición, ajustaremos el calibre al objeto a medir y lo fijaremos. La pata móvil tiene una escala graduada (10, 20 o 50 divisiones, dependiendo de la precisión).

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Med edida ida idass con eell PPie ie d de eR Re ey La forma de obtener la medida es la siguiente: 1.- Colocamos la pieza a medir sobre la pinza. 2.- Desplazamos el nonio hasta ajustarse al tamaño de la pieza. 3.- Tomamos la parte entera en milímetros de la medición mirando la situación del 0 del nonio sobre la línea fija, en el ejemplo16mm. 4.- Tomamos la parte decimal de la medición, mirando la línea del nonio que coincide con una división de la regla fija, en el ejemplo 0.40mm. 5.- La medida será 16.40 mm. 35

Ti Tip pos d de em me edic icion ion iones es El Pie de Rey puede hacer tres tipos de mediciones: Exteriores, interiores y profundidades.

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Eje Ejem mplo ploss de m med ed edicio icio icione ne ness Medida de exteriores En la figura, el cero del nonio está entre los 68 y 69 mm y la línea del nonio que coincide con la regla es el 9. La medición será: Parte entera, 68 mm. Parte decimal 0.90 mm La medición completa es 68.90 mm.

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Eje Ejem mplo ploss de m med ed edicio icio icione ne ness Medida de interiores En la figura, el cero del nonio está entre los 32 y 33 mm y la línea del nonius que coincide con la regla es el 2. La medición será: Parte entera, 32 mm. Parte decimal 0.20 mm La medición completa es 32.20 mm.

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Eje Ejem mplo ploss de m med ed edicio icio icione ne ness Medida de profundidades En la figura, el cero del nonius está entre los 60 y 61 mm y la línea del nonio que coincide con la regla es el 3.5. La medición será: Parte entera, 60 mm. Parte decimal 0.35 mm La medición completa es 60 60..35 mm mm.

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Eje Ejem mplo ploss de m med ed edicio icio icione ne ness

La medición será: Parte entera, 56 mm. Parte decimal 0.85 mm La medición completa es 56 56..85 mm mm.

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Eje Ejerrcic cicios ios a)

Pie de Rey

b)

c)

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Micrómetro Su funcionamiento se basa en un tornillo de rosca fina que dispone en su contorno de una escala grabada, la cual puede incorporar un nonio que sirve para valorar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro, 0.01[mm] ó 0.001[mm].

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El m mic ic icrróm óme etr tro o El Micrómetro se clasifica de la siguiente manera: • Micrómetro de exteriores: son instrumentos de medida capaces de medir el exterior de piezas en centésimas. Poseen contactos de metal duro. Ejercen sobre la pieza a medir una presión media entre 5 y 10 N, poseen un freno para no dañar la pieza y el medidor si apretamos demasiado al medir. • Micrómetro digital: son exactamente iguales a los anteriores, pero tienen la particularidad de realizar mediciones de hasta 1 milésima de precisión y son digitales, a diferencia de los anteriores que son analógicos. 44

El m mic ic icrróm óme etr tro o • Micrómetro exterior con contacto de platillos: de igual aspecto que los anteriores, pero posee unos platillos en sus contactos para mejor agarre y para la medición de dientes de coronas u hojas de sierra circulares. • Micrómetro de exteriores de arco profundo: tiene la particularidad de que tiene su arco de mayor longitud que los anteriores, para poder realizar mediciones en placas o sitios de difícil acceso. • Micrómetro de profundidades: se parece mucho al calibre de profundidades, pero tiene la capacidad de realizar mediciones en centésimas de milímetro. • Micrómetro de interiores: mide interiores basándose en tres puntos de apoyo. En el estuche se contienen galgas para comprobar la exactitud de las mediciones. 45

Med edida ida idass con eell m mic ic icrrómetr tro o (P (Palm alm alme er) La forma de obtener la medida es la siguiente: 1.- Colocamos la pieza a medir sobre los topes. 2.- Desplazamos el tambor y el nonio hasta ajustarse al tamaño de la pieza. Bloqueamos el seguro. 3.- Tomamos la parte de la regla en milímetros mirando el nonius sobre la línea fija, en el ejemplo 9.5 mm. 4.- Tomamos la parte de precisión de la medición, mirando la línea del nonius que coincide con la línea central, en el ejemplo 0.21mm. 5.- La medida será la suma de las anteriores 9.71 mm.

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Med edici ici ición ón con M Micr icr icró óme metr tr tro o

Medida de exteriores En la figura, la parte de la regla indica 19 mm, la parte de precisión del nonio que coincide con la línea central marca 0.33mm La medición será: Parte de la regla, 19 mm. Parte de precisión 0.33 mm La medición completa es 19.33 mm. 47

Med edici ici ición ón con M Micr icr icró óme metr tr tro o Pálmer de interiores

Medida de interiores En la figura, la parte de la regla indica 36.5 mm, la parte de precisión del nonio que coincide con la línea central marca 0.37mm La medición será: Parte de la regla, 36.5 mm. Parte de precisión .37 mm La medición completa es 36.87 mm. 48

Eje Ejerrcic cicios ios a)

Pie de Rey

b)

c)

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Eje Ejerrcic cicios ios Micrómetro a)

b)

50...