Guia metrologia 2 by Ricardo Mariscal

PROCESOS INDUSTRIALES Guía Académica No. 2.

METROLOGÍA +

T/P, I/P, D/E, I/I, M/I, I/M

Por: Ing. Ricardo A. Forero R.

OBJETIVO GENERAL •

Asimilar

los

Metrología

conceptos

sobre

manipular

adecuadamente las herramientas necesarias

para

satisfacer

los

requisitos metrólogicos de la norma internacional ISO/IEC 17025.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS •

Conocer los conceptos básicos y definiciones sobre la metrología y sobre los sistemas de unidades.

•

Conocer

los

instrumentos

medida básicos para magnitudes lineales. •

Manejar el Calibrador Pie de Rey, el Micrómetro y el Goniómetro, así como conocer otros elementos de medida.

CONTENIDO: Definición

Importancia de la Metrología

Sistemas de Unidades

Sistema Internacional de Medidas

Conversión de Unidades

Las Medidas

Medición de una Serie de Muestras

Tolerancias Términos Asociados a la Calibración

Desde el principio de la civilización, el hombre va formando en su mente la idea de medida y comienza a medir. Comparaba masas de acuerdo con su sensibilidad muscular, medía distancias según los distintos esfuerzos al tirar una piedra, o lo que podía recorrer a pie en un día, y así por el estilo realizaba otras mediciones. A medida que avanzaba la civilización el hombre comienza a usar para las medidas de longitud "Patrones Naturales" como: pie, pulgadas, dedo, palma, brazo, etc., que eran fácilmente transportables y que tenían cierta uniformidad. Las primeras mediciones que se hicieron se relacionaron con la masa, la longitud y el tiempo; después surgieron las de volumen y ángulo, como una necesidad en el desarrollo de la construcción. Como

estas

unidades

medidas eran imperfectas y variaban de un lugar a otro, aun con el mismo nombre, al desarrollarse el comercio, la industria y la ciencia, fueron aumentando las dificultades y complicaciones en este aspecto de las relaciones humanas. Se hizo necesario unificar los diferentes sistemas de medidas. Por esto, Inglaterra establece patrones de masa y longitud (libra y yarda) y posteriormente el Sistema Inglés “BS” (Pie, Libra, Segundo), que adoptado por todas las colonias británicas y por Estados Unidos, fue durante largo tiempo el sistema de medidas mas utilizado en el mundo. También Francia, en 1.790, por medio de su academia de ciencias, propone a la Real Sociedad de Londres establecer "Patrones invariables para todas las medidas y pesos", pero Inglaterra no secundó este loable esfuerzo, porque ya disponía de un sistema propio. Sin embargo, los franceses

siguen adelante solos y logran establecer un sistema sencillo, cómodo, único, eficiente, capaz de evolucionar y fácil de aprender; el Sistema Métrico Decimal (SMD) que adoptó como unidades fundamentales el metro (unidad de longitud) y el gramo (unidad de masa). A partir de las medidas de los patrones físicos- básicos, metro y kilogramo, se hicieron en platino los patrones respectivos, (en relación con el patrón de masa, no se hizo el de la unidad fundamental "g" sino el de su múltiplo mil veces mayor, “kg”) y se depositaron en los archivos de Francia, en 1.799. Como este sistema fue creado con el propósito de resolver el problema de la falta de unificación universal en las mediciones, pronto fue progresando en su implantación, de tal manera que en 1.865 casi toda Europa y gran parte de América del Sur lo usaban.

9 10

Sistema Nacional de Normalización, Certificación y Metrología

Métodos de Medición

Instrumentos de Medición

Instrumentos de Medición de Longitud

Medición de Precisión

Actividad No. 1. Actividad de Consulta y Estudio

Actividad No. 2. Ejercicios de Conversión de Unidades

Actividad No. 3. Uso del Calibrador o Pie de Rey

Actividad No. 4. Uso del Micrómetro o Tornillo Palmer

Actividad No. 5. Lectura del Goniómetro

Actividad No. 6. Actualización y Fomento del Uso de Otro Idioma

Actividad No. 7. Laboratorio: Mediciones de longitud y ángulos.

ANEXO IMPORTANTE. Normas Mínimas de Seguridad en el Taller

Bibliografía

La Metrología es el campo del conocimiento relativo a las medidas, a los sistemas de unidades adoptados y a los instrumentos usados para efectuarlas. Todas las propiedades de la Materia requieren ser cuantificadas, para lo cual la metrología tiene varias magnitudes.

Metrología

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DEFINICIÓN No existe una definición clara y completa de la Metrología, con la que al menos los metrólogos se encuentren satisfechos, fuera de la clásica que la define como “ciencia de la medición”.

La metrología no solo estudia las unidades y los instrumentos de medida para magnitudes de longitud, estudia cualquier propiedad física o química susceptible de ser medida o cuantificada.

Sin duda ello es debido a que, estando latente en prácticamente todas las facetas de la vida diaria, casi nadie es consciente de ello. En un intento de definición lo más completa posible, el profesor D. Carlos Granados propone la siguiente: “La Metrología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de las propiedades medibles, las escalas de medida, los sistemas de unidades, los métodos y técnicas de medición, así como la evolución de lo anterior, la valoración de la calidad de las mediciones y su mejora constante, facilitando el progreso científico, el desarrollo tecnológico, el bienestar social y la calidad de vida”.

La Metrología comprende pues todos los aspectos, tanto teóricos como prácticos, que se refieren a las mediciones, cualesquiera que sean sus incertidumbres, y en cualesquiera de los campos de la ciencia y de la tecnología en que tengan lugar. Cubre tres principales:

actividades

•

La definición de las unidades de medida internacionalmente aceptadas.

• La realización de las unidades de medida por métodos científicos. •

El establecimiento de las cadenas de trazabilidad, determinando y documentando el valor y la exactitud de una medición y diseminando dicho conocimiento.

La Metrología se considera habitualmente dividida en tres categorías, cada una de ellas con diferentes niveles de complejidad y exactitud: 1. La Metrología Científica, que se ocupa de la organización y el desarrollo de los patrones de medida y de su mantenimiento (el nivel más alto). 2. La Metrología Industrial, que asegura el adecuado funcionamiento de los instrumentos de medición empleados en la industria y en los procesos de producción y verificación. 3. La Metrología Legal, que se ocupa de aquellas mediciones que influyen sobre la transparencia de las transacciones comerciales, la salud y la seguridad de los ciudadanos.

IMPORTANCIA DE LA METROLOGÍA Constantemente vemos, oímos, olemos, probamos y tocamos objetos y productos, es decir, hay un constante flujo de sensaciones. El trabajo de la metrología es describir en forma ordenada esta experiencia, un trabajo que la curiosidad del hombre ha conducido por muchos siglos y que presumiblemente nunca terminara. El metrólogo ha seleccionado como campo de estudio, una porción especial de la gran variedad de experiencias humanas; de la totalidad ha abstraído ciertos aspectos que le parecen susceptibles de describir con exactitud. Toda acción realizada con los sentidos, es susceptible de ser cuantificada.

El mundo que está poblado por las creaciones y trabajos de la imaginación e ingenio del metrólogo es el de las unidades, sistemas de unidades, trazabilidad, patrones, normas, métodos, sistemas de certificación, especificaciones, etc. Por muchos siglos, experimento, en esencia,

un no

tenía nada, o muy poco, acerca de la cuantificación, sin embargo, el hombre ha sentido la urgencia de describir sus experimentos en términos numéricos, en otras palabras, hacer mediciones. En la actualidad, un experimento físico que no involucre medición es considerado poco valioso. El metrólogo experimentador siente que realmente no entiende como avanzan las cosas si la pregunta ¿cuánto?, no tiene respuesta. En cada laboratorio, taller, línea de producción y casi dondequiera, es posible encontrar aparatos o dispositivos con escalas, estas con marcas y con números asociados a cada hecho relacionado con la metrología. Es un hecho, que cada lector pensara en la medición física que le es más familiar, por ejemplo: consultar el reloj de pulsera; al hacerlo reconocerá en cada análisis la medición, leerá la hora desde la carátula con la posición de las agujas. Piense que esto a nivel global se han incrementado

un porcentaje notorio en las empresas, que día a día quieren ser más competitivas y rentables, brindándoles a sus funcionarios una formación continua para lograr optimizar los campos productivos de la compañía, en este campo existe un espacio para la metrología, que es de vital importancia para garantizar la calidad final de los productos en los procesos productivos. Así, las mediciones juegan un importante papel en la vida diaria de las personas. Se encuentran en cualquiera de las actividades, desde la estimación a simple vista de una distancia, hasta en un proceso de control o en la investigación básica. La Metrología es probablemente la ciencia más antigua del mundo y el conocimiento sobre su aplicación es una necesidad fundamental en la práctica de todas las profesiones con sustrato científico, ya que, la medición permite conocer de forma cuantitativa, las propiedades físicas y químicas de los objetos.

Metrología

Página 3 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. El progreso en la ciencia siempre ha estado íntimamente ligado a los avances en la capacidad de medición. Las mediciones son un medio para describir los fenómenos naturales en forma cuantitativa. Como dijo Mendeleyev, “la Ciencia comienza donde empieza la medición, no siendo posible la ciencia exacta en ausencia de mediciones”. En la Europa actual, las mediciones suponen

un costo equivalente a más del 1% del PIB, combinado con un retorno económico equivalente de entre el 2% y el 7% del PIB. Ya sea café, planchas de madera, agua, electricidad o calor, todo se compra y se vende tras efectuar procesos de medición y ello afecta a nuestras economías privadas. Los radares (cinemómetros) de las fuerzas de militares, con sus consecuencias económicas y

penales, también son objeto de medición. Horas de sol, tallas de ropa, porcentaje de alcohol, peso de las cartas, temperatura de locales, presión de neumáticos, etc. Es prácticamente imposible describir cualquier cosa sin referirse a la metrología. El comercio, el mercado y las leyes que los regulan dependen de la metrología y del empleo de unidades comunes.

Durante mucho tiempo existieron unidades de medida diferentes para las distintas magnitudes, lo que complicaba las mediciones. Para evitar esta situación, se estableció primero el Sistema métrico decimal y, más tarde, el Sistema internacional de unidades, utilizado hoy día en España y en la mayor parte del mundo.

En todo proceso de medición, se elige una unidad de medida entre todas las posibles y se compara dicha unidad con la magnitud que se va a medir. El valor resultante de la medida depende, por tanto, de la unidad que elijamos.

SISTEMA DE UNIDADES Un sistema de unidades es un conjunto consistente de unidades de medida. Definen un conjunto básico de unidades de medida a partir del cual se derivan el resto. Existen varios sistemas de unidades: • Sistema Internacional de Unidades o SI: Es el sistema más usado. Sus unidades básicas son: el metro, el kilogramo, el segundo, el ampere, el kelvin, la candela y el mol.

segundo. • Sistema Natural: En el cual las unidades se escogen de forma que ciertas constantes físicas valgan exactamente 1. • Sistema Técnico de Unidades: Derivado del sistema métrico con unidades del anterior. Actualmente este sistema está en desuso.

• Sistema Métrico Decimal: Primer sistema unificado de medidas.

• Sistema Inglés: Aún utilizado en los países anglosajones. Muchos de ellos lo están intentando reemplazar por el Sistema Internacional de Unidades.

• Sistema Cegesimal o CGS.: Denominado así porque sus unidades básicas son el centímetro, el gramo y el

Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física. En general, una unidad de medida

toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente. Las primeras se conocen como unidades básicas o de base (o, no muy correctamente, fundamentales), mientras que las segundas se llaman unidades derivadas. Un conjunto consistente de unidades de medida en el que ninguna magnitud tenga más de una unidad asociada es La metrología es esencial dentro de los denominado sistema de diferentes procesos de manufactura para poder reglar los equipos, herramientas y unidades. verificar si los productos son conformes o Todas las unidades denotan no conformes. cantidades escalares. En el caso de las magnitudes vectoriales, se interpreta que cada una de las componentes está expresada en la unidad indicada.

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SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES El Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI del francés: Le Système International d'Unités), también denominado Sistema Internacional de Medidas, es el nombre que recibe el sistema de unidades que se usa en la mayoría de los países y es la forma actual del sistema métrico decimal.

La Conferencia General de Pesos y Medidas fue creada en 1.960, definiendo inicialmente seis unidades físicas básicas, en 1970 se añadió la séptima unidad básica, el mol.

El SI también es conocido como sistema métrico, especialmente en las naciones en las que aún no se ha implantado para su uso cotidiano. Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesos y Medidas, que inicialmente definió seis unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica, el mol. Una de las principales características, que constituye la gran ventaja del SI, es que sus unidades están basadas en fenómenos físicos fundamentales. La única excepción es la unidad de la magnitud masa, el kilogramo, que está definida como «la masa del prototipo internacional del kilogramo» o aquel cilindro de platino e

iridio almacenado en una caja fuerte de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas. En 1.989 se corporizo el metro patrón en platino e iridio y se encuentra en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (Paris).

Se define como la masa que tiene el prototipo internacional, compuesto de una aleación de platino e iridio, que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (Paris).

Las unidades del SI son la referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de medida y a las que están referidas a través de una cadena ininterrumpida de calibraciones o comparaciones. Esto permite alcanzar la equivalencia de las medidas realizadas por instrumentos similares, utilizados y calibrados en lugares apartados y por ende asegurar, sin la necesidad de ensayos y mediciones duplicadas, el cumplimiento de las características de los objetos que circulan en el comercio internacional y su intercambiabilidad. Desde el 2.006 se está unificando el SI con la norma ISO 31 para formar el Sistema Internacional de Magnitudes (ISO/IEC 80.000). Hasta mayo del 2.008, ya se habían publicado 7 de las 14 partes de las que consta.

Cada unidad básica está definida exactamente en términos de mediciones físicas reproducirles en cualquier lugar, por ejemplo: el metro, que es la distancia que recorren la luz en el espacio vacío durante 1/299.792.458 de segundo. Las unidades del sistema internacional se pueden multiplicar o dividir con otros símbolos matemáticos para obtener unidades derivadas, por ejemplo: el metro cuadrado (m²). Todas las unidades se derivan de las siete unidades básicas.

Unidad de Longitud - Metro (m): Se define como la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299.792.458 de segundo (unidad de tiempo) (aproximadamente 3,34 ns).

Inicialmente fue creada por la Academia de Ciencias Francesa en 1.791 y definida como la diezmillonésima parte de la distancia que separa el polo de la línea del ecuador terrestre. Si este valor se expresara de manera análoga a como se define la milla náutica, se correspondería con la longitud de meridiano terrestre que forma un arco de 1/10 de segundo de grado centesimal. Se realizaron mediciones cuidadosas al respecto, que en 1.889 se corporizaron en un metro patrón de platino e iridio depositado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (París).

Unidad de Masa - el kilogramo (kg): Se define

como la masa que tiene el prototipo internacional, compuesto de una aleación de platino e iridio, que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Sèvres, cerca de París. Es la única unidad que emplea un prefijo y la única unidad del SI, que todavía se define por un objeto patrón y no por una característica física fundamental. Su símbolo es kg (adviértase que no es una abreviatura: no admite mayúscula, ni punto ni plural. No

debe confundirse con el símbolo del kelvin: K).

Unidad de tiempo – Segundo (s): El tiempo es la magnitud

física que mide la duración o separación de acontecimientos sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación, esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema, cuando éste aparentaba un estado X y el instante en el que X registra una variación perceptible para un observador (o aparato de medida). Es la magnitud que permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un presente y un futuro, y da lugar, al principio de causalidad, uno de los axiomas del método científico.

Su unidad básica en el Sistema Internacional es el segundo, cuyo símbolo es s (debido a que es un símbolo y no una abreviatura, no se debe escribir con mayúscula, ni como "seg", ni agregando un punto posterior).

Unidad de Intensidad de Corriente Eléctrica - El Ampere (A): Fue nombrado en

honor de André-Marie Ampère. El amperio es la intensidad de una corriente constante, que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2x10-7 newton por metro de longitud. El amperio es definido sin referencia a la cantidad de carga eléctrica. La unidad de carga, el culombio, es definido, como una unidad derivada, es la cantidad de carga desplazada por una corriente de amperio en el tiempo de un segundo. Como resultado, las corrientes eléctricas también son el tiempo promedio de cambio o desplazamiento de cargas eléctricas. Un amperio representa el promedio de un culombio de carga por segundo.

1 A =1×

C s

(1)

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UNIDADES BÁSICAS Magnitud Nombre Símbolo Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Corriente Eléctrica Amper A Temperatura Kelvin K Intensidad Luminosa Candela cd Cantidad de Sustancia Mol mol UNIDADES SUPLEMENTARIAS Angulo radián rad Angulo Sólido stero-radián srad

"Reloj blando en el momento de su primera explosión" Salvador Dalí.

Tablas de Unidades Básicas

Unidad de Temperatura Termodinámica - El Kelvin (K): La temperatura es una

magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es, la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que esta más "caliente", es decir, que su temperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico, se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional, deben tomarse en cuenta también). Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad molecular de la materia. El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso

histórico, ya que, es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente. Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo, su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo, es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas. La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el grado kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También, se usa a veces la escala Rankine (°R) que

establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.

Unidad de Cantidad de Sustancia - El mol (mol): Es

la unidad con que se mide la cantidad de sustancia. Dada cualquier sustancia (elemento químico, compuesto o material) y considerando a la vez, un cierto tipo de entidades elementales que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12.

Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro.

Esta definición no aclara a qué se refiere con cantidad de sustancia y su interpretación es motivo de debates, aunque normalmente se da por hecho que se refiere al número de entidades. El número de unidades elementales –átomos, moléculas, iones, electrones, radicales u otras partículas o grupos específicos de éstas– existentes en un mol de sustancia es, por definición, una constante que no depende del material, ni del tipo de partícula considerado. Esta cantidad es llamada número de Avogadro (NA) y equivale a 6,02214179 × 1023 unidades elementales por mol.

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico.

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Unidad de Intensidad luminosa – La Candela (cd): Es la unidad básica del SI de

intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 12 540 × 10 hercios y de la cual la

Magnitud Fuerza Energía Potencia Frecuencia

intensidad radiada en esa dirección es 1/683 vatios por estereorradián. Esta cantidad es equivalente a la que en 1948, en la conferencia general de pesos y medidas, se definió como una sexagésima

parte de la luz emitida por un centímetro cuadrado de platino puro en estado sólido a la temperatura de su punto de fusión (2.046 K).

UNIDADES DERIVADAS Nombre Símbolo Newton N Joule J Watt W Hertz Hz

Definición kg m s^ -2 Nm J s^ -1 s^ -1

Tablas de Unidades Derivadas

El mol: Es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia.

CONVERSIÓN DE UNIDADES Los tamaños de las unidades básicas no siempre son los más útiles, si tratamos de medir una pista de atletismo con un micrómetro, tendríamos bastante trabajo, es por ello, que requerimos de implementos de medida mayores, tal vez un decámetro. Al medir el diámetro de un cabello requerimos de un implemento de medida más fino, tal vez, hasta las centésimas de mm.

Nombre

La conversión de unidades es la transformación de una unidad en otra. Se puede hacer simplemente usando el factor de conversión directo o con una regla de tres simple.

yotta zeta exa peta tera giga mega kilo hecto deca deci centi mili micro nano pico femto atto zecto yocto Tabla de Prefijos

La conversión de unidades es la transformación de una unidad en otra. Un método para realizar este proceso es con el uso de los factores de conversión y las muy útiles tablas de conversión. Bastaría multiplicar una fracción (factor de conversión) y el resultado es otra medida equivalente, en la que han cambiado las unidades.

PREFIJOS Símbolo Y Z E P T G M k h da d c m μ n p f A z y

Cuando el cambio de unidades implica la transformación de varias unidades, se pueden utilizar varios factores de conversión uno tras otro, de forma que el resultado final será la medida equivalente en las unidades que buscamos, por ejemplo: si queremos pasar 8 metros a yardas, lo único que tenemos que hacer es multiplicar 8 m x (0,914 yarda/m) = 7,312 yarda.

Factor 10^ 24 10^ 21 10^ 18 10^ 15 10^ 12 10^ 9 10^ 6 10^ 3 10^ 2 10^ 1 10^ -1 10^ -2 10^ -3 10^ -6 10^ -9 10^ -12 10^ -15 10^ -18 10^ -21 10^ -24

Metrología

Página 7 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. El factor de conversión, es la expresión de una cantidad con sus respectivas unidades, que es usada para convertirla en su equivalente, en otras unidades de medida establecidas en dicho factor. En cualquier equivalencia de unidades de medida se pueden obtener dos factores de conversión, por ejemplo: cuando queremos pasar entre metros (m) y pies (ft), se encontrará un factor de conversión para pasa de metros a pies y otros de pies a metros. El siguiente procedimiento es usado para la conversión de unidades: •

Cada una de las unidades que aparece en la cantidad física y que se desea convertir, deberá definirse en términos de esa otra unidad.

•

Para cada operación, tómese un factor de conversión que cancele todas las unidades excepto las deseadas.

Ejemplo 1: La distancia que hay del “home” al jardín central de un campo de béisbol, es de 400 pies (ft), convierta esta cantidad en metros. 1 pie 400 pies

0,3040 m X

400 pie × 0,3048 m 1pie

X= X=

⇒ ⇒

121,92 m

Ejemplo 2: longitud de kilómetros.

Convierta una 1.500 millas a

1 milla 1.500 millas

⇒ ⇒

X= X=

1.609 m X

1.500 millas ×1.600 m 1milla

1.000 m 2.412.000 m

1 km Y

2.412.000 m ×1km 1.000 m

Y= Y=

⇒ ⇒

2.412 km

Ejemplo 3: Convertir una velocidad de 90 millas/h a km/h 1 milla 1.500 millas

1,609 km X

90 millas × 1,600 km 1h ×1milla

X= X=

⇒ ⇒

144,8 km/h

Ejemplo 4: Convertir una velocidad de 100 millas/h a m/s. 1 milla 1h X= X=

⇒ ⇒

El “home” es el lugar donde se hace el cacher, donde se anota una carrera, el Jardín central es la zona que queda detrás de la segunda base.

1.609 m 3.600 s

100 millas ×1.600 m ×1h 1h ×1milla × 3.600 s

44,7 m/s

2.412.000 m

Las Medidas Magnitud es todo aquello que se puede medir, que se puede representar por un número y que puede ser estudiado en las ciencias experimentales (que observan, miden, representan). Para medir debemos diseñar el instrumento de medida y elegir una referencia, una cantidad de esa magnitud que tomamos como unidad. Para medir la masa, por ejemplo, tomamos (arbitrariamente) como unidad una cantidad de materia, a la que llamamos kg. Para medir distancias tomamos una determinada longitud como referencia: la longitud de nuestro pie, de nuestro palmo, de nuestro paso, un metro. La Medida es el resultado de medir. Medir es comparar la cantidad de magnitud que queremos medir con la unidad de esa magnitud tomada como patrón y expresar cuántas veces la contiene. Este resultado se expresará mediante un número seguido de la unidad que hemos utilizado: 4 m, 200 Km , 5 kg. Por ejemplo, si la unidad de medida elegida es el palmo y quiero medir una distancia, comparo la longitud de la distancia a medir con la del palmo y compruebo cuantas

veces incluye esa distancia al palmo, cuantos palmos entran, uno a continuación de otro, en esa distancia. La medida debe ser exacta: debe reflejar lo más exactamente posible, con un número, la cantidad de magnitud medida. La aproximación al "valor verdadero o valor real" depende de la sensibilidad del aparato y del proceso de medida. Cuando medimos algo se debe hacer con gran cuidado, para evitar alterar el sistema que observamos. Por otro lado , no hemos de perder de vista que las medidas se realizan con algún tipo de error, debido a imperfecciones del instrumental o a limitaciones del medidor errores experimentales- por eso, se ha de realizar la medida de forma que la alteración producida sea mucho menor que el error experimental que se pueda cometer. En conclusión, todas las medidas vienen condicionadas por posibles errores experimentales (accidentales y sistemáticas) y por la sensibilidad del aparato. Por lo cual, la pregunta sería si es posible conocer el “valor verdadero” de una magnitud?. La teoría de errores acota los límites entre los que debe estar

dicho valor. El error en las medidas tiene un significado distinto a “equivocación”: el error es inherente a todo proceso de medida. Así, los distintos tipos de error producidos durante la medición de una magnitud y su naturaleza, son: Errores Sistémicos: Son aquellos que se repiten constantemente y afectan al resultado en un solo sentido (aumentando o disminuyendo la medida). Pueden ser debidos a un mal calibrado del aparato o instrumento, a la utilización de fórmulas (teoría) incorrectas, al manejo del instrumento de forma no recomendada por el fabricante, etc. Estos errores sólo se eliminan mediante un análisis del problema y una auditoría de un técnico más cualificado que detecte lo erróneo del procedimiento. Accidentales o Errores Aleatorios: No es posible determinar su causa. Afectan al resultado en ambos sentidos y se pueden disminuir por tratamiento estadístico: realizando varias medidas para que la desviación, por encima y por debajo del valor que se supone debe ser el verdadero, se compensen.

Para medir, en términos generales, se puede utilizar cualquier elemento de referencia, sin embargo, para que se pueda se recomienda utilizar generalizar instrumentos de medida normalizados y estandarizados.

Es importante verificar primero el sistema de unidades que se maneja y la capacidad de medición del instrumento, pues una medida que pudiese parecer mayor que otra, en la realidad puede ser menor, como en la imagen.

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El paralaje es uno de los factores de error aleatorio que inciden en la medición.

El uso incorrecto del instrumento de medida es uno de los factores de error sistémico.

El operador puede inducir errores de medida por mal uso del instrumento, por desconocimiento de la lectura del aparato o por el desconocimiento de la escala de medición.

El Factor Humano: El “medidor” puede originar errores sistemáticos por una forma inadecuada de medir, introduciendo así un error siempre en el mismo sentido. No suele ser consciente de cómo introduce su error. Sólo se elimina cambiando de observador. El observador puede introducir también errores accidentales por una imperfección de sus sentidos. Estos errores van unas veces en un sentido y otros en otro sentido y se pueden compensar haciendo varias medidas y promediándolas.

puede medir. Uno es la cota máxima y otro la cota mínima. Algunas de las cualidades que deben poseer los instrumentos de medida para que proporcionen resultados aceptables son: •

Rapidez: Es rápido si necesita poco tiempo para su calibración, antes de empezar a medir y si la aguja o cursor alcanza pronto el reposo frente a un valor de la escala cuando lanzamos la medida. La aguja no oscila mucho tiempo.

Factores Ambientales: La temperatura, la presión o la humedad entre otras pueden alterar el proceso de medida si varían de una medida a otras. Es necesario, fijar las condiciones externas e indicar, en medidas precisas, cuales fueron éstas. Si las condiciones externas varían aleatoriamente durante la medida, unos datos pueden compensar a los otros y el error accidental que introducen puede ser eliminado, hallando la media de todos ellos.

•

Sensibilidad: Es tanto más sensible, cuando más pequeña sea la cantidad que puede medir. Una balanza que aprecia “miligramos mg” es más sensible que otra que aprecia “gramos g”. Umbral de sensibilidad es la menor división de la escala del aparato de medida. La sensibilidad con que se fabrican los aparatos de medida, depende, de los fines a los que se destina. No tendría sentido fabricar una balanza que aprecie “miligramos – mg”, para usarla como balanza de un panadero.

Los Instrumentos de Medida: Los instrumentos de medida pueden introducir un error sistemático en el proceso de medida por un efecto de construcción o de calibración. Sólo se elimina el error cambiando de aparato o calibrándolo bien. Debemos conocer el rango de medida del instrumento, es decir, entre que valores, máximo y mínimo,

•

Exacto: Un aparato es exacto, si reproduce siempre el mismo valor, o valores muy próximos, cuando medimos la misma cantidad de una magnitud en las mismas condiciones. Es exacto si la aguja de un reloj

Un aparato es preciso, si los errores absolutos (desviación de la medida, del “valor verdadero”), que se produce al usarlo, es mínimo.

comparador, por ejemplo, se coloca en el mismo punto de la escala, o muy próximo, cuando repetimos la medida con la misma cantidad de magnitud. Es exacto, pues, si la dispersión es poca, de las medidas. •

Precisión: Un aparato es preciso, si los errores absolutos (desviación de la medida, del “valor verdadero”), que se produce al usarlo es mínimo. El valor que da en cada medida se desvía poco del “valor verdadero”. Un aparato es preciso si es muy sensible y además es fiel (produce poca dispersión de la medidas). Naturalmente debe estar previamente bien calibrado. La precisión define la “clase del instrumento” y está indicada en error relativo absoluto (porcentual absoluto) referido al valor máximo de la escala y especificado para cada rango o escala. El error absoluto máximo de una medida en esa escala se halla aplicando el error relativo al valor del fondo de escala. Supongamos que p* es una aproximación al valor de una magnitud medida p. Se define el error absoluto como ‫ ׀‬p-p* ‫ ׀‬y el error relativo es ‫ ׀‬p-p* ‫ ׀‬/ ‫ ׀‬p ‫ ׀‬si p≠0. Como una medida de exactitud, el error absoluto puede ser engañoso y el error relativo más significativo.

Un aparato es exacto, si reproduce siempre el mismo valor, o valores muy próximos, cuando medimos la misma cantidad de una magnitud en las mismas condiciones.

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Medición de Una Serie de Muestras La homologación de una pieza es un requisito necesario para garantizar su validez dentro de su clase. Es en esta fase cuando se requiere un informe dimensional con relación a las especificaciones de su diseño, que se pueden clasificar en tres grupos de importancia: en el primero se incluyen las que tienen una importancia funcional; en el segundo las que son más susceptibles a cambios en el proceso de fabricación; y en el tercero las que no tienen importancia funcional y solo sirven para la definición geométrica. En el proceso de fabricación de una pieza existen factores que afectan directamente la estabilidad de sus dimensiones, tales como: el clima, el material, la máquina, el operario y el desgaste del instrumento. La suma de esta variabilidad y la que genera el propio sistema de medición crea una gran incertidumbre cuando se mide una sola muestra, puesto que pueden haber cotas dentro del campo de tolerancia que en otras muestras podrían estar fuera de éste o viceversa. Para hacer frente a esta problemática, se plantea la necesidad de medir varias muestras. Cuanto mayor sea el número de muestras a medir, menor será la incertidumbre

sobre la capacidad del proceso. Pero lo correcto es encontrar un equilibrio entre la criticidad de las especificaciones y el número de muestras a medir, para no encarecer el proceso de medición. En este proceso de medición se debe intentar controlar al máximo los factores que pueden aumentar la incertidumbre de la medida. Para ello las medidas se realizarán en un local acondicionado a temperatura y humedad constante, se automatizarán las mediciones con medios de control CNC, siempre que sea posible, se emplearán instrumentos de medida calibrados y trazables, con una incertidumbre como mínimo seis veces inferior al campo de tolerancia y se dedicarán esfuerzos en materia de la sujeción de la pieza para proceder a medirla, especialmente si se trata de una pieza de plástico. Una comprobación recomendable, antes de iniciar las mediciones de las distintas muestras, es la de medir una sola muestra repetidas veces, poniéndola y quitándola cada vez en el sistema de fijación, con ello comprobamos cual es el “ruido” de medida de nuestro sistema de fijación, que en cualquier caso deberá ser inferior a la incertidumbre del instrumento de medida.

A. No Exacto, No Preciso; B. Exacto, No Preciso; C. No Exacto, Preciso; D. Exacto, Preciso.

Tolerancias Podemos encontrar dos tipos de tolerancias, las tolerancias dimensionales y geométricas. Tolerancias Dimensionales: Para poder clasificar y valorar la calidad de las piezas reales se han introducido las tolerancias dimensionales. Mediante estas se establece un límite superior y otro inferior, dentro de los cuales tienen que estar las piezas buenas o conformes. Según este criterio, todas las dimensiones deseadas, llamadas también dimensiones nominales, tienen que ir acompañadas de unos límites, que les definen un campo de tolerancia. Muchas cotas de planos, llevan estos límites explícitos, a continuación del valor nominal. Tolerancias Geométricas: Se especifican para aquellas piezas que han de cumplir funciones

importantes en un conjunto, de las que depende la fiabilidad del producto. Estas tolerancias pueden controlar formas individuales o definir relaciones entre distintas formas. Es usual la siguiente clasificación de estas tolerancias: •

Formas Primitivas: Rectitud, planicidad, redondez, cilindricidad.

•

Formas Complejas: Perfil, Superficie.

•

Orientación: Paralelismo, perpendicularidad, inclinación.

•

Ubicación: Concentricidad, posición.

•

Oscilación: Circular radial, axial o total.

Cuanto mayor sea el número de muestras a medir, menor será la incertidumbre sobre la capacidad del proceso.

La indicación de las tolerancias geométricas en los dibujos se realiza por medio de un rectángulo dividido en dos o más compartimientos.

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Términos Asociados a la Calibración •

•

El patrón, es el elemento de referencia reconocido para calibrar los instrumentos de medida que están acorde a la unidad que maneja el patón.

Calibrar: Conjunto de operaciones que establecen bajo condiciones especificas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento o sistema de medición, o los valores representados por una medida materializada y los valores correspondientes de la magnitud, realizados por otros patrones. El resultado de una calibración permite atribuir a las indicaciones, los valores correspondientes del mensurando o determinar las correcciones que se deben aplicar a las indicaciones. Una calibración puede también determinar otras propiedades metrológicas tales como los efectos de magnitudes de influencia. El resultado de una calibración puede ser consignado en un documento, algunas veces llamado certificado de calibración o informe de calibración.

•

Después de todo proceso de calibración de los instrumentos de medida se debe generar una certificación que reseñe el estado del equipo y el error de medida.

El propósito de que los resultados de la medición tengan trazabilidad, es asegurar la confiabilidad de los mismos, expresada cuantitativamente por la incertidumbre asociada a ellos, conocida en términos de la confiabilidad que poseen los patrones nacionales o internacionales de medición, referidos como el origen de la trazabilidad para tales mediciones.

Patrón: es una medida materializada en un instrumento de medida, material de referencia o sistema de medición, destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o uno o varios valores conocidos de una magnitud, a fin de transmitirlos por comparación a otros instrumentos de medir.

Trazabilidad: Propiedad del resultado de una medición o del valor patrón, tal que ésta puede ser relacionada a referencias determinadas, generalmente patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones, teniendo todas incertidumbres determinadas. Frecuentemente, este concepto se expresa por el adjetivo trazable. La cadena ininterrumpida de comparaciones se denomina cadena de trazabilidad.

•

Elementos Trazabilidad:

laboratorios que realizan uno o más pasos en la cadena deben proporcionar evidencia de su competencia técnica mediante su acreditación vigente.

Referencia a unidades del SI:

La cadena de comparaciones para establecer trazabilidad debe tener como punto único de origen a patrones de la máxima calidad metrológica para la realización de las unidades del Sistema Internacional. Cuando la relación a las unidades del SI no sea clara, se deberá solicitar un dictamen al respecto.

Cadena ininterrumpida de comparaciones: La cadena

debe tener origen en patrones de medición nacionales o internacionales que realicen las unidades del SI, puede pasar por patrones de laboratorios de calibración acreditados y termina con el valor del resultado de una medición o con el valor de un patrón.

Recalibración: Con el Objetivo de mantener la trazabilidad de las mediciones, la calibración de los patrones de referencia se deben realizar con una frecuencia tal, que asegure que la incertidumbre declarada del patrón no se degrada en un tiempo determinado. Esta frecuencia depende de aspectos tales como, incertidumbre requerida, frecuencia de uso, forma de uso, estabilidad del equipo.

Incertidumbre de medición:

Es el “parámetro asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente, ser atribuidos al mesurando”. Estas incertidumbres deben estar soportadas matemáticamente y estarán representadas como incertidumbres expandidas usando un nivel de confianza de aproximadamente el 95% y su factor de cobertura correspondiente.

Documentación: Cada paso

de la cadena debe ser ejecutado de acuerdo con procedimientos documentados y generalmente reconocidos, los resultados deben ser registrados de tal forma que puedan ser verificados. En el caso de laboratorios de ensayo se deben tener registros identificados para evidenciar la trazabilidad de las mediciones que realice, y para el caso de los laboratorios de calibración, se deben tener dichos registros y además estar incluidos en los informes o dictámenes de calibración.

Competencia:

Los

•

Resultado de la Calibración: Representación grafica de la relación matemática existente entre los valores indicados por el instrumento o el sistema sometido a la calibración y el valor certificado del patrón de referencia, implicado como mesurando.

•

Ajuste de un Instrumento: Acción de mejora que consiste en modificar mediante componentes físicos o mediantes programas, el resultado de salida de un instrumento, con el fin de compensar la curva de calibración. Así se eliminan los errores sistemáticos.

•

Tipos de Patrones de Medición: En la ciencia y la tecnología, la palabra inglesa “standard”, se utiliza con dos significados diferentes; como una norma técnica escrita ampliamente adoptada, una especificación, recomendación técnica o documento

Metrología

Página 11 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. y también como un patrón de medición (en francés “étalon”). De este segundo significado nos referimos a continuación.

Patrón

(de

medición):

Patrón

nacional: Patrón reconocido por una decisión nacional en un país, que sirve de base para asignar valores a otros patrones de la magnitud concerniente.

Medida materializada, instrumento de medición, material de referencia o sistema de medición, destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o uno o más valores de una magnitud para utilizarse como referencia.

Patrón de referencia: Patrón,

Una serie de medidas materializadas similares o de instrumentos de medición que se utilizan conjuntamente, constituyen un patrón colectivo.

Patrón utilizado como intermediario para comparar patrones.

Un conjunto de patrones de valores elegidos, que individualmente o en combinación, proporcionan una serie de valores de magnitudes de la misma naturaleza, son llamados una serie de patrones.

Patrón primario: Patrón que

es designado o reconocido ampliamente como patrón que tiene las más altas cualidades metrológicas y cuyo valor es aceptado sin referencia a otros patrones de la misma magnitud. El concepto de patrón primario es igualmente válido para magnitudes de base o para magnitudes derivadas.

Patrón secundario:

Patrón cuyo valor se establece por comparación con un patrón primario de la misma magnitud. La mayor parte de los MRC , se encuentran dentro de esta categoría, puesto que la certificación de los calores de la propiedad, está usualmente realizada por un procedimiento que es trazable a patrones primarios.

Patrón internacional: Patrón

reconocido por un acuerdo internacional para utilizarse internacionalmente como base para asignar valores a otros patrones de la magnitud concerniente.

en general, de la más alta calidad metrológica, disponible en un lugar dado o en una organización determinada del cual se derivan las mediciones realizadas en dicho lugar.

Patrón

transferencia:

El término dispositivo de transferencia se debe utilizar cuando el intermediario no es un patrón.

Patrón de trabajo: Patrón

que es usado rutinariamente para calibrar o controlar las medidas materializadas, instrumentos de medición o los materiales de referencia. Un patrón de trabajo es usualmente calibrado contra un patrón de referencia.

Un patrón de trabajo que se usa rutinariamente para asegurarse que las mediciones se realizan correctamente es llamado un patrón de control.

Material de referencia certificado (MRC): Material

de referencia, acompañado de un certificado, en el cual uno o más valores de las propiedades están certificados por un procedimiento que establece trazabilidad a una realización exacta de la unidad en la cual se expresan los valores de la propiedad y en el que cada valor certificado se acompaña de una incertidumbre con un nivel declarado de confianza. Los MRC, son en general, preparados en lotes donde se determinan los valores de las propiedades, dentro de los límites de incertidumbre indicados, por mediciones de muestras representativas del lote entero. Las propiedades certificadas

de materiales de referencia son algunas veces conveniente y confiablemente realizadas, cuando el material está incorporado en un dispositivo fabricado especialmente, por ejemplo, una sustancia cuyo punto triple es conocido dentro de una celda de punto triple; un vidrio de densidad óptica conocida dentro de un filtro de transmisión; esferas de granulometría uniforme, montadas en el objetivo de un microscopio. Tales dispositivos, pueden también ser considerados como materiales de referencia certificados. Todos los materiales referencia responden a definición de “patrón medición”, definido en Vocabulario Internacional Metrología (VIM).

de la de el de

Algunos MR y MRCs tienen propiedades que no pueden ser determinadas por métodos de medición físicos y químicos exactamente definidos, por que no pueden estar ligadas a una estructura química establecida o por otras razones. Dichos materiales incluyen ciertos materiales biológicos tales como vacunas para las cuales se les ha atribuido una unidad internacional, por la Organización Mundial de la Salud.

Patrón Primario de Medida. 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.

Material de referencia (MR): Material o sustancia en la cual, uno o más valores de sus propiedades, son suficientemente homogéneos y bien definidos, para ser utilizadas para la calibración de aparatos, la evaluación de un método de medición o para asignar valores a los materiales. Un material de referencia puede presentarse bajo la forma de un gas, de un líquido o de un sólido, puro o compuesto. Como ejemplos tenemos el agua para la calibración de viscosímetros, el zafiro que permite calibrar la capacidad térmica de un calorímetro y las soluciones utilizadas para la calibración en química analítica.

Material de Referencia Certificado - MRC: Es el instrumento usado en campo, el cual debe estar certificado, para dar el “valor real” de la medida de acuerdo a la unidad a comparar.

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Sistema Nacional de Normalización, Certificación y Metrología El Gobierno Colombiano a través del Ministerio de Desarrollo Económico expidió el Decreto 2269 de 1993, el cual organiza el Sistema Nacional de Normalización, Certificación y Metrología SNNCM, el esquema garantiza una amplia participación y exige el compromiso de todos los sectores involucrados: Gobierno, industria y consumidores en general. Así mismo, mediante Resolución No. 8728 del 26 de marzo de 2001, se estructuró el proceso de acreditación de laboratorios y entes certificadores, donde se establecen los requisitos de acuerdo con los lineamientos internacionales, para responder con agilidad y eficiencia la demanda del comercio mundial. El Sistema Nacional de Normalización, Certificación y Metrología SNNCM, tiene como objetivos: Proteger al consumidor de bienes y servicios que puedan afectarlo en aspectos como la seguridad, salud, economía y medio ambiente. Incidir positivamente en los procesos de calidad y competitividad de la industria nacional productora de bienes y servicios. Facilitar el comercial.

intercambio

Racionalizar la infraestructura nacional relacionada con la calidad. Disponer de un sistema nacional que garantice agilidad y confiabilidad. La estructura del Sistema Nacional de Normalización, Certificación y Metrología SNNCM, lo conforman:

Organismo de Acreditación: El Organismo de acreditación es la Superintendencia de Industria y Comercio - SIC, entidad a la cual se le asignó esta función mediante Decreto 2153 de 1992 y se ratifico con el Decreto 2269 de 1993. La Superintendencia de Industria y Comercio -SIC-, acredita a los diferentes organismos que soliciten hacer parte del Sistema Nacional. La filosofía contenida en el Decreto 2269 garantiza que se utilice y se integre en el sistema toda la infraestructura nacional ya existente, en el campo de la certificación de calidad, de ensayos y metrología. Así mismo, que se desarrolle la infraestructura necesaria en los campos donde no exista y sea necesario. La acreditación es el procedimiento mediante el cual se reconoce la competencia técnica y la idoneidad de organismos de certificación e inspección, laboratorios de ensayos y de metrología, para que lleven a cabo sus funciones.

que conforman el Sistema Nacional de Normalización, Certificación y Metrología, son: Organismo de Certificación: Entidad imparcial, pública o privada, nacional, extranjera o internacional, que posee la competencia y la confiabilidad necesarias para administrar un sistema de certificación, consultando los intereses generales. Organismos de Inspección: Organismo que ejecuta servicios de inspección a nombre de un organismo de certificación. Realiza actividades de medir, ensayar o comparar con un patrón o documento de referencia una o más características de un proceso, un producto, una organización, evaluar una persona, o varios de éstos y confrontar los resultados con requisitos especificados, para así establecer si se logra la conformidad de esas características. Laboratorio de Pruebas de Ensayo:

Para la acreditación la -SICse apoya en el Consejo Técnico Asesor para la acreditación, el cual está conformado por representantes del gobierno, del sector privado y de los organismos y laboratorios acreditados. La función del Consejo es asesorar a la SIC en lo relativo a la aplicación de los requisitos de acreditación y garantizar el consenso y participación de todos los que se involucren en este proceso.

Laboratorio nacional, extranjero o internacional, que posee la competencia e idoneidad necesarias para llevar a cabo en forma general la determinación de las características, aptitud o funcionamiento de materiales o productos. En los laboratorios se realizan pruebas y ensayos a sustancias, materiales o productos para la determinación de las características, aptitudes o funcionamiento de éstos.

Los organismos que podrán ser acreditados por la SIC y

Laboratorio ción:

Instituto Colombiano de Normas Técnicas, ICONTEC.

calibra-

La Superintendencia http://www.sic.gov.co/

Laboratorio nacional, extranjero o internacional encargado de apoyar actividades de metrología industrial y en alguna medida labores de calificación de instrumentos de medición para coadyuvar labores de metrología legal. Para que realicen mediciones y calibraciones de patrones, instrumentos o sistemas de medición de magnitudes físicas o químicas, dentro de intervalos de medición e incertidumbres de medida específicas. Organismo Nacional de Normalización: La normalización en Colombia tiene como ente superior de política al Consejo Consultivo Asesor de Normas y Calidades (Decreto 219 de febrero 15 de 2000), y su desarrollo técnico ha venido siendo ejecutado por el Organismo Nacional de Norma-lización, que de acuerdo al Decreto 2269 de 1993, es el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación ICONTEC, entidad priva-da, reconocida por el Gobierno Nacional cuya función principal es la elaboración, adopción y publicación de las normas técnicas nacionales y la adopción como tales de las normas elaboradas por otros entes. El desarrollo del país ha generado mayores necesidades de normalización en muchos sectores industriales, lo cual hizo necesario la creación de las Unidades Sectoriales de Normalización, creadas por incitativa de sectores específicos donde se cuenta con la capacidad técnica para realizar procesos de normalización.

Industria

Comercio.

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Metrología

Por: Ing. Ricardo A. Forero R.

Las tres categorías de la metrología son: Metrología Legal, Metrología Científica y Metrología Industrial.

Métodos de Medición Existen diferentes métodos de medición, cada uno de ellos utiliza una amplia gama de técnicas y enfoques, para la selección de algún tipo de método de medición se debe de considerar al menos los siguientes factores: •

Exactitud requerida.

•

Costo.

•

Tiempo.

•

Conveniencia.

•

Disponibilidad de equipos.

Complementando los métodos de medición calificados por el VIM, podemos listar los siguientes: •

Método de medición directa.

•

Método indirecta.

•

Método de medición por sustitución (transferencia).

•

Método de diferencial.

•

Método de medición por nulo o cero.

•

Método de relación.

•

Medición Indirecta: En este método se obtiene el valor del mensurando mediante: transformación, conversión o cálculo de indicaciones, señales de medición, magnitudes de influencia o mediciones de las variables de entrada (independientes). Por ejemplos: la medición de volumen, con base, al principio geométricos de Euclides; medición de presión, en una balanza de pesos muertos; medición de flujo con base a constantes dimensionales (placa de orificio), diferencial por caída de presión, presión estática y temperatura del fluido.

•

Medición por Sustitución: Este método utiliza un equipo auxiliar, llamado comparador o de transferencia, con el que se mide inicialmente al mensu-

medición

por

A continuación se describen brevemente, los métodos de medición más comunes, utilizados en metrología técnica e industrial: •

método se obtiene un valor en unidades del mensurando, mediante un instrumento, cadena o sistema de medición, digital o analógico, en forma de: indicador, registrador, totalizador ó integrador. El sensor del instrumento es colocado directamente en contacto con el fenómeno que se mide. Por ejemplos: la medición de volumen y densidad en base al principio de Arquímedes; Medición de presión, en un manómetro secundario con indicación digital o analógica.

Medición Directa: En este

Sistema Interamericano de Metrología - SIM: Organizado en cinco subregiones (Noramet, Carimet, Camet, Andimet e Suramet), el SIM es comprendido en organizaciones de metrología de 34 países en las Américas y de beneficios de un Consejo Gubernamental estructurados por un coordinador de cada subregión, de un Comité Técnico, de un Comité de Desarrollo Profesional y de una representación integrada (JCRB) que suministre el acceso para el SIM en un acuerdo internacional para la comparación de los patrones en el nivel más elevado de la metrología.

La Metrología Industrial, que asegura el adecuado funcionamiento de los instrumentos de medición empleados en la industria y en los procesos de producción y verificación.

Metrología

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rando y luego un valor de referencia. Este método también es conocido como método de medición por transferencia. Por ejemplo: medición de la masa de una muestra o producto con pesas a través de una balanza analítica. •

Medición Diferencial: La medición es la diferencia entre un valor conocido (referencia) y un valor

desconocido. Este método es más exacto y proporciona mejor resolución que el obtenido en la medición directa. Por ejemplos: el valor de la fuente bajo prueba Vtest va ser igual a la suma algebraica del valor de referencia +10 V y la Indicación del voltímetro (Vtest = 10,0000 V + 26,3 mV = 10,0263 V); calibración de bloques patrón mediante un comparador de

bloques patrón. •

Medición por Nulo o Cero: Este método utiliza un detector de nulos o equilibrio (comparador), el cual permite comprobar la igualdad (diferencia cero) entre el mensurando y un valor de referencia (patrón). Por ejemplo: medición de masa de una muestra o producto en una balanza de dos platillos.

Instrumentos de Medición En física, química e ingeniería, un instrumento de medición es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición.

Para medir masa, la balanza de dos platos fue muy utilizada en especial en el mercado cambiario.

Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta conversión. Dos características importantes de un instrumento de medida son la precisión y la sensibilidad, como se había dicho anteriormente. Los físicos utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo sus mediciones. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta microscopios electrónicos y aceleradores de partículas. Algunos medición,

instrumentos

Para medir masa: • • • •

Balanza Báscula Espectrómetro de masa Catarómetro

Para medir tiempo: El reloj es un instrumento omnipresente en la vida actual, debido a la importancia que se da al tiempo en las sociedades modernas.

• • • • •

Calendario Cronómetro Reloj Reloj atómico Datación radiométrica

Para medir temperatura: •

Termómetro

• •

Para medir longitud:

Termopar Pirómetro

• • • • • •

Para medir presión: • • • •

Barómetro Manómetro Tubo de Pitot (utilizado para determinar la velocidad) Anemómetro (utilizado para determinar la velocidad del viento)

Para medir ángulos: • • •

Para medir flujo: •

Para

Caudalímetro (utilizado para medir caudal de un flujo) medir

eléctricas: • • • • • • • • •

propiedades

Electrómetro (mide la carga) Amperímetro (mide la corriente eléctrica) Galvanómetro (mide la corriente) Óhmetro (mide la resistencia) Voltímetro (mide la tensión) Wattmetro (mide la potencia eléctrica) Multímetro (mide todos los anteriores valores) Puente de Wheatstone Osciloscopio

Para medir magnitudes sin clasificar: • • • • • • • • •

Colorímetro Espectroscopio Microscopio Espectrómetro Contador geiger Radiómetro de Nichols Sismógrafo pHmetro (Medidor del Ph) Pirheliómetro

Metro y regla Calibre Vernier Micrómetro Reloj comparador Interferómetro

•

Goniómetro sextante transportador

LA MASA: en física, es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una fuerza. o

La Balanza: (del latín: bis - dos, lanx - plato) es una palanca de primer género de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos permite medir masas. Al igual que una romana, o una báscula, es un instrumento de medición que permite medir la masa de un objeto. Para realizar las mediciones se utilizan patrones de masa cuyo grado de exactitud depende de la precisión del instrumento. Al igual que en una romana, pero a diferencia de una báscula o un dinamómetro, los resultados de las mediciones no varían

Metrología

Página 15 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. con la magnitud de la aceleración de la gravedad. El rango de medida y precisión de una balanza puede variar desde varios kilos (con precisión de gramos), en balanzas industriales y comerciales; hasta unos gramos (con precisión de miligramos) en balanzas de laboratorio. La evolución de las balanzas en los últimos tiempos ha sido radical, pues se ha pasado de utilizar las balanzas tradicionales, de funcionamiento mecánico, a balanzas electrónicas de lectura directa y precisa.

Uso de la balanza: La

principal utilidad de las balanzas es para pesar los alimentos que se venden a granel, al peso: carne, pescado, frutas, etc. Estas balanzas llevan incorporado una máquina calculadora donde el vendedor introduce el precio de la materia que pesa y realiza automáticamente el cálculo del coste, que el cliente puede ver en una pantalla, y al final de la compra emite una factura de todas las mercancías pesadas. Otro uso importante de las balanzas es para pesar pequeñas cantidades de masa que se utiliza en los laboratorios para hacer pruebas o análisis de determinados materiales. Estas balanzas destacan por su gran precisión.

En los hogares también hay, a menudo, pequeñas balanzas para pesar los alimentos que se van a cocinar según las indicaciones de las recetas culinarias. o

La Báscula: (del francés bascule) es un aparato que sirve para pesar; esto es, para determinar el peso, o más propiamente, la masa de los cuerpos.

Normalmente tienen una plataforma horizontal sobre la que se coloca el objeto que se quiere pesar. Dado que, a diferencia de una romana, no es necesario colgar el objeto a medir de ganchos ni platos, resulta más fácil pesar cuerpos grandes y pesados encima de la plataforma, lo que hizo posible construir básculas con una capacidad de peso muy grande, como las utilizadas para pesar camiones de gran tonelaje.

Uso de la báscula: Actualmente existen dos tipos de básculas: mecánicas y electrónicas.

Las básculas mecánicas

actúan por medio de un muelle elástico o por un mecanismo de palancas. Ese mecanismo de palancas transforma la fuerza correspondiente al peso del objeto a medir en un momento de fuerzas, que se equilibra mediante el desplazamiento de un pilón a lo largo de una barra graduada, donde se lee el peso de la masa. El principio de funcionamiento de estas básculas es similar al de una romana o una balanza, comparando masas, mediante una medición indirecta a través del peso.

Los avances en las técnicas de pesado, han hecho desaparecer prácticamente las básculas de palanca, y ahora se usan básculas con muelle elástico, basadas en la deformación elástica de un resorte que soporta la acción gravitatoria del peso del objeto a medir, en lugar de realizar una comparación de masas. Por esta razón, actualmente el nombre báscula se aplica también a toda una serie de sistemas de pesada basados en la gravedad, del tipo dinamómetro.

Al funcionar por muelle elástico, estas básculas miden la fuerza ejercida por un objeto sujeto a la fuerza de gravedad, es decir, el peso. Sin embargo, el peso (P) y la masa (m) están relacionados por la siguiente relación:

P=mg

(2)

Donde, P es el peso, m es la masa y g es la intensidad del campo gravitatorio o aceleración de la gravedad. Esta relación permite calcular la masa, ya que, si la intensidad gravitatoria es constante, entonces la masa es directamente proporcional al peso. Con el tiempo las básculas han evolucionado mucho y hoy día, ya funcionan con métodos y sistemas electrónicos, mostrando en una pantalla de fácil lectura la masa del objeto que se pesa. Las básculas electrónicas utilizan sensores conocidos como célula de carga o celda de carga.

Balanza: Es una palanca de primer género de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos permite medir masas.

Las celdas de carga convencionales consisten en una pieza de metal a la que se adhieren galgas extensométricas. Estas galgas cambian su resistencia eléctrica al traccionarse o comprimirse cuando se deforma la pieza metálica que ,soporta el peso del objeto. Por tanto, miden peso. El metal se calcula para que trabaje en su zona elástica; esto es lo que define la operatividad de una celda. El ajuste de las resistencias se hace con un puente de Wheatstone, de modo que al alimentarse con un voltaje entregan una salida de voltaje proporcional a la fuerza aplicada en el metal (en el orden de milivoltios). Asimismo, se utilizan filtros electrónicos de “pasa bajo” para disminuir el efecto de las perturbaciones de alta frecuencia.

Balanza Digital.

La Balanza Analítica es un instrumento que mide el peso con un alto grado de sensibilidad.

Metrología

Página 16 de 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R.

Cuando la celda se somete a esfuerzos por encima de su capacidad, el metal del cuerpo de la celda pasa a una zona inelástica, adquiriendo deformaciones plásticas o permanentes y ya no regresa a su estado inicial. Antes de llegar a la zona plástica, se sale de la zona de elasticidad lineal, dando lugar a que las deformaciones no sean proporcionales a la fuerza que soporta la célula de carga y en consecuencia, la salida de voltaje no varía de manera lineal a la deformación de la pieza metálica y la célula de carga no funciona correctamente. Para evitar esto, los fabricantes colocan tornillos ajustables para limitar el movimiento de la plataforma de la báscula de manera que la celda no se flexione más allá de su rango de funcionamiento.

Equipo Espectrómetro de Masa.

Equipo de cromatografía gaseosa.

El Espectrómetro de Masa: Es una técnica experimental que permite la medición de iones derivados de moléculas. El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga (m/z). Puede utilizarse para identificar los diferentes elementos químicos que forman un compuesto o para determinar el contenido isotópico de diferentes elementos en un mismo compuesto. Con frecuencia se encuentra como detector de un cromatógrafo de gases, en una técnica híbrida conocida por sus iniciales en inglés, GC-MS. El espectrómetro de masas mide razones carga/masa de iones, calentando un haz de

química de la muestra original.

material del compuesto a analizar hasta vaporizarlo e ionizar los diferentes átomos. El haz de iones produce un patrón específico en el detector, que permite analizar el compuesto. En la industria es altamente utilizado en el análisis elemental de semiconductores, biosensores y cadenas poliméricas complejas.

Hay muchos tipos de espectrómetros de masas que no solamente analizan los iones, sino que también producen diversos tipos de iones. Sin embargo, todos utilizan campos eléctricos y magnéticos para cambiar la trayectoria iónica de determinada manera.

Funcionamiento: En tér-

minos generales, moléculas diversas tienen masas diversas, hecho utilizado por un espectrómetro de masas para determinar qué moléculas están presentes en una muestra. Por ejemplo, se vaporiza sal de mesa (NaCl) y se analizan los iones en la primera parte del espectrómetro de masa. Esto produce iones del sodio e iones del cloro que tienen pesos moleculares específicos. Estos iones también tienen una carga, que significa que debido a ella tendrán movimiento bajo influencia de un determinado campo eléctrico.

Estos iones se envían a un compartimiento de aceleración y se pasan a través de una lámina metálica. Se aplica un campo magnético a un lado del compartimiento que atrae a cada uno de los iones con la misma fuerza (suponiendo carga idéntica) y se los desvía sobre un detector. Naturalmente, los iones más ligeros se desviarán más que los iones pesados porque la fuerza aplicada a cada ion es igual pero los iones ligeros tienen menos masa. El detector mide exactamente cuán lejos se ha desviado cada ion y a partir de ese dato, se calcula el "cociente masa por unidad de carga". Con esta información es posible determinar con un alto nivel de certeza cuál es la composición

El Catarómetro: Un catarómetro es un instrumento utilizado para la determinación de la composición de una mezcla de gas. El equipo se compone de dos tubos paralelos que contienen el gas de las bobinas de calefacción. Los gases son examinados comparando el radio de pérdida de calor de las bobinas de calefacción en el gas. Las bobinas son dispuestas dentro de un circuito de puente que tiene resistencia a los cambios debido al desigual enfriamiento que puede ser medido. Un canal contiene normalmente una referencia del gas y la mezcla que se probará se pasa a través del otro canal. El principio de funcionamiento se basa en la conductividad térmica de un gas, que es inversamente proporcional con su peso molecular. Puesto que varios de los componentes de las mezclas de gas tienen masa generalmente diversa es posible estimar las concentraciones relativas. El hidrógeno tiene aproximadamente seis partes de la conductividad del nitrógeno por ejemplo. Los catarómetros se utilizan médicamente para el análisis del funcionamiento pulmonar y en la cromatografía de gases.

Metrología

Página 17 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. Los resultados son más lentos de obtener comparado al del espectrómetro de masa, pero el dispositivo es económico, y tiene buena exactitud cuando de gases se trata, y es solamente la proporción que debe ser determinada.

sideral se basa en el movimiento de otros astros diferentes al Sol. o

A continuación se muestra una tabla de los gases más comunes; como se puede notar, el monóxido de carbono tiene una masa atómica casi idéntica al nitrógeno molecular; por lo tanto, es prácticamente imposible distinguirlos con un catarómetro. •

El funcionamiento usual de un cronómetro, consiste en empezar a contar desde cero al pulsarse el mismo botón que lo detiene. Además habitualmente puedan medirse varios tiempos con el mismo comienzo y distinto final. Para ello se congela los sucesivos tiempos con un botón distinto, normalmente con el de reinicio, mientras sigue contando en segundo plano hasta que se pulsa el botón de comienzo.

EL TIEMPO: El tiempo es la magnitud física que mide la duración o separación de acontecimientos sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación, esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema cuando éste aparentaba un estado X y el instante en el que X registra una variación perceptible para un observador (o aparato de medida).

Para mostrar el segundo tiempo o el tiempo acumulado, se pulsa reset o reinicio.

Es la magnitud que permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un presente y un futuro, y da lugar al principio de causalidad, uno de los axiomas del método científico.

Los cronómetros pueden activarse con métodos automáticos, con menor margen de error y sin necesidad de un actor. Algunos de estos sistemas son: el corte de un haz luminoso o la detección de un transceptor. También en los ciclocomputadores se usa un cronómetro automático activado por el movimiento de la rueda.

El Calendario: (del latín calenda) es una cuenta sistematizada del tiempo para la organización de las actividades humanas. Antiguamente estaba basado en los ciclos lunares. En la actualidad, los diversos calendarios tienen base en el ciclo que describe la Tierra alrededor del Sol y se denominan calendarios solares. El calendario

El El Cronometro: cronómetro es un reloj o una función de reloj para medir fracciones temporales, normalmente breves y precisas. La palabra cronómetro es un neolo-gismo de etimología griega: Χρόνος Cronos es el dios del tiempo, μετρον metron es hoy un sufijo que significa '[aparato] para medir'.

Son habituales las medidas en centésimas de segundo, como en los relojes de pulsera o incluso milésimas de segundo. Está extendido su uso en competiciones deportivas, así como en ciencia y tecnología. o

El Reloj: Se denomina

reloj a un instrumento que permite medir el tiempo. Existen diversos tipos, que se adecuan según el propósito: Conocer la hora actual (reloj de pulso, reloj de bolsillo, reloj de salón o pared). Medir la duración de un suceso (cronómetro, reloj de arena). Señalar las horas por sonidos parecidos a campanadas o pitidos (reloj de péndulo, reloj de pulso con bip a cada hora). Activar una alarma en cierta hora específica (reloj despertador). Los relojes se utilizan desde la antigüedad. A medida que ha ido evolucionando la ciencia y la tecnología de su fabricación, han ido apareciendo nuevos modelos con mayor precisión, mejor prestancia y menor costo de fabricación. Es quizá uno de los instrumentos más populares que existen actualmente y casi todas las personas disponen de uno o varios relojes personales de pulsera.

El cronómetro es un reloj o una función de reloj para medir fracciones temporales, normal-mente breves y preci-sas.

Mucha gente, además de la utilidad que los caracteriza, los ostenta como símbolo de distinción, por lo que hay marcas de relojes muy finos y lujosos. Asimismo, en los hogares hay varios y diferentes tipos de relojes; muchos electrodomésticos – incorporan relojes –digitales y en cada computadora hay un reloj. El reloj es un instrumento omnipresente en la vida actual, debido a la importancia que se da al tiempo en las sociedades modernas. Sin embargo, las personas que viven en las comunidades rurales, lejos del ruido de la vida moderna, pueden darse el lujo de omitir el uso de este instrumento debido a que no tienen

Es la magnitud que permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un presente y un futuro, y da lugar al principio de causalidad, uno de los axiomas del método científico.

Metrología

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prisa en su modo de vida. Aun las personas que viven en las grandes ciudades industriales, podrían omitir el uso del reloj cuando ya tienen un esquema de actividades en pleno dominio, o bien cuando su vida ya no requiere los tiempos precisos de estar en determinados lugares.

pero se sincroniza usando segundos de intercalación con el Tiempo Universal (UT1), el cual se basa en el paso del día y la noche según las observaciones astronómicas. o

La mayor precisión conseguida hasta ahora es la del último reloj atómico desarrollado por la Oficina Nacional de Normalización (NIST) de los EE.UU., el NIST-F1, puesto en marcha en 1.999, es tan exacto que tiene un margen de error de solo un segundo cada 30 millones de años. o La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia.

Sonda de Temperatura o Termopar.

El Reloj Atómico: Se denomina reloj atómico a un reloj cuyo funcionamiento se basa en la frecuencia de una vibración atómica. Un reloj atómico es un tipo de reloj que utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal para alimentar su contador. Los primeros relojes atómicos tomaban su referencia de un “MASER” (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Las mejores referencias atómicas de frecuencia (o relojes) modernas se basan en físicas más avanzadas que involucran átomos fríos y las fuentes atómicas. Las agencias de las normas nacionales mantienen una exactitud de 10-9 segundos por día, y una precisión igual a la frecuencia del transmisor de la radio que bombea el MASER. Los relojes atómicos mantienen una escala de tiempo continua y estable, el Tiempo Atómico Internacional (TAI). Para el uso cotidiano, se disemina otra escala de tiempo, el Tiempo Universal Coordinado (UTC). El UTC se deriva del TAI,

Datación Radiometrica: La datación radiométrica es el procedimiento técnico empleado para determinar la edad absoluta de rocas, minerales y restos orgánicos. En los tres casos se analizan las proporciones de un isótopo padre y un isótopo hijo de los que se conoce su semivida o vida media. Ejemplos de estos pares de isótopos radiactivos pueden ser el K/Ar, U/Pb, Rb/Sr, Sm/Nd, etc. La Datación por radiocarbono (basada en la desintegración del isótopo carbono-14) es comúnmente utilizada para datación de restos orgánicos relativamente recientes. El isótopo usado depende de la antigüedad de las rocas o restos que se quieran datar. Por ejemplo, para restos orgánicos de hasta 60.000 años se usa el carbono-14, pero para rocas de millones de años se usan otros isótopos de semivida más larga. Ecuación de datación: Considerando el decaimiento radioactivo producido en los elementos inestables para convertirse en estables, se tiene una expresión matemática que relacionan los períodos de semidesintegración y el tiempo geológico tal que:

⎛ D⎞ ln⎜1 + ⎟ ⎝ P⎠

(3)

Donde, t = Edad de la muestra D = Número de átomos que han decaído radioactivamente

P = Número de isótopos en la muestra original λ = periodo de semidesintegración del isótopo padre ln = Logaritmo neperiano Esta ecuación es válida siempre que el padre tenga un único modo de decaimiento y el hijo sea estable. Para otros casos se pueden obtener otras ecuaciones más complejas que tienen en cuenta los múltiples decaimientos que pueden tener lugar. •

LA TEMPERATURA: Los átomos y moléculas en una sustancia no siempre se mueven a la misma velocidad. Esto significa que hay un rango de energía (energía de movimiento) en las moléculas. En un gas, por ejemplo, las moléculas se mueven en direcciones aleatorias y a diferentes velocidades - algunas se mueven rápido y otras más lentamente. La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. Como lo que medimos en su movimiento medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más que el cazo. Nosotros experimentamos la temperatura todos los días. Cuando hace calor o cuando tenemos fiebre sentimos calor y cuando está lloviendo sentimos frío. Cuando estamos hirviendo agua, hacemos que la temperatura aumente y cuando estamos haciendo polos o paletas de helado esperamos que la temperatura baje. o

El Termómetro: Es un instrumento de medición de temperatura.

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Metrología

Por: Ing. Ricardo A. Forero R. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales. Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada. El creador del primer termoscopio fue Galileo Galilei; éste podría considerarse el predecesor del termómetro. Consistía en un tubo de vidrio terminado en una esfera cerrada; el extremo abierto se sumergía boca abajo dentro de una mezcla de alcohol y agua, mientras la esfera quedaba en la parte superior. Al calentar el líquido, éste subía por el tubo. Sanctorius incorporó una graduación numérica al instrumento de Galilei, con lo que surgió el termómetro. o

El Termopar: Un termopar es un dispositivo formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia. En Instrumentación Industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de

medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud, ya que, los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares, como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas.

Modalidades de Termopares: Los termopares

están disponibles en diferentes modalidades, como sondas. Estas últimas son ideales para variadas aplicaciones de medición, por ejemplo, en la investigación médica, sensores de temperatura para los alimentos, en la industria y en otras ramas de la ciencia, etc.

A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideración el tipo de conector. Los dos tipos son el modelo estándar, con pines redondos y el modelo miniatura, con pines chatos, siendo estos últimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los más populares. Otro punto importante en la selección es el tipo de termopar, el aislamiento y la construcción de la sonda. Todos estos factores tienen un efecto en el rango de temperatura a medir, precisión y fiabilidad en las lecturas. Tipos de Termopares: 1. Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni -Al) Alumel): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 ºC a +1.372 ºC y una

sensibilidad 41µV/°C aprox. Posee buena Resistencia a la oxidación. 2. Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/°C. 3. Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 ºC. ya que, una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente.Tienen un rango de -40 ºC a +750 ºC y una sensibilidad de ~52 µV/°C. Es afectado por la corrosión.

También llamado pirómetro óptico, es un dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con e lla .

4. Tipo N (Nicrosil (Ni-CrSi / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros. Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (suEn física y disciplinas afines la presión es una periores a 300 ºC). magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie. 1. Tipo B (Platino (Pt)Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800 ºC. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0

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ºC y 42 ºC debido a su curva de temperatura / voltaje, limitando así su uso a temperaturas por encima de 50 ºC.

emite radiación térmica. Esta radiación será captada y evaluada por el pirómetro. Cuando el objeto de medida tiene una temperatura inferior al pirómetro, es negativo el flujo de radiación. De todas formas se puede medir la temperatura.

2. Tipo R (Platino (Pt)Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300 ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su atractivo.

Uno de los pirómetros más comunes es el pirómetro de absorciónemisión, que se utiliza para determinar la temperatura de gases, a partir, de la medición de la radiación emitida por una fuente de referencia calibrada, antes y después de que esta radiación haya pasado a través del gas y haya sido parcialmente absorbida por éste. Ambas medidas se hacen en el mismo intervalo de las longitudes de onda.

3. Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 ºC, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1.064,43 °C).

Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica.

Para medir la temperatura de un metal incandescente, se observa éste a través del pirómetro, y se gira un anillo para ajustar la temperatura de un filamento incandescente proyectado en el campo de visión. Cuando el color del filamento es idéntico al del metal, se puede leer la temperatura en una escala según el ajuste del color del filamento.

Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar. o

Manómetro es un aparato de medida que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados.

El Pirometro: También llamado pirómetro óptico, es un dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella. El término se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a los 600 ºC. El rango de temperatura de un pirómetro se encuentra entre -50 ºC hasta +4.000 ºC. Una aplicación típica es la medida de la temperatura de metales incandescentes en molinos de acero o fundiciones.

Principio Básico: Cualquier objeto con una temperatura superior a los 0 grados kelvin (0 K)

•

LA PRESION: En física y disciplinas afines la presión es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar, como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie. En el Sistema Interna-cional de Unidades (SI) la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa), que es equivalente a una fuerza total de un newton, actuando unifor-memente en un metro cuadrado. La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que

actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicu-larmente a la superficie, la presión P viene dada por:

F A

(4)

En determinadas aplicaciones la presión se mide, no como la presión absoluta, sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro). o

El Barómetro: Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera. Los primeros barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la atmósfera. Los primeros barómetros fueron realizados por el físico y matemático italiano Evangelista Torricelli en el siglo XVII. La presión atmosférica equivale a la altura de una columna de agua de unos 10,13 m de altura. En los barómetros de mercurio, cuya densidad es 13,6 veces mayor que la del agua, la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica al nivel del mar en un día despejado es de aproximadamente unos 760 mm. Los barómetros son instrumentos funda-

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Página 21 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. mentales para medir el estado de la atmósfera y realizar predicciones meteorológicas. Las altas presiones se corresponden con regiones sin precipitaciones, mientras que las bajas presiones son indicadores de regiones de tormentas y borrascas. La unidad de medida de la presión atmosférica que suelen marcar los barómetros se llama hectopascal, de abreviación (hPa). o

El Manómetro: (del gr. μανός, ligero, poco denso, y ‒ ́metro), es un aparato de medida que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los de gases.

Características y tipos de manómetros: Muchos de

los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica; dichos aparatos reciben el nombre de manómetros y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los barómetros de mercurio y los aneroides. La presión manométrica se expresa bien sea por encima o por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manómetros de vacío o vacuómetros.

De dos ramas abiertas.

El manómetro más sencillo consiste en un tubo de vidrio doblado en “U”, que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, ...). Una de las ramas del tubo está abierta a la

Obsérvese que este dispositivo mide presiones absolutas, por lo que no es un verdadero manómetro.

atmósfera; la otra está conectada con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir. El fluido del recipiente penetra en parte del tubo en “U”, haciendo contacto con la columna líquida. Los fluidos alcanzan una configuración de equilibrio, de la que resulta fácil deducir la presión manométrica en el depósito:

Pm = p − patm + ρ m gh + ρgd

Manómetros metálicos o aneroides. En la industria

se emplean casi exclusivamente los manómetros metálicos o aneroides, que son Marómetros aneroides modificados de tal forma que dentro de la caja actúa la presión desconocida que se desea medir y fuera actúa la presión atmosférica. El más corriente es el manómetro de Bourdon, consistente en un tubo metálico, aplastado, hermético, cerrado por un extremo y arrollado en espiral. El extremo abierto se comunica con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir; entonces, al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a desenrollarse, y pone en movimiento una aguja indicadora frente a una escala calibrada en unidades de presión.

(5)

Donde, ρm y ρ son las densidades del líquido manométrico y del fluido contenido en el depósito, respectivamente. Si la densidad de dicho fluido es muy inferior a la del líquido manométrico, en la mayoría de los casos podemos despreciar el término ρgd, y tenemos:

Pm ≈ p − patm + ρ m gh

(6)

De modo que la presión manométrica p-patm es proporcional a la diferencia de alturas que alcanza el líquido manométrico en las dos ramas. Evidentemente, el manómetro será tanto más sensible cuanto menor sea la densidad del líquido manométrico utilizado.

El Tubo de Pitot: Inventado por el ingeniero francés Henri Pitot en 1.732, sirve para calcular la presión total, también llamada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica).

El manómetro truncado.

Sirve para medir pequeñas presiones gaseosas, desde varios torrs hasta 1 Torr. No es más que un barómetro de sifón con sus dos ramas cortas. Si la rama abierta se comunica con un depósito cuya presión supere la altura máxima de la columna barométrica, el líquido barométrico llena la rama cerrada. En el caso contrario, se forma un vacío barométrico en la rama cerrada y la presión absoluta en el depósito vendrá dada por

Pm ≈ p − patm + ρ m gh

(7)

Anemómetro tipo Pitot con veleta.

En la embocadura del tubo, se forma un punto de estancamiento, la velocidad allí (V1) es nula, y la presión según la ecuación de Bernoulli aumenta hasta:

v02 2

(8)

Por lo tanto:

Pt = P0 + ρ

v02 2

(9)

Siendo: V0 y P0 = presión y velocidad de la corriente

Tubo de Pitot.

Metrología

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imperturbada.

guiente, la corriente que atraviesa el hilo es proporcional a la velocidad del viento.

Pt = presión total o de estancamiento. Aplicando la misma ecuación entre las secciones (1) y (2) (Figura Tubo de Pitot), considerando que V1 = V2 = 0, se tiene:

y1 +

P1 P2 = y2 + 2 ρg ρg

•

(10)

Siendo: y2 - y1 = L (lectura en el tubo piezométrico)

EL FLUJO: Como tal el flujo puede tener muchas aplicaciones e interpretaciones en diferentes campos, sin embargo de forma general, cuando nos referimos al flujo nos referimos al movimiento de algo, quiere decir que existe un estado inicial y un estado final, distinto y bien definido. o

Luego:

Pt = ρ gL

(11)

Electrómetro. Esta es llamada expresión de Pitot. o

El Anemómetro: Es un aparato meteorológico que se usa para la predicción del tiempo y, específicamente, para medir la velocidad del viento.(No siempre es exacto a menos que sea un anemómetro digital). En meteorología, se usan principalmente los anemómetros de cazoletas o de molinete, especie de diminuto molino cuyas cuatro aspas se hallan constituidas por cazoletas sobre las cuales actúa la fuerza del viento; el número de vueltas puede ser leído directamente en un contador o registrado sobre una banda de papel (anemograma), en cuyo caso el aparato se denomina anemógrafo. Aunque también los hay de tipo electrónicos.

En el amperímetro la medición se realiza en serie. Y mide la intensidad de corriente consumida por un circuito.

Para medir los cambios repentinos de la velocidad del viento, ESPEcialmente en las turbulencias, se recurre al anemómetro de filamento caliente, que consiste en un hilo de platino o níquel calentado Electriccamente: la acción del viento tiene por efecto enfriarlo y hace variar así su resistencia; por Fonsi-

El Caudalímetro: Instrumento empleado para la medición del caudal de un fluido o Gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros. Existen versiones mecánicas y eléctricas. Entre las mecánicas se encuentran los viejos contadores de agua instalados a la entrada de una vivienda para determinar cuantos metros cúbicos de agua se consumieron. Un ejemplo de caudalímetro eléctrico lo podemos encontrar en los calentadores de agua de paso que lo utilizan para determinar el caudal que está circulando o en las lavadoras para llenar su tanque a diferentes niveles.

•

damente aislada por un tapón aislante, una varilla que soporta una lámina de oro muy fina o una aguja de aluminio, apoyada en este caso de tal manera que pueda girar libremente sobre una escala graduada.

PROPIEDADES ELECTRICAS: o

Electrómetro: Se denomina electrómetro a un electroscopio dotado de una escala. Los electró-metros, al igual que los electroscopios, han caído en desuso debido al desarrollo de instruyen-tos electrónicos de precisión. Uno de los modelos de electrómetro consiste en una caja metálica en la cual se introduce, debi-

Al establecer una diferencia de potencial entre la caja y la varilla con la lámina de oro (o la aguja de aluminio), esta es atraída por la pared del recipiente. La intensidad de la desviación puede servir para medir la diferencia de potencial entre ambas. o

El Amperímetro: Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. Si hablamos en términos básicos, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia en paralelo, llamada shunt. Disponiendo de una gama de resistencias shunt, podemos disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmnio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico. El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que, en la actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la medida de la caída de tensión en un resistor por el que circula la corriente a medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos para presentar

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Página 23 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. en un display numérico el valor de la corriente eléctrica circulante. o

Para medidas de alta precisión, la disposición indicada anteriormente no es apropiada, por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba. Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvín. Los terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.

El Galvanómetro: Instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismos. El Óhmetro: El diseño de un óhmetro, se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanómetro medir la corriente que circula a través de la resistencia. La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que, en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería fija, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa. Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm, el valor de R vendrá dado por:

V I

(12)

la siguiente fórmula:

Vef =

(13)

Voltímetros

vectoriales:

Voltímetros

digitales:

Se utilizan con señales de microondas. Además, del módulo de la tensión dan una indicación de su fase. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de aparatos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general. Son dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica. Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras funcionalidades.

El Voltímetro: Es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Podemos clasificar los voltímetros por los principios en los que se basan su funcionamiento.

El voltímetro mide la diferencia de potencial eléctrico y se mide en paralelo.

El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógicodigital (que suele ser, empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica LCD.

Voltímetros electromecánicos: Estos voltímetros,

en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna.

El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1.954.

Voltímetros electrónicos: Añaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada (del orden de los 20 megaohmios) y mayor sensibilidad. Algunos modelos ofrecen medida de "verdadero valor eficaz" para corrientes alternas. Los que no miden el verdadero valor eficaz es por que miden el valor de pico a pico, y suponiendo que se trata de una señal sinusoidal perfecta, calculan el valor eficaz por medio de

Vpp 2 2

El Vatímetro: Es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas “bobinas de corriente”, y una bobina móvil llamada “bobina de potencial”. Las bobinas fijas se conectan en serie con el

El Watímetro.

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circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circula por las bobinas fijas, genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella.

Partes del Multímetro.

El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación

W = VA o P = EI

(14)

En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente (dependiendo de las características de carga) mostrando una lectura diferente a la obtenida, multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo circuito.

Multímetro Digital.

con un factor de potencia bajo dará una lectura baja en el vatímetro, incluso aunque ambos de sus circuitos estén cargados al borde de su límite de seguridad. Por tanto, un vatímetro no sólo se clasifica en vatios, sino también en voltios y amperios.

Los dos circuitos de un vatímetro son propensos a resultar dañados por una corriente excesiva. Tanto los amperímetros como los voltímetros son vulnerables al recalentamiento: en caso de una sobrecarga, sus agujas pueden quedar fuera de escala; pero en un vatímetro el circuito de corriente, el de potencial o ambos pueden recalentarse, sin que la aguja alcance el extremo de la escala. Esto se debe a que su posición depende del factor de potencia, el voltaje y la corriente. Así, un circuito

El Multímetro: Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parametros electricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.

Funciones Comunes Multímetro o polímetro analógico: 1.

Las tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente contínua (D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos medir son: 500μA, 10mA y 250mA (μA se lee microamperio y corresponde a 10−6 A = 0,000001A y mA se lee miliamperio y corresponde a 10−3 A = 0,001A).

Vemos 5 posiciones, para medir voltaje en corriente contínua (D.C.= Direct Current), correspondientes a 2,5 V, 10 V, 50 V, 250 V y 500 V, en donde V=voltios.

Para medir resistencia (x10 Ω y x1 kΩ); Ω se lee ohmio. Esto no lo usaremos apenas, pues si se fijan en la escala milimetrada que está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia), verán que no es lineal, es decir, no hay la

misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4 y el 5; además, los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar de empezar en 0, empieza en (un valor de resistencia igual, que significa que el circuito está veces abierto). A usamos estas posiciones para ver si un cable está roto y no conduce la corriente. 4.

Como en el apartado 2, pero en este caso para medir corriente alterna (A.C.: = Alternating Current).

Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1,5V y 9V.

Escala para resistencia.

Escalas para el resto de mediciones. Desde abajo hacia arriba vemos una de 0 a 10, otra de 0 a 50 y una última de 0 a 250.

medir

Multímetros con funciones avanzadas: Más raramente se encuentran también multímetros que pueden realizar funciones más avanzadas como: Generar y detectar la Frecuencia intermedia de un aparato, así como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintonía de circuitos de estos aparatos. Permiten el seguimiento de la señal a través de todas las etapas del receptor bajo prueba. Realizar la función de osciloscopio por encima del millón de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolución. Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multímetros, para hacer medidas de potencia puntual (Potencia = Voltaje * Intensidad). Utilización como aparato telefónico, para poder conectarse a una línea telefónica bajo prueba,

Metrología

Página 25 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. mientras se efectúan medidas por la misma o por otra adyacente. Comprobación de circuitos de electrónica del automóvil. Grabación de ráfagas de alto o bajo voltaje. Un polímetro analógico genérico o estándar suele tener los siguientes componentes: - Conmutador alternacontinua (AC/DC): permite seleccionar una u otra opción dependiendo de la tensión (continua o alterna). - Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este componente se consigue seleccionar la magnitud (tensión, intensidad, etc.) y el valor de escala. - Ranuras de inserción de condensadores: es donde se debe insertar el condensador cuya capacidad se va a medir. - Orificio para la Hfe de los transistores: permite insertar el transistor cuya ganancia se va a medir. - Entradas: en ellas se conectan las puntas de medida. Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también existen de dos), uno que es el común, otro para medir tensiones y resistencias, otro para medir intensidades y otro para medir intensidades no mayores de 20 amperios. Es una palabra compuesta (multi = muchas; Metro=medidas Muchas medidas).

Como medir multímetro:

con

- Midiendo voltajes: Para medir una tensión, colocaremos los Bornes en las clavijas, y no tendremos mas que colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir. Si lo que queremos es medir

Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado, procederemos a cerrar el circuito usando para ello el tester, es decir, colocaremos cada borna del tester en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que tenemos. Con ello se cerrara el circuito y la intensidad circulara por el interior del multímetro para ser leída.

voltaje absoluto, colocaremos el borne negro en cualquier masa (un cable negro de molex o el chasis del ordenador) y el otro borne en el punto a medir. Si lo que queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos, no tendremos más que colocar un borne en cada lugar. - Midiendo resistencias: El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones. Basta con colocar la ruleta en la posición de Ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir. Si no sabemos cuantos Ohms tiene la resistencia a medir, empezaremos con colocar la ruleta en la escala más grande, e iremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que mas precisión nos da sin salirnos de rango. - Midiendo intensidades: El proceso para medir intensidades, es algo más complicado, puesto que en lugar de medirse en paralelo, se mide en serie con el circuito en cuestión. Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir, desconectar algún cable para intercalar el tester en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro del tester. Precisamente por esto, se ha comentado antes que un tester con las bornas puestas para medir intensidades tiene resistencia interna casi nula, para no provocar cambios en el circuito que queramos medir. Para medir una intensidad, abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos, y configuraremos el tester adecuadamente (borna roja en clavija de Amperios de mas capacidad, 10A en el caso del tester del ejemplo, borna negra en clavija común COM).

El Puente de Wheatstone: es un instrumento eléctrico de medida inventado por. Samuel Hunter Christie en 1.832, mejorado y popularizado por Sir Charles Wheatstone en 1.843. Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

Puente de Wheatstone.

El Osciloscopio: Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el

Osciloscopio.

Metrología

Página 26 de 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. puede encontrar el valor de la concentración desconocida de la muestra.

resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría. •

MAGNITUDES CLASIFICAR: o

Principio de Espectrómetro.

El Colorímetro: Es cualquier herramienta que identifica el color y el matiz para una medida más objetiva del color.

funcionamiento

del

Diferentes sustancias químicas absorben diferentes frecuencias de luz. Los colorímetros se basan en el principio de que la absorbancia de una sustancia es proporcional a su concentración, y es por eso que las sustancias más concentradas muestran una lectura más elevada de absorbancia. Se usa un filtro en el colorímetro para elegir el color de luz que más absorberá el soluto, para maximizar la precisión de la lectura. Note que el color de luz absorbida es lo opuesto del color del espécimen, por lo tanto un filtro azul sería apropiado para una sustancia naranja. Los sensores miden la cantidad de luz que atravesó la solución, comparando la cantidad entrante y la lectura de la cantidad absorbida.

Espectrómetro.

Otras aplicaciones de los colorímetros son para cualificar y corregir reacciones de color en los monitores, o para calibrar los colores de la impresión fotográfica. Los colorímetros también se utilizan en personas con déficit visual (ceguera o daltonismo), donde los nombres de los colores son anunciados en medidas de parámetros de color (por ejemplo, saturación y luminiscencia)

SIN

El colorímetro también es un instrumento que permite la absorbancia de una solución en una específica frecuencia de luz a ser determinada. Es por eso, que hacen posible descubrir la concentración de un soluto conocido que sea proporcional a la absorbancia.

Colorímetro.

Se realiza una serie de soluciones de concentraciones conocidas de la sustancia química en estudio y se mide la absorbancia para cada concentración, así se obtiene una gráfica de absorbancia respecto a concentración. Por extrapolación de la absorbancia en la gráfica se

sada en submúltiplos del metro, aunque alguna vez pueda ser expresada en cualquier unidad directamente proporcional a la energía del fotón, como la frecuencia o los electrón-voltios, que mantienen un relación inversa con la longitud de onda. Se utilizan espectrómetros en espectroscopia para producir líneas espectrales y medir sus longuitudes de onda e intensidades.

El color de APHA (asociación americana de la salud pública) se utiliza típicamente para caracterizar los polímeros con respecto a la amarillez de los polímeros. El color de APHA o el número de APHA refiere a un estándar del platinocobalto. Los colorímetros se pueden calibrar según las soluciones estándar del cobalto del platino y las soluciones poliméricas se pueden comparar a los estándares para determinar el número de APHA. Cuanto más alto es el número de APHA, más el amarillo la solución polimérica. o

El Espectrómetro: es un aparato capaz de analizar el espectro característico de un movimiento ondulatorio. Se aplica a variados instrumentos que operan sobre un amplio campo de longitudes de onda. Un espectrómetro óptico o espectroscopio, es un instrumento que sirve para medir las propiedades de la luz en una determinada porción del espectro electromagnético. La variable que se mide generalmente es la intensidad de la luz pero se puede medir también el estado de polarización, por ejemplo. La variable independiente suele ser la longitud de onda de la luz, generalmente expre-

En general, un instrumento concreto sólo operará sobre una pequeña porción de éste campo total, debido a las diferentes técnicas necesarias para medir distintas porciones del espectro. Por debajo de las frecuencias ópticas (es decir, microondas, radio y audio), el analizador de espectro es un dispositivo electrónico muy parecido. o

El Microscopio: (de micro-, μικρο, pequeño, y scopio, σκοπεω, observar) es un instrumento que permite observar objetos que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. El tipo más común y el primero que se inventó es el microscopio óptico. Se trata de un instrumento óptico que contiene una o varias lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto y que funciona por refracción. La ciencia que investiga los objetos pequeños utilizando este instruyento se llama microscopía.

Tipos de microscopios: - Microscopio óptico - Microscopio simple - Microscopio compuesto - Microscopio de luz ultravioleta - Microscopio de fluorescencia - Microscopio petrográfico - Microscopio en campo oscuro

Metrología

Página 27 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. - Microscopio de contraste de fase - Microscopio de luz polarizada - Microscopio confocal - Microscopio electrónico - Microscopio electrónico de transmisión - Microscopio electrónico de barrido - Microscopio de iones en campo - Microscopio de sonda de barrido - Microscopio de efecto túnel - Microscopio de fuerza atómica - Microscopio virtual - Microscopio de antimateria o

El Contador Geiger: Es un instrumento que permite medir la radiactividad de un objeto o lugar. Está formado, normalmente, por un tubo con un fino hilo metálico a lo largo de su centro. El espacio entre ellos está aislado y relleno de un gas, y con el hilo a unos 1.000 V relativos con el tubo. Un ion o electrón penetra en el tubo (o se desprende un electrón de la pared, por los rayos X o gamma), desprende electrones de los átomos del gas y debido al voltaje positivo del hilo central, son atraídos hacia el hilo. Al hacer esto ganan energía, colisionan con los átomos y liberan más electrones, hasta que el proceso se convierte en una «avalancha» que produce un pulso de corriente detectable. Relleno de un gas adecuado, el flujo de electricidad se para por si mismo o incluso el circuito eléctrico puede ayudar a pararlo. Al instrumento se le llama un "contador" debido a que cada partícula que pasa por él produce un pulso idéntico, permitiendo contar las partículas (normalmente de forma electrónica) pero sin decirnos nada sobre su

identidad o su energía (excepto que deberán tener energía suficiente para penetrar las paredes del contador). Los contadores de Van Allen estaban hechos de un metal fino, con conexiones aisladas en sus extremos. o

Radiómetro de Nichols: Un radiómetro de Nichols es un aparato para medir la presión de la radiación. Recibe su nombre del físico americano E. F. Nichols, quién lo ideara a finales del siglo XIX. Consistía en un par de pequeños espejos de cristal plateados por una cara suspendidos de una delgada fibra de cuarzo en equilibrio de torsión, y encerrados dentro de un recinto en el cual se podía regular la presión de aire. El cabezal de torsión al cual estaba unida la fibra se podía girar desde el exterior por medio de un imán. Para realizar las medidas se dirigía un haz luminoso primero a un espejo y después al otro, y las desviaciones opuestas observadas se determinaban con la ayuda de un espejo y una escala. La influencia del aire se podía comprobar girando el sistema de forma que los espejos recibieran la luz por su lado no plateado. Se encontró que esta influencia era mínima, de valor casi despreciable, a una presión de 16 mmHg. La energía radiante del haz incidente se determinaba a partir de su efecto térmico sobre un pequeño disco de plata ennegrecido, método que se demostró más fiable que el bolómetro utilizado inicialmente. El perfeccionamiento del aparato permitió a Nichols y Hull obtener en 1903 una medida de la presión de la radiación que no difería en más del 10% de la teórica.

Otros experimentadores continuarían con su mejora hasta obtener un acuerdo entre las presiones de la radiación observadas y calculadas mejor del 1%. A veces se confunde este aparato con el radiómetro de Crooke. o

El Sismómetro: Un sismómetro o sismógrafo es un instrumento para medir terremotos para la sismología o pequeños temblores provocados, en el caso de la Sismología de exploración. Este aparato, en sus versiones iniciales, consistía en un péndulo que por su masa permanecía inmóvil debido a la inercia, mientras todo a su alrededor se movía; dicho péndulo llevaba un punzón que iba escribiendo sobre un rodillo de papel pautado en tiempo, de modo que al empezar la vibración se registraba el movimiento en el papel, constituíyendo esta representación gráfica el denominado sismograma. Los instrumentos modernos son, por supuesto, electrónicos. Estos sismógrafos se parecen a los acelerómetros, y tienden a llegar a ser instrumentos universales. En años anteriores, los sismómetros podrían “quedarse cortos” o ir fuera de la escala para el movimiento de la Tierra que es suficientemente fuerte para ser sentido por la gente. En este caso, solo los instrumentos que podrían trabajar serían los acelerómetros menos sensibles. Los modernos sismómetros de banda ancha (llamados así por la capacidad de registro en un ancho rango de frecuencias) consisten de un pequeña ‘masa de prueba’, confinada por fuerzas eléctricas, manejada por electrónica sofisticada.

Microscopio.

Contador Geigner Moderno.

Metrología

Página 28 de 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. las ondas P.

Cuando la Tierra se mueve, electrónicamente se trata de mantener la masa fija a través de la retroalimentación del circuito. La cantidad de fuerza necesaria para conseguir esto es entonces registrada.

Los sismómetros que son usados en la Sismología de exploración tienen nombres según el medio en que se usan, el caso de los usados en Tierra son llamados geófonos y los usados en agua, son hidrófonos. Existen también los sismómetros de fondo oceánico (OBS, acrónimo en inglés).

La salida de los acelerómetros es directamente como aceleración (recordando F=m*a de Newton), pero los sismómetros usan un circuito integrado para una salida de velocidad.

pH metro.

Los sismómetros espaciados en un arreglo pueden ser usados para localizar a precisión, en tres dimensiones, la fuente del terremoto, usando el tiempo que toma a las ondas sísmicas propagarse hacia fuera desde el epicentro, el punto de la ruptura de la falla. Los sismógrafos son también usados para detectar explosiones de pruebas nucleares. Al estudiar las ondas sísmicas, los geólogos pueden también hacer mapas del interior de la Tierra.

Se llena el bulbo con la solución de ácido clorhídrico 0.1N saturado con cloruro de plata. El voltaje en el interior del bulbo es constante, porque se mantiene su pH constante (pH 7) de manera que la diferencia de potencial solo depende del pH del medio externo.

PH-metro: El pH-metro es un sensor utilizado en el método electroquímico para medir el pH de una disolución. La determinación de pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentración de protones. En consecuencia se conoce muy bien la sensibilidad y la selectividad de las membranas de vidrio delante el pH.

El alambre que se sumerge al interior (normalmente Ag/AgCl) permite conducir este potencial hasta un amplificador. o

Una celda para la medida de pH consiste en un par de electrodos, uno de calomel (mercurio, cloruro de mercurio) y otro de vidrio, sumergidos en la disolución en la que queremos encontrar el pH.

Cuando ocurre un terremoto, los sismógrafos que se encuentran cerca del epicentro son capaces de registrar las ondas S y las P, pero del otro lado de la Tierra sólo pueden registrarse

Piranómetro.

electrodo es de vidrio común y no es conductor, mientras que el bulbo sensible, que es el extremo sensible del electrodo, esta formado por un vidrio polarizable (vidrio sensible de pH).

El Piranómetro: Un piranómetro (también llamado solarímetro y actinómetro) es un instrumento meteorológico, utilizado para medir de manera muy precisa la radiación solar incidente sobre la superficie de la tierra. Se trata de un sensor diseñado para medir la densidad del flujo de radiación solar (vatios por metro cuadrado) en un campo de 180 grados.

La varita de soporte del

Instrumentos de Medición para Medir Longitud Los instrumentos que sirven para medir dimensiones son útiles para todas y cada una de las labores de bricolaje y dentro del taller, por eso no pueden faltar en ningún maletín de herramientas. De hecho, nadie puede ponerse manos a la obra Unidad de Medida Metro Pulgada Pie Yarda Milla Angstrom Micrón

sin, por ejemplo, un metro que le facilite el trabajo. No cabe duda, que la dimensión que más se mide dentro del taller y el bricolaje, es la longitud. Y en el sistema decimal, el metro es la unidad de

medida por excelencia, aunque también se usan mucho en el bricolaje, dentro de la misma convención decimal, el centímetro (0,01 m) y el milímetro (0,001 m). Sin embargo, depende del caso

nos podemos encontrar que se mide con otras unidades diferentes: es el caso, de la pulgada, la yarda o la milla. A continuación se exponen algunas equivalencias para que se hagan una idea:

UNIDADES DE LONGITUD Equivalencia Aproximada

m 1,0000 0,0254 0,3048 1,0936 1.609,3440 1,0 x 10^ -6 1,0 x 10^ -10

Equivalencia Unidades de Longitud.

in 39,3701 1,0000 12,0000 43,0556 63.360,0000 3,93701 x 10^ -5 3,93701 x 10^ -9

ft 3,2808 0,0833 1,0000 3,5880 5.280,0000 3,28084 x 10^ -6 3,28084 x 10^ -10

yd 0,9144 0,0232 0,2787 1,0000 1.471,5842 3,28084 x 10^ -6 3,28084 x 10^ -10

mi 0,0006 1,57828 x 10^ -5 0,0002 0,0007 1,0000 6,21371 x 10^ -10 6,21371 x 10^ -11

Å 1.000.000 25.400 304.800 1.093.613 1.609.344.000 1,0000 0,0001

÷ 1.000.000.000 254.000.000 3.048.000.000 10.936.133.000 16.093.440.000.000 10.000,0000 1,0000

Metrología

Página 29 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. •

REGLAS PARA MEDICIÓN:

accidentes o deterioro en los instrumentos de medición.

Las mediciones deben hacerse con la debida exactitud y con todo cuidado. Para ello debe emplearse el instrumento que corresponda a la precisión exigida. Además, debe tenerse en cuenta indicaciones como las siguientes: o

Limpiar las superficies del material y del instrumento antes de realizar la medición.

Desbarbar previamente las piezas de trabajo.

En mediciones de precisión, prestar especial atención a la temperatura de referencia (20 ºC) (si la pieza está caliente, debe esperarse hasta que logre la temperatura de referencia).

Jamás debe hacerse mediciones en una pieza en movimiento o en una maquina en marcha, esto podría ocasionar

•

Las piezas de trabajo imantadas (por ejemplo, por sujeción magnética) se deben desimantar antes de realizar una medición.

Verificar la aptitud del instrumento para medir según la frecuencia de verificación.

No aplicar excesiva fuerza sobre aquellos instrumentos que no tienen mecanismo de control de presión. (por ejemplo el trinquete en micrómetros).

REGLAS PARA LA ESCRITURA DE UNIDADES Y SÍMBOLOS: Todo lenguaje contiene reglas para su escritura que evitan confusiones y facilitan la comunicación. El Sistema Internacional de Unidades (SI), tiene sus propias reglas de escritura que permiten una comunicación unívoca.

Los instrumentos para metrología dimensional se clasifican en instrumentos para medición de longitudes e instrumentos para medición de ángulos.

Los Instrumentos para Medición de ángulos.

Metrología

Página 30 de 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R.

Cinta Métrica, el más común de los elementos de medida.

En general una cinta métrica viene reglada en Milímetros (SI) y en Pulgadas (BS – British Standard)

•

la precisión del trazo y facilita el marcaje. Además, es perfecta para comprobar el ángulo de los ensambles y escuadrado de muebles y/o piezas. La idea es que sirva para medir ángulos rectos exactos (90º), aunque pueden tener el ángulo

MEDICIÓN TUD:

LONGI-

Por asimilación al sistema de medición que utilizamos, los instrumentos básicos de medida se llaman metro. Existen diferentes tipos de metros: o

Metro / Cinta métrica: Es el más común, de cinta metálica, muy útil, versátil y que no ocupa espacio, porque, se enrolla sobre sí mismo. Deberá ser de 5 metros como mínimo, así como ancho y resistente para que no se doble.

regulable. o

Metro plegable: La ventaja de esta herramienta es que no se dobla cuando está desplegada. Es muy habitual en carpintería. Escuadra: También muy utilizada por los carpinteros y por los mecánicos en el taller de ajuste, porque aumenta

Metro Láser.

•

Falsa escuadra: Se trata de una escuadra con distintas reglas que permite medir y trazar ángulos de distintas dimensiones. Metro láser: Es un aparato tecnológico que mide distancias por láser. Es muy preciso, pero también bastante costoso.

OTROS APARATOS PARA MEDIR: o

Transportador de ángulos: se utilizan

Falsa Escuadra.

para medir los ángulos en grados. o

Nivel: los niveles de burbuja son aliados insustituibles en bricolaje, sobre todo, en albañilería y carpintería y dentro de las actividades de ajuste y montaje del Taller. Con una burbuja en el centro, el nivel sirve para medir con precisión la línea vertical y la horizontal: por ejemplo, para saber si un cuadro está bien colgado o si un ladrillo no tiene más inclinación de la debida o al soldar una estructura que se encuentre paralela al suelo. Algunos niveles digitales emiten un sonido cuando hemos alcanzado la horizontalidad o verticalidad adecuada, facilitando enormemente el trabajo. Cuanto más grande es el nivel, más preciso: unos 60 cm. de largo suele ser suficiente.

Transportador de ángulos o Goniómetro.

Rayador o Punta de marcar: Cuando no podemos usar el lápiz para hacer trazados y marcas, como en el caso de algunos metales, esta punta afilada nos resolverá el problema.

Compás: Tradicional instrumento de medición para medir y trazar circunferencias.

Plomada: sirve para medir la verticalidad. No es más que una cuerda atada a un peso, que cuando se tensa por efecto de la gravedad, dibuja una línea vertical. Se utiliza mucho en albañilería.

Goniómetro: Un goniómetro es un instrumento de medición con forma de semicírculo o círculo graduado en 180º o 360º, utilizado para medir o construir ángulos.

Nivel y Plomada. Elementos muy utilizados en la construcción pero vitales al momento del montaje de un equipo.

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Metrología

Por: Ing. Ricardo A. Forero R.

Medición de Precisión En ocasiones lo que deseamos es obtener mediciones con una precisión muy grande. Por ejemplo, cuando tenemos que realizar un taladrado y colocar un eje que ajuste en dicho agujero sin holgura. O cuando trabajamos con piezas pequeñas y no podemos cometer grandes errores en las medidas.

0,1 mm, 0,05 mm y 0,02 mm, en fracciones de pulgada con valor de 1/128 y en milésimas de pulgada con valor de 0,001 in. o

Impulsor: Apoyo para deslizar el cursor.

Tornillo de fijación: En muchos tipos de calibradores, según el fabricante, puede contar con un tornillo de fijación, con el cual se asegura el cursor a la regla fija, para mantener la medida.

En estos casos es necesario utilizar instrumentos de precisión, siendo algunos de ellos: el Pié de Rey y el Micrómetro. •

Calibrador o Pie de Rey. Consta de: 1. Mordaza Fija y Mordaza Móvil para exteriores; 2. Punta Fija y Punta Móvil para Interiores; 3. Regleta o palpador para Profundidades; 4. Regla Fija Escala en Milímetros; 5. Regla Fija Escala en Pulgadas; 6. Nonio o Cursor en centésimas de Milímetro; 7. Nonio o Cursor en Fracciones de Pulgadas o en Milésimas de Pulgada; 8. Impulsor.

PIE DE REY O CALIBRE: Instrumento de medición de precisión, que va de 0,1 mm hasta 0,02 mm; 0,001 milésima de pulgada y 1/128 pulgadas. Muy utilizado en talleres de mecánica industrial, automotriz y en la industria en general. Puede medir longitudes internas, externas, profundidades y escalonadas. Hay de diferentes clases pero uno de los más utilizados es el pie de rey universal como el de la imagen. Como puede ver se compone de: o

Mordazas para exteriores: Una fija solidaria a la regla y otra móvil solidaria al cursor. Estas contienen los palpadores.

En muchos calibradores, también según el fabricante se encuentra que la parte alta de la regla fija, coincide cuando esta cerrada con la parte alta del cursor o nonio, con lo cual se pueden hacer medidas relativas como escalones, de acuerdo al desplazamiento de una superficie (la del cursor) en relación a la otra (la de la regla fija) como se observa en la figura. Los calibradores pueden clasificarse según su construcción o según su precisión. Según su forma o construcción, encontramos: o

Puntas para interiores: La fija va solidaria a la regla fija. La móvil solidaria al cursor. Estas contienen los palpadores. Regleta o palpador de profundidad: También llamado profundímetro por su función de medir profundidades.

Regla fija: Sobre la cual se encuentran grabadas las escalas en mm y dieciseisavos de pulgada.

Cursor Elemento sobre la contiene nonio. En milimetros

nonio: deslizante regla fija y las escalas la escala en en valores de

Operaciones de medición con el calibrador o pie de rey.

Pie de rey universal: El más común y utilizado en el taller. Con él se pueden tomar lecturas en milímetros y en fracciones de pulgada. Los hay también con escala en milésimas de pulgadas.

Pie de rey de tornero: Las diferencias principales con respecto del anterior, son que es de mayor precisión (0.02 mm) y es mas grande (300 mm.). también tiene mecanismo de ajuste fino (por su precisión).

Calibrador de esfera o con carátula: Es muy práctico y de fácil procedimiento para tomar lecturas. Los hay tanto en milímetros

Medición de longitudes escalonadas con el calibrador o pie de rey. Hay que anotar que es básico que la parte alta del nonio o cursor debe coincidir, cuando están cerradas las mordazas para exteriores, con la parte alta de la regla fija.

Medición de diámetros exteriores.

Medición de diámetros interiores.

Medición de profundidades.

Metrología

Página 32 de 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. (hasta 0.01 mm) como en pulgadas (0.001 milésima de pulgada). Trae un solo tipo de unidad de medida. o

Calibrador de Tornero Digital.

Pie de Rey digital: Tiene un visualizador que entrega la lectura directamente. Por su construcción con sistemas de origen electrónico, permite el manejo fácil de variables. Por ejemplo, convierte unidades métricas a pulgadas, almacena lecturas, etc.

que en 9 milímetros introducimos 10 divisiones de la escala nonio. La distancia entonces entre trazo y trazo de la escala nonio, es sencillamente 9 mm/10 trazos = 0,9 mm (9 décimas de mm). Para realizar la lectura en milímetros en un pie de rey universal, se procede así: o

Realice el procedimiento básico. Pág. 28.

Observe que sobre la regla fija está grabada la escala en milímetros. Cada trazo indica uno.

Definir la resolución o apreciación de un pie de rey, con la relación entre la menor división de la regla fija por el número de divisiones del nonius.

Según su precisión:

Calibrador de Esfera o Carátula.

Tomando como base el pie de rey universal, encontramos los siguientes grados de precisión: En milímetros: o

o Calibrador Digital.

de una décima de milímetro: 1/10 mm = 0,1 mm.

(15)

de 5 centésimas de milímetro: 1/20mm = 0,05 mm.

En caso de la imagen, y de los calibradores en general, cada división en la regla fija en la escala en milímetros, es un milímetro y el número de divisiones es de veinte, en el nonio, por lo cual:

de 2 centésimas de milímetro: 1/50 mm = 0,02 mm.

En pulgadas:

Relación de las unidades en el nonio en comparación con la regleta fija, habiendo entre cada trazo rojo un milímetro.

Revise donde esta el cero del nonio y cuente el numero de divisiones que hay a la izquierda y luego revise cual línea del nonio coincide con una línea de la Regla fija.

1/128 de pulgada.

una milésima de pulgada (0,001 pulgada)

El Principio de funcionamiento del calibrador pie de rey se fundamenta, en una escala fija y en una escala móvil. El cursor tiene la escala móvil o escala nonio, que es la genialidad creada por los señores Núñez de Portugal y Vernier de Francia. De ahí su nombre escala nonio o vernier. En la Figura están representadas las escalas de un pie de rey para una precisión de una décima de milímetro (0,1 mm). La escala roja es la escala fija y cada trazo representa 1 mm. La escala azul es la móvil. Observe que los ceros coinciden y que el trazo 10 del nonio coincide con el trazo (marca grabada sobre la regla) milímetro 9 de la escala fija. Quiere decir esto

Sobre el cursor esta grabada la escala nonio. Para este caso, cada trazo indica 0,05 mm y siendo la que más comúnmente se utiliza. No olvide que también existen en 0,1 mm y 0,02 mm. o

Tome la medida, según el tipo de longitud que requiera medir, usando la parte del calibrador apropiada para esa medida.

Una vez tomada la medida, sin retirar el calibrador verifique donde esta el cero del nonio y determine cuantas líneas se encuentran a la izquierda de este hasta el cero de la regla fija.

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Metrología

Por: Ing. Ricardo A. Forero R. o

Ahora determine cual línea del nonio coincide más con una de las líneas de la Regla fija.

En este orden de ideas, sume el valor de la regla fija (recuerde que el valor de esta es en milímetros) con el valor del nonio (recuerde que este esta en valores decimales o centesimales de milímetro), como se muestra en la imagen, el valor total corresponderá a la suma de ambas y se lee, para este caso, diez milímetros y cincuenta y cinco centésimas.

calibrador verifique donde esta el cero del nonio en pulgadas y determine cuantas líneas se encuentran a la izquierda de este hasta el cero de la regla fija, en la escala de pulgadas. o

Ahora determine cual línea del nonio coincide más con una de las líneas de la Regla fija.

En este orden de ideas, sume el valor de la regla fija (corresponderá al número de líneas a la izquierda del cero sobre dieciséis, para este caso son seis líneas, por lo tanto será seis sobre dieciséis, es decir: 6/16) con el valor del nonio (en este caso la línea del nonio que más coincide es la cinco y como cada una es de uno sobre ciento veintiocho, será cinco sobre ciento veintiocho, es decir: 5/128), como se muestra en la imagen, el valor total corresponderá a la suma de los dos valores y se lee, para este caso, cincuenta y tres ciento ventiochoavos de pulgada (53/128 in).

Para realizar la lectura en fracciones de pulgada en un pie de rey universal, se procede así: o

Realice el procedimiento básico. Pág. 28.

Observe que sobre la regla fija está grabada la escala en pulgadas. Cada trazo indica un dieciseisavo de pulgada (1/16”) y antes de una pulgada deben haber 16 trazos.

La resolución o apreciación de un pie de rey en la escala del nonio en fracciones de pulgadas, es de un ciento veintiochoavos.

(15)

Sobre el cursor esta grabada la escala nonio. Para este caso, cada trazo indica 1/128 in. No olvide que también existe en milésimas de pulgada, que se analizará a continuación. o

Tome la medida, según el tipo de longitud que requiera medir, usando la parte del calibrador apropiada para esa medida.

Una vez tomada la medida, sin retirar el

Para realizar la lectura en milesimas de pulgadas en un pie de rey universal, se procede así: o

Realice el procedimiento básico. Pág. 28.

Observe que sobre la regla fija está grabada la escala en milesismas de pulgada, el nonio tiene 25 trazos y cada uno equivale a una milésima de pulgada (0,001 in).

Adicionalmente, observe que la escala principal, en la regla fija, esta dada en décimas de pulgadas, cada décima a su vez tiene cuatro divisiones y cada una de ellas indican cada una de ellas indica 0.025 pulgadas o 25 milésimas de pulgada.

Definir la resolución o apreciación de un pie de rey, con la relación entre

Revise donde esta el cero del nonio y cuente el numero de divisiones que hay a la izquierda y luego revise cual línea del nonio coincide con una línea de la Regla fija.

Calibrador Pie de Rey en fracciones de pulgada. Valor de lectura simplificada para cada línea del nonio.

En fracciones de pulgada siempre habrá ocho líneas en el nonio, cuando esta en milésimas habrá 25.

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Página 34 de 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. la menor división de la regla fija por el número de divisiones del nonius.

grande que para este caso representa a una pulgada, para el ejemplo encontramos dos, es decir, dos décimas de pulgada (0,2 in) y las líneas pequeñas entre el cero del nonio y la línea mediana inmediatamente a la izquierda, es decir entre el cero del nonio y la que tiene el número dos y se observa que es una línea, donde para este caso, equivale a veinticinco milésimas, es decir, 0,025 in. Así, se suma 1 in + 0,2 in + 0,025 in, para un total de 1,225 in en la regleta fija.

(15)

Sobre el cursor esta grabada la escala nonio. Para este caso, cada trazo indica 0,001 in. Recuerde que también existe y siendo la que más comúnmente se utiliza. No olvide que también existen fracciones de pulgadas, como se vio anteriormente.

El truco para la correcta lectura en milésimas de pulgada esta en no olvidar que para las líneas pequeñas cada una equivale a 0,025 in y que las medianas a 0,1 in y las grandes a 1 in. o

Tome la medida, según el tipo de longitud que requiera medir, usando la parte del calibrador apropiada para esa medida.

Una vez tomada la medida, sin retirar el calibrador verifique donde esta el cero del nonio y determine cuantas líneas grandes hay a la izquierda de este, este serán las pulgadas. Determine ahora, cuantas líneas medianas hay entre el cero del nonio y la línea grande más cercana a la izquierda, esas serán las décimas. Ahora, cuente cuantas líneas pequeñas hay entre el cero del nonio y la primera línea mediana que se encuentre a la izquierda, recuerde el máximo serían 3 líneas y cada una de estas líneas equivale a 0,025 in.

Micrómetro o Tornillo Palmer.

Escalas del Tambor Fijo, del tambor Móvil y Nonios.

0,025 in = 0,001 in 25 div

Luego, determine cual es la línea del nonio que más coincide con una de la regla fija y determine el número de esta, sume los valores anteriores y tendrá, el valor de la medida.

En este orden de ideas, sume los valores de la regla fija así: las líneas grandes, para este caso 1 y corresponde a una pulgada, las líneas medianas entre el cero del nonio y la línea

•

Ahora, determine la línea más coincidente del nonio con la regleta fija, para este caso la 21, como cada una equivale a 0,001, entonces 21 lineas equivale a 0,021 in, que al sumarse con el valor de la regleta (1,225 in + 0,021 in), da como resultado la medida total, que para el caso mostrado en la figura, es de 1,246 pulgadas o una pulgada y doscientas cuarenta y seis milésimas de pulgada.

MICRÓMETRO O TORNILLO DE PALMER: El micrómetro (del griego micros, pequeño, y metros, medición), también llamado Tornillo de Palmer, es un instrumento de medición cuyo funcionamiento está basado en el tornillo micrométrico que sirve para medir con alta precisión las dimensiones de un objeto, del orden de centésimas de milímetros - 0,01 mm y de milésimas de milímetros o micras - 0,001mm. Para ello cuenta con 2 puntas que se aproximan entre sí mediante un tornillo de rosca fina, el cual tiene grabado en su contorno una escala. La escala puede incluir un nonio. La máxima longitud de medida del micrómetro de exteriores es de 25 mm, por lo que es necesario disponer de un micrómetro para cada campo de medidas que se quieran tomar. (0 - 25 mm), (25 - 50 mm), (50 - 75 mm), etc.

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Principio de Funcionamiento: El principio de funcionamiento de un Micrómetro se asemeja al de una tuerca y tornillo. Así existe una tuerca fija y un tornillo móvil, el cual al dar una vuelta completa, provoca un desplazamiento igual al paso de este.

micrométrico, así por cada vuelta del tambor, el desplazamiento es igual al paso del tornillo. 6. Chicharra: Asegura una presión constante y adecuada de medición. 7. Freno:

De esta manera, dividiendo la cabeza del tornillo podremos obtener fracciones menores las cuales estarán dadas por la medida del paso dividida por la cantidad de marcas de la cabeza del tornillo. Este principio es utilizado por todos los tipos de micrómetros que existen o cualquier sistema que utilice como principio el sistema de tornillo y tuerca. o

Nomenclatura: 1. Aislante Térmico: Fijado al arco, evita su dilatación, porque aísla la transmisión de calor, desde las manos al instrumento. 2. Tornillo trico:

Micromé-

Construido de acero especial templado, para garantizar exactitud en el paso de la rosca. 3. Caras de Medición: Sirven de apoyo para la pieza a ser medida, para eso precisan ser rigurosamente planos y paralelos, en algunos instrumentos, son de metal duro de alta resistencia al desgaste.

Permite tornillo. o

inmovilizar

Rosca Exterior o Macho 1 2 3 4 5 6 7

Rosca Interior o Hembra

Fondo o base Cresta o vértice Cresta o vértice Fondo o base Flanco Flanco Diámetro del núcleo Diámetro del taladro Diámetro exterior Diámetro interior Profundidad de la rosca Paso

Tipos de Micrómetros: 1. Micrómetro de Exteriores:

El funcionamiento del Micrómetro, se basa en el principio “Tuerca – Tornillo”, en el cual el frente del tornillo recorre linealmente una unidad dimensional (por ejemplo: un milímetro), cuando la rosca ha dado un giro completo, lo que equivale a un paso de la rosca.

El micrómetro para medidas exteriores es un aparato formado por un eje móvil, con una parte roscada, al extremo de la cual va montado un tambor graduado haciendo girar el tambor graduado se obtiene el movimiento del tornillo micrométrico y por consiguiente el eje móvil, que va a apretar la pieza contra el punto plano. Sobre la parte fija, que está solidaria al arco, va marcada la escala lineal graduada en milímetros o pulgadas. A diferencia del vernier hay un micrómetro para cada sistema de unidades. Dentro de los Micrómetros de exteriores encontramos:

Partes del Micrómetro.

- Micrómetro de exteriores con platillo para verificar engranajes. - Micrómetro de exteriores digitales para medidas de mucha precisión. - Micrómetros exteriores de puntas para la medición de roscas.

4. Tuerca de Ajuste: Permite el desplazamiento del tornillo micrométrico y su ajuste cuando es necesario. 5. Tambor: En este lugar se encuentra la escala centesimal, este gira ligado al tornillo

2. Micrómetro de Interiores: El micrómetro para interiores sirve para medir el diámetro del agujero y otras cotas internas superiores a 50 mm. Está formado por una cabeza micrométrica sobre la que pueden ser montados uno o más

Micrómetro de exteriores con platillo para verificar engranajes. En el recuadro además digital para mayor precisión.

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llegan a 2.000 mm y 80” respectivamente.

Dentro de los Micrómetros de interiores encontramos:

La resolución de los micrómetros puede ser de 0,01 mm, 0,001 mm, en los de sistema metrico y 0,001” y 0,0001” en los del sistema ingles.

ejes combinables prolongamiento.

- Micrómetro de interiores para la medición de agujeros, de tres puntas.

En los micrómetros de 025mm o en los de 0-1” cuando el instrumento se encuentra completamente cerrado, el cero que se encuentra en el tambor debe coincidir con la línea central de la escala fija, precisamente en el cero de la escala graduada en el tambor fijo.

- Micrómetro de interiores, para la medición de espacios entre placas. 3. Micrómetro de Profundidad: El micrómetro de profundidad sirve para comprobar la medida de fondo de agujeros, acanaladuras, etc. Se diferencia del micrómetro para medidas externas en que se sustituye el arco por un puente aplicado a la cabeza del micrómetro.

Micrómetros exteriores de puntas para la medición de roscas.

1. Micrómetro con sensibilidad de 0,01mm: Como ya sabemos por cada vuelta del tambor el tornillo micrométrico que se encuentra fijo a este gira y a su vez avanza en forma lineal una medida; a esta medida se le conoce como paso del tornillo, para saber cual es la resolución del instrumento se debe dividir el paso del tornillo micrométrico por el número de divisiones del tambor, así:

El campo de medida de este instrumento es de 25 mm y su aproximación es de 0,01 mm. Las partes fundamentales son: - Puente de acero. La anchura puede variar de 50 a 100 mm.

A. Micrómetro de interiores para la medición de agujeros; B. Micrómetro de Interiores para la medición de espacios entre placas.

Plano de apoyo.

Eje móvil.

- Dispositivo de bloqueo. -

Cuerpo graduado.

- Micrómetro para medir profundidades. o

Características de los Micrómetros: Las tres características principales de los micrómetros son: 1. Capacidad 2. Resolución 3. Aplicación

Micrómetro para medir profundidades.

La capacidad de medición de los Micrómetros normalmente es de 25 mm, en los de sistema métrico y de 1” pulgada, en los de sistema ingles. Los rangos mayores

Micrómetro en Sistema Métrico:

Paso del Tornillo Micrométrico No de Divisiones del Tambor

(16)

El paso de un tornillo micrométrico en el sistema métrico es de 0,5 mm, esto quiere decir que, por cada vuelta del tambor el tornillo se desplaza 0,5 mm en forma lineal, por otro lado el tambor posee 50 divisiones en su perímetro, así la resolución de este instrumento estará dada por:

a= 0,5mm = 0,01mm 50div.

Así, girando el tambor cada división provocara un avance del tornillo de 0,01 mm lineal.

Metrología

Página 37 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. Lectura de un micrómetro con sensibilidad de 0,01mm:

de un instrumento que posee un nonio en la escala fija se debe hacer lo siguiente.

Paso No. 1: Lectura de los milímetros en la escala fija.

Se divide la sensibilidad del tambor por la cantidad de divisiones que posee el nonio que se encuentra en la escala fija, así:

Paso No. 2: Lectura de los medios milímetros en la escala fija. Paso No. 3: Lectura de los centésimos de milímetro en el tambor. Ahora bien, Revisando la tercera imagen a la izquierda y siguiendo los pasos antes reseñados, podemos determinar que: sí contamos después de la línea reseñada con el número cinco (5), en la parte inferior de la escala graduada, que se encuentran los milímetros, encontramos cuatro líneas más dándonos nueve milímetros (9 mm). A continuación, revisando en la parte superior de esta escala fija, entre la última raya correspondiente a los milímetros y la base del tambor móvil, encontramos una raya más correspondiente a medio milímetro más (0,5 mm). Y finalmente, revisamos la línea coincidente del nonio con la línea central de la escala fija, para este caso es la línea cuarenta y tres (43), como cada línea en el nonio corresponde a 0,01 milímetro, quiere decir que las cuarenta y tres líneas equivale a cuarenta y tres centésimas de milímetro (0,43 mm). Así, sumando los resultados de cada uno de los pasos obtenemos: 9,00 mm + 0,50 mm + 0,43 mm = 9,93 mm 2. Micrómetro con sensibilidad de 0,001 mm: Cuando un micrómetro tiene un nonio en la escala fija este indica que la sensibilidad del tambor a sido dividida para obtener medidas aun menores, para poder obtener la sensibilidad

Sensibilidad del Tambor Móvil No de Divisiones del Nonio

(17)

La sensibilidad del Tambor Móvil en el sistema métrico es de 0,01 mm, como se calculó anteriormente, esto quiere decir que, por otro lado el nonio posee 10 divisiones, así la resolución de este instrumento estará dada por:

Cuando el instrumento se encuentra completamente cerrado, el cero que se encuentra en el tambor debe coincidir con la línea central de la escala fija, precisamente en el cero de la escala graduada en el tambor fijo.

0,01mm = 0,001mm 10div. Lectura de un micrómetro con sensibilidad de 0,001 mm: Paso No. 1: Lectura de los milímetros en la escala fija. Paso No. 2: Lectura de los medios milímetros en la escala fija Paso No. 3: Lectura de los centésimos de milímetro en el tambor. Paso No. 4: Lectura de las milésimas con ayuda del nonio de escala fija

Para un tornillo micrométrico, cuyo paso de tornillo es 0,5 mm y que cuente con 50 divisiones en el nonio, tendrá una sensibilidad 0,001 mm, así, girando el tambor cada división provocara un avance del tornillo de 0,01 mm lineal

La lectura final será el resultado de estas cuatro lecturas parciales, para el paso No. 4 es posible ayudarse de una lupa para discernir en forma correcta que línea coincide con una del tambor. Ahora bien, Revisando la primera imagen de la siguiente página y siguiendo los pasos antes reseñados, podemos determinar que: el número de milímetros (que en este caso esta en la parte superior de la Regla Fija), corresponde a veinte milímetros (20

Toma de medida en el Micrómetro en sistema decimal. Con precisión de 0,01 mm

Metrología

Página 38 de 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. mm). A continuación, revisando en la parte inferior de esta escala fija, entre la ultima raya correspondientes a los milímetros y la base del tambor móvil, encontramos una raya más correspondiente a medio milímetro más (0,5 mm). Revisando la línea coincidente del tambor móvil, con la línea central de la escala fija, para este caso, observamos, que como tal no hay una línea coincidente exactamente, por lo cual, debemos escoger la línea inmediatamente anterior, la cual será la línea once (11), como cada línea en el tambor móvil corresponde a 0,01 milímetro, quiere decir que las once líneas equivalen a once centésimas de milímetro (0,11 mm). Y Finalmente, como vimos que no había coincidencia entre las líneas del tambor móvil y el eje de la escala fija, buscamos ahora una línea coincidente entre el nonio y la escala del tambor móvil, tal como se hacia con el Pie de Rey, en este caso se observa que la línea del nonio marcada con 8 coincide con la línea marcada con el número 25 del tambor móvil, por lo cual es esta la que nos va a dar la medida de las milésimas, así estas ocho líneas nos corresponden a ocho milésimas (0,008 mm).

Toma de medida en el Micrómetro en sistema decimal, con precisión de 0,001 mm.

Así, sumando los resultados de cada uno de los pasos obtenemos: 20,000 mm + 0,500 mm + 0,110 mm + 0,008 mm = 20,618 mm.

Para un tornillo micrométrico, cuyo paso de tornillo es 0,025 in y que cuente con 25 divisiones en el nonio, tendrá una sensibilidad 0,001 in, así, girando el tambor cada división provocara un avance del tornillo de 0,01 in lineal.

Micrómetro ingles:

sistema

El Micrómetro en sistema ingles presenta las siguientes características:

Toma de medida en el Micrómetro en sistema ingles. Con precisión de 0,001 in

En la escala fija, que comprende el rango de una pulgada, cada pulgada se encuentra dividida en 40 partes

iguales de este modo cada división equivale a 1” : 40 = 0.025” El tambor posee 25 divisiones. con una sensibilidad 0.001”. Para medir con un micrómetro de resolución 0,001”, se deben considerar los siguientes pasos: Paso No. 1: Leer las milésimas de pulgada en la escala fija Paso No. 2: Leer las milésimas que indique el tambor. Ahora bien, Revisando la tercera imagen de la derecha y siguiendo los pasos antes reseñados, podemos determinar que: el valor en la escala fija, corresponde a 675 milésimas de pulgada (0,675 in). Para el tambor Móvil, la línea concordante es el trazo diecinueve (19), como cada una corresponde a una milésima de pulgada (0,001 in), los diecinueve trazos equivaldrán a diecinueve milésimas de pulgada (0,019 in). Así, sumando los resultados de cada uno de los pasos obtenemos: 0,675 in + 0,019 in= 0,694 in. o Precauciones al Medir: Punto 1. Verificar la limpieza del micrómetro. El mantenimiento adecuado del micrómetro es esencial, antes de guardarlo, no deje de limpiar las superficies del husillo, yunque y otras partes, removiendo el sudor, polvo y manchas de aceite, después aplique aceite anticorrosivo. No olvide limpiar perfectamente las caras de medición del husillo y el yunque o no obtendrá mediciones exactas. Para efectuar las mediciones correctamente, es esencial que el objeto a medir se limpie perfec-

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Página 39 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. tamente del aceite polvo acumulados.

Punto 2. Utilice el micrómetro adecuadamente. Para el manejo adecuado del micrómetro, sostenga la mitad del cuerpo en la mano izquierda y el manguito o trinquete en la mano derecha, mantenga la mano fuera del borde del yunque. Puto 3. Cuando se mide un objeto cilíndrico, es una buena práctica tomar la medición dos veces; cuando se mide por segunda vez, gire el objeto 90º. Puto 4. No levante el micrómetro con el objeto sostenido entre el husillo y el yunque. Puto 5. No gire el manguito hasta el límite de su rotación. Puto 6. No gire el cuerpo mientras sostiene el manguito. Como Corregir Punto Cero:

Método I. Cuando la graduación cero está desalineada. 1) Fije el husillo con el seguro (deje el husillo separado del yunque) 2) Inserte la llave con que viene equipado el micrómetro en el agujero de la escala graduada. 3) Gire la escala graduada para prolongarla y corregir la desviación de la graduación. 4) Verifique la posición cero otra vez, para ver si está en su posición. Método II. Cuando la graduación cero está desalineada dos graduaciones o más. 1) Fije el husillo con el seguro (deje el husillo separado del yunque) 2) Inserte la llave con

que viene equipado el micrómetro en el agujero del trinquete, sostenga el manguito, gírelo del trinquete, sostenga el manguito, gírelo en sentido contrario a las manecillas del reloj.

Cuando la medición esté completa, despegue el husillo de la superficie del objeto girando el trinquete en dirección opuesta. Al sujetar el micrometro es muy importante garantizar el paralelismo de las superficies de medición, así:

3) Empuje el manguito hacia afuera (hacia el trinquete), y se moverá libremente, relocalice el manguito a la longitud necesaria para corregir el punto cero.

1) El husillo debe moverse libremente.

4) Atornille toda la rosca del trinquete y apriételo con la llave.

2) El paralelismo y la lisura de las superficies de medición en el yunque deben ser correctas.

5) Verifique el punto cero otra vez, y si la graduación cero está desalineada, corríjala de acuerdo al método I.

3) El punto cero debe estar en posición (si está desalineado siga las instrucciones para corregir el punto cero.

Método correcto para micrósujetar el metro con las manos: Algunos cuerpos de los micrómetros están provistos con aisladores de calor, si se usa un cuerpo de éstos, sosténgalo por la parte aislada, y el calor de la mano no afectará al instrumento. El trinquete es para asegurar que se aplica una presión de medición apropiada al objeto que se está midiendo mientras se toma la lectura. Inmediatamente antes de que el husillo entre en contacto con el objeto, gire el trinquete suavemente, con los dedos; cuando el husillo haya tocado el objeto, de tres a cuatro vueltas ligeras al trinquete a una velocidad uniforme (el husillo puede dar 1,5 o 2 vueltas libres). Hecho esto, se ha aplicado una presión adecuada al objeto que se está midiendo. Si acerca la superficie del objeto directamente girando el manguito, el husillo podría aplicar una presión excesiva de medición al objeto y será errónea la medición.

El mantenimiento del micrómetro, el calibrador o cualquier otro instrumento de medida, es esencial, antes de guardarlo.

•

GONIÓMETRO: El goniómetro es un instrumento que a diferencia del pie de rey y el micrómetro, sirve par controlar medidas angulares. Los Goniómetros simples también conocidos como transportadores de grados son utilizados en las medidas angulares que no necesitan de extremo rigor de control, su menor desviación es de 1º (un grado). Existen diferentes tipos de goniómetros a continuación mostramos los mas comunes, con ellos podemos observar las medidas de un Angulo agudo y de un Angulo obtuso.

Esta es la forma correcta de sujetar el micrómetro cuando se esta midiendo.

Tipos de Goniómetro: Uno de los más sencillos está constituido por un semicírculo graduado (transportador) y un brazo móvil que tiene un índice señalador de ángulo. El brazo móvil puede girar teniendo como eje el centro del semicírculo. Están fabricados en acero inoxidable. El goniómetro universal está formado por dos reglas, una de ellas provista de un limbo graduado y la otra de un vernier circular y de un anillo dentro del cual puede girar

La posición correcta para observar los valores medidos es muy importante para evitar errores en la medición.

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Página 40 de 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. el limbo o disco graduado de la primera regla. Poseen un tornillo de fijación que permite inmovilizar las reglas en una posición determinada. Están construidas en acero inoxidable, teniendo la regla que posee el vernier una longitud de 200mm a 300mm generalmente. El limbo está graduado en ambas direcciones y pueden medirse ángulos según convenga a la derecha o izquierda. El limbo está graduado en 360º con lecturas de 0º a 90º, 90º a 0º, 0º a 90º y de 90º a 0º.

Goniómetro Universal

Puesta en Cero:

o o o o

Goniómetro analógico. Lupa magnificadora del vernier. Rango de medición 360º. División mínima 5’ Ajuste fino. Dispositivo para medición de ángulos agudos. Fabricado en acero inoxidable.

Uso: El goniómetro es un instrumento para tomar medidas de ángulos, en grados.

Transportador de Grados y Goniómetro universal.

Si se sigue analizando la imagen, se observa, que en el centro hay otro tornillo de ajuste más grande y de color blanco (con borde negro) que atraviesta todos los elementos del goniómetro y siendo el que se ocupa de la sujeción del goniometro y del pequeño apoyo.

Características: o o

Elementos constitutivos del Goniómetro Universal.

tiene un tornillo de ajuste que es el que une los dos elementos, si se desenrosca este, se podría sacar la regla y sustituirla por otra de diferente longitud o el más acertado para la medición.

Para tomar medidas con el goniómetro, primero se tiene que apoyar la regla con el extremo que mejor se acomode al ángulo que se va a medir, apoyando a su vez el pequeño apoyo del goniómetro en el ángulo contiguo de éste o “perpendicularmente”, por decirlo de algún modo. Para este acomodamiento del goniómetro en la pieza, de requiere tener algo sueltas las tuercas del instrumento para un fácil manejo y para que se deslice facilmente. Una vez se haya posicionado bien el instrumento se habrá conseguido el ángulo que se desea medir. Y a partir de ahí, con base a los conocimientos de trigonometría, se podrá sacar lados y todos los datos deseados. El cambio de la regla es muy sencillo. Si se observa la primera imagen del lado izquierdo, se ve, que para unir el goniómetro a la regla

Siguiendo con el análisis de la imagen, se observa que la un tornillo de ajuste mediano al lado derecho de la blanca con borde negro, que es la que se ocupa del circulo graduado, que sera util para poner en cero el goniómetro. Para ponerlo en cero, se tiene que desenroscar esta tuerca y posicionar el cero del disco graduado con el cero del disco vernier. Recuerde que el disco graduado esta dividido en cuatro cuadrantes que van de 0º hasta 90º, así podemos calibrar en cuatro posisiones, según sea el caso. Calculo de la Sensibilidad del instrumento: Para la lectura del nonio se debe utilizar un valor de 5’ (5 minutos) para cada trazo del nonio, de esa forma si el segundo trazo del nonio coincide con una línea de la escala fija, adicionamos 10’ a la medida leída en la escala fija, si fuera la tercera línea adicionamos 15’ y así sucesivamente. La sensibilidad de un instrumento esta dada por la formula general, que es la misma utilizada en otros instrumentos de medida con nonio, ósea divídase la menor división de escala fija por el numero de divisiones del nonio. (15) Ósea:

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Página 41 de la 50 Por: Ing. Ricardo A. Forero R. Toma de la Medida:

Una vez determinada la sensibilidad del Instrumento de medida, posicionar el Goniómetro de acuerdo al ángulo a medir y según sea el tipo de Goniómetro. En caso del uso de un Goniómetro Universal, la medida puede ser dada en Grados y Minutos, puesto que la sensibilidad del instrumento es mayor que la del Transportador – Braso. Sí el cero del Nonio concuerda con alguna línea del disco graduado, ese será el valor y únicamente en grados. En el caso de la segunda imagen del lado derecho, se observa que el cero del Nonio concuerda con la segunda línea después del 60 º, por lo cual el valor de la medida son 62 º.

En la tercera imagen, se observa que la línea del cero del nonio no concuerda ni con la línea correspondiente a 61 º, ni con la línea correspondiente a 62 º, como se reseña en el detalle, por lo cual, el valor en grados de la medida, corresponderá al trazo inmediatamente anterior a la línea Cero del Nonio, es decir, 61 º; y el valor correspondiente a la diferencia reseñada en el detalle, saldrá del valor correspondiente a la línea del nonio que corresponda exactamente con una línea del disco graduado, tal como se hace en el calibrador, para este caso la línea que corresponde a 30 ‘, dando como tal la medida del ángulo de sesenta grados treinta minutos (60º 30 ‘)

Forma de posicionar el Goniómetro, según el ángulo a medir.

Sí el cero del Nonio concuerda.

Sí el cero del Nonio No concuerda.

Actividad No. 1. Actividad de Consulta y Estudio 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.

¿Se refiere sólo a la indicación del instrumento de medición, el término "resultado de la medición"? ¿Qué factores influyen en el resultado de la medición? ¿Es o no necesario suministrar la incertidumbre cuando informamos el resultado de la medición? ¿Es la incertidumbre de la medición una característica metrológica del instrumento de medición o una propiedad del resultado de la medición? ¿Cuál es la incertidumbre de calibración más apropiada que debe lograr el laboratorio de calibración que nos calibra nuestros instrumentos de medición? ¿La exactitud de la medición es una cantidad o es una cualidad? ¿Es la precisión una característica cualitativa? ¿Qué diferencia hay entre precisión, veracidad y exactitud? ¿Qué diferencia hay entre error e incertidumbre? ¿Poseen el mismo significado los términos "error de la medición" y "error del instrumento de medición"? ¿Quién establece el Error Máximo Permisible “EMP” de un instrumento de medición? ¿Qué importancia tiene la clase de exactitud como característica metrológica de un instrumento de medición? ¿Es igual para todos los tipos de instrumentos de medición la forma de expresar la clase de exactitud? ¿Cuál es la característica metrológica más importante a la hora de seleccionar un instrumento de medición? ¿Qué significa que los laboratorios de calibración o ensayos en la actualidad deben someterse a un proceso permanente de acreditación? ¿Esto es válido también para las empresas que prestan servicios de mediciones? ¿La incertidumbre de una medición se respalda con el concepto de la trazabilidad? ¿Un órgano de certificación, certifica a una organización de acreditación o un órgano de acreditación acredita a una organización de certificación? ¿Cuál es la relación que existe entre las normas de calidad y la metrología? ¿Es lo mismo acreditarse que certificarse? ¿Qué diferencia hay entre repetibilidad y reproducibilidad? ¿La repetibilidad, la reproducibilidad y la incertidumbre son parámetros cuantitativos asociados al resultado de la medición? ¿Cuáles son los factores a considerar para el cálculo de la incertidumbre? ¿Qué es incertidumbre tipo A? ¿Qué es incertidumbre tipo B? ¿Dónde podemos encontrar información sobre la forma en la cual debemos calibrar un instrumento de medición? ¿Cómo podemos asegurar que los instrumentos y procesos de medición son los adecuados para el uso previsto y minimizar el riesgo de los resultados incorrectos que los instrumentos y procesos de medición podrían producir? ¿Qué debemos hacer si deseamos calibrar internamente?

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Actividad No. 2. Ejercicios de Conversión de Unidades 1. Convertir 1milla a metros Procedimiento A) 16 m B) 1609 m C) 1000 m D) 500 m 2. Convertir 12.3 millas a metros Procedimiento A) 12500 m B) 12000 m C) 19794 m D) 1609 m 3. Convertir 45 millas a kilómetros

11. Completa la siguiente tabla. Cant.

Dar en

ºC

200 m

2 cm

60 mm

8 cl

10 ml

10 ft

20 in

33 ºF

10 cm3

ft3

10 in3

cm3

8 dm3

10 cm3

10 ft2

cm2

10 dm3

10 ml

dm3

20 cm2

ft2

200 ml

1,3 kg/l

kg/m3

6 g/cm3

kg/m3

980 lb/ft3

kg/cm3

20 km/h

m/s

20 m/s

km/h

20 cm/s

pie/h

Procedimiento A) 72.420 km B) 70 .858 km C) 75.900 km D) 78.9 km 4. Convertir 1 metro a yardas Procedimiento A) .9 yardas B) 2.54 yardas C) 1 Yarda D) 1.093 yardas 5. Convertir 100 metros a yardas Procedimiento A) 109.3 yardas B) 100.3 yardas C) 1.3 yarda D) 900.3 yardas 6. Convertir 3 metros a pies Procedimiento A) 6.895 ft B) 7.598 ft C) 9.842 ft D) 800 ft 7. Convertir 6 pies a metros Procedimiento A) 2 m B) 1.828 m C) 2.567 m D) 1.5 m 8. Convertir 2.5 pies a pulgadas Procedimiento A) 28 in B) 25 in C) 30 in D) 27.5 in 9. Convertir 1 galón a litros Procedimiento A) 3.5 lts B) 4 lts C) 4.356 lts D) 3.785 lts 10. Convertir 4 galones a litros Procedimiento A) 16.956 lts B) 16 lts C) 15.139 lts D) 14 lts

Procedimiento

Respuesta

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Metrología

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Actividad No. 3. Uso del Calibrador o Pie de Rey De la medida del Calibrador en Milímetros o en Pulgadas según sea el caso.

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Actividad No. 4. Uso del Micrómetro o Tornillo Palmer De la medida del Micrómetro en Milímetros.

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Actividad No. 5. Lectura del Goni贸metro De la medida del Goni贸metro en Grados y Minutos.

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Actividad No. 6. Actualización y Fomento del Uso de Otro Idioma Hacer la lectura del Capítulo No. 3 del Reporte del National Nanotechnology Initiative Workshop, de enero 27 – 29 de 2004, titulado “Intrumentation and Metrology for Nanotechnology”, que encontraran en el siguiente Link: http://www.nano.gov/NNI_Instrumentation_Metrology_rpt.pdf , conteste a lo siguiente: 1.

Según el alcance del artículo presentado ¿cuales son las técnicas de obtención de propiedades mecánicas, que se abordan y que se consideran más comúnmente utilizadas?

Para una metrología exitosa a nivel de nanoescala, ¿cuales son las exigencias que se le hacen a la instrumentación y a sus áreas de soporte técnico?

Indique para cada una de las tres técnicas especificadas en el estado del arte de la instrumentación actual, su Exactitud, Sensibilidad, Resolución, Precisión y su Compatibilidad con Sistemas de Diferentes Materiales.

Resuma brevemente los avances científicos y tecnológicos actuales, reseñados en el Artículo.

Reseñe y explique los principales desafíos y obstáculos para la Nanomecánica.

¿Cuales son las necesidades prioritarias en investigación y desarrollo, que requiere la Nanomecánica?

¿Que necesidades de infraestructura técnica y científica se requieren satisfacer?

¿Cuales son las estrategias de implementación necesarias?

¿Cual es su criterio a futuro sobre el desarrollo de los nanodispositivos del futuro?

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Actividad No. 7. Laboratorio: Mediciones de longitud y ángulos. Objetivos •

Familiarizar a estudiante con las técnicas de medida, sistemas de unidades y el uso de instrumentos de medición directa como el calibrador pie de rey, micrómetro y goniómetro.

•

Obtener criterios entre los conceptos de resolución, exactitud y precisión, error absoluto, error relativo y error porcentual

Instrumentos Para la realización de las prácticas se requieren los siguientes equipos e instrumentos: • • • • •

Calibrador Pie de Rey análogo. Micrómetro análogo. Goniómetro. Boques Patrón. Papel milimetrado.

MARCO CONCEPTUAL 1 Las mediciones representan el proceso de obtención de un valor que de idea del orden de magnitud de cualquier variable. Este proceso consiste en la comparación de un cuerpo con otro considerado como patrón. Mientras que la magnitud se define como todo aquello que se puede medir. Las mediciones pueden realizarse de dos maneras ellas son: a) Mediciones Directas: las que resultan de la comparación de la magnitud a ser medida con una magnitud de la misma especie elegida como “patrón”. Esto se realiza generalmente con la ayuda de un instrumento diseñado para tal fin. b) Mediciones Indirectas: Son el resultado de cálculos que envuelven una o varias medidas directas, usando ecuaciones teóricas o empíricas que relacionan la magnitud buscada con aquellas magnitudes que pueden ser medidas directamente. Recuerde: Solo utilice los instrumentos de medición para medir! Estos no son una herramienta (no utilizar como martillo, atornillador, etc) , y no dejarlos golpear. Procedimiento 1 1. 2. 3. 4. 5.

Escoger la pieza a medir. Elegir los instrumentos a utilizar de acuerdo con los sistemas de medición seleccionados (milímetros, pulgadas fraccional o decimal y grados sexagesimales). Establecer las dimensiones de la pieza mínimo en los dos sistemas de medición; Sistema Ingles y Sistema Internacional (milímetros y fracciones de pulgadas o milésimas de pulgada y grados sexagesimales). De acuerdo con las dimensiones obtenidas hacer un levantamiento metrológico de la pieza medida en escala 1:1 y a mano alzada en el papel milimetrado. Entregar el desarrollo de la guía al docente encargado, en formato artículo o en el que el docente destine conveniente, anexando el plano a mano alzada en hoja milimetrada y con el plano en un programa CAD o de dibujo.

MARCO CONCEPTUAL 2 Toda medición está afectada por un cierto error, que puede ser del instrumento, del método o personal. Por ello es importante detectar las posibles fuentes de error y el grado en que se afecta la medición, con la finalidad de minimizarlos para hacer el resultado más confiable. En esta actividad práctica se determinará la resolución, que es la mínima medida que puede realizarse con un instrumento para calcular el error absoluto, relativo y porcentual. El error absoluto es una medida de exactitud la cual representa la cercanía del valor medido con el valor real. Mientras que la precisión se refiere a la concordancia que tienen entre si un grupo de resultados experimentales que no necesariamente son cercanos al valor teórico. El error relativo puede considerarse una medida de precisión cuando la medición se realiza una sola vez. Procedimiento 2 1. 2.

Escoger los bloques patrón con el cual se va a verificar nuestro instrumento de medición. Determine la resolución (apreciación) del instrumento con la siguiente formula.

(1)

3. 4. 5.

Determine la longitud de los bloques con el instrumento de medición seleccionado 5 veces. Anote en la tabla los resultados obtenidos. Calcule el error absoluto, relativo y porcentual de cada medición, sabiendo que: Error absoluto = Resultado de la medición – Valor nominal Error Relativo = Error absoluto / Valor nominal Error Porcentual = (Error absoluto / Valor nominal x 100%)

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Indique los resultados en la siguiente tabla: INSTRUMENTO: Valor nominal Bloque Patrón (mm)

Nombre: Longitud (mm)

Error absoluto

Error Relativo

Error porcentual

Entregar el desarrollo de la guía al docente encargado, formato artículo o en el que el docente destine conveniente, anexando l tabla a mano levantada durante la práctica y con el plano en un programa CAD o de dibujo.

ANEXO IMPORTANTE. Normas Mínimas de Seguridad en el Taller LEA CUIDADOSAMENTE ESTE ANEXO, EL DESCONOCIMIENTO DE ESTAS NORMAS MINIMAS PUEDEN SER CAUSAL DE UN ACCIDENTE PARA USTED O SUS COMPAÑEROS: 1.

En la seguridad Habrá que Considerar: y y y y

Responsabilidad Recomendaciones para el personal Orden y Limpieza Manejo adecuado de herramientas y maquinaria

Recomendaciones Generales: y y y y y

No corra o juegue en el taller Deje floja la palanca de la prensa después de usarla No camine o corra llevando herramientas agudas en las manos o en bolsas, dirigidas hacia adelante o atrás Trabaje a un ritmo constante No tocar con las manos partes y conexiones eléctricas de las maquinas

Orden y Limpieza: y Mantener el piso alrededor de la máquina, libre de herramientas o material y Barrer con frecuencia las virutas del material que caen al piso y Mantener siempre limpias las máquinas y herramientas y No poner herramientas o materiales en las mesas de las máquinas y Detener y ojala quitar el poder, siempre a la máquina antes de tratar de limpiarla

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4. Recomendaciones para el Operador: y y y y y y y 4.

Use gafas o anteojos de seguridad durante todo el proceso No use ropa suelta o floja junto a la maquinaria (No corbatas, Bufandas, etc.) Usar el calzado adecuado al manipular materiales pesados No usar anillos, relojes, pulseras o cadenas No usar cabello largo, en caso de tenerlo recogerlo bien No usar guantes al tener cercanía con máquinas móviles No usar aire comprimido para limpiar la ropa, herramientas o las máquinas

Manejo Adecuado de Herramientas y Materiales: y Eliminar siempre las rebabas y bordes agudos de las piezas de trabajo y No manipular elementos eléctricos conductivos con la palma de la mano desnuda y hacia ellos y Usar técnicas adecuadas para levantar herramientas o material (para evitar lesiones de espalda) y Con extremo cuidado puede utilizar guantes para cargar herramienta y materiales o manipuladores en trabajo manual en el banco 5.

Operación de las Máquinas Herramientas: y y

y y y y y y y y y

Nunca operar una máquina que no se conozca su operación, sus partes y la forma de detenerla rápidamente La ropa floja, lo mismo que los puño de la camisa, corbatas, anillos, pulseras, cadenas, el cabello largo y los guantes, son elementos que propician accidentes al poder ser agarrados por la máquina o las piezas en movimiento, no los utilice en momentos de trabajo sobre las máquinas Retire siempre las llave de ajuste y apriete antes de poner la máquina en marcha Comprobar que la máquina cuenta con todos sus protectores o guardas de seguridad Únicamente el operador debe poner en marcha y detener una máquina, salvo en casos de urgencia Mantener las manos alejadas de las piezas cuando estas se encuentren en movimiento Detenga siempre la máquina para tomar medidas, retirar las virutas o revisar acabados No tocar las virutas que se desprenden del proceso, ya que salen con mucho filo y con altas temperaturas La localización de los botones de seguridad o los interruptores de parada deben ser del conocimiento de todos Después de detener una máquina, corte o abra el circuito de alimentación eléctrica Siempre detenga y corte el poder de la máquina antes e limpiarla

RECURDE: El Taller tiene todos los elementos necesarios, solicítelos cuando los necesite, USELOS y hágalo de forma responsable, si tiene alguna duda pregunte, los técnicos o el profesor, estarán prestos a colaborarle.

Bibliografía Aclaración: Desarrollado como notas de clase, como apoyo de estudio de los estudiantes de Procesos Industriales I, del programa Desarrollo Empresarial de la ECCI. Toda o parcialmente la información plasmada ha sido tomada de diferentes autores y fuentes, por lo cual no puede ser reproducida con intenciones comerciales, únicamente académicas, sin valor comercial.

¾ Walter Link, Inmetro, “Metrología Mecánica, Expresión de la Incertidumbre de la Medición”, Brasil, 1997. ¾ Carlos González González y Ramón Zeleny Vázquez, “Metrología”, Mc Graw Hill, 1998. ¾ Guía ISO 25. ¾ Ministerio de Desarrollo, “Resolución 140 de la República de Colombia”, 4 de febrero de 1994. ¾ Norma ISO 17025. ¾ NTC serie 3000. ¾ NTC-ISO 10012. ¾ GCT-51

Links de Interés

Escuela Colombiana de Carreras Industriales, ECCI Cra. 19 No. 49 - 20 Bogotá D.C., Cundinamarca Colombia TELÉFONO: (57 1) 353 71 71 Ext. 136 FAX: (57 1) 353 71 71 Ext. 104 CORREO ELECTRÓNICO raforeror@gmail.com

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