• Es una de las partes fundamentales de la mecánica, ya que trata de las medidas y su expresión, y gracias a ella, todas las piezas que integran un montaje determinado pueden ser intercambiadas en caso de deterioro. Se vale de medios imprescindibles, a saber: – Los instrumentos de medida – Las tolerancias

Introducción: Medición:

Supongamos una habitación cuyo suelo está cubierto de baldosas, tal como se ve en la figura, tomando una baldosa como unidad, y contando el número de baldosas medimos la superficie de la habitación, 30 baldosas. En la figura inferior, la medida de la misma superficie da una cantidad diferente 15 baldosas.

Medidas, incertidumbre y errores: Incertidumbre:

Al realizar el proceso de medición, el valor obtenido y asignado a la medida diferirá probablemente del “valor verdadero” debido a causas diversas, alguna de las cuales nombraremos más adelante. El llamado “valor verdadero” es en realidad un concepto puramente teórico y absolutamente inaccesible. En el proceso de medición únicamente pretendemos estimar de forma aproximada el valor de la magnitud medida. Para ello debemos dar un número con sus unidades y una estimación del error. Dicho de otra manera el resultado de cualquier medida es siempre incierto y a lo más que podemos aspirar es a estimar su grado de incertidumbre.

Medidas, incertidumbre y errores: Errores sistemáticos: Serían debidos a causas que podrían ser controladas o eliminadas. Por ejemplo medidas realizadas con un aparato averiado, o mal calibrado. La fuente del error podría eliminarse usando un aparato que funcionase correctamente o calibrándolo adecuadamente antes de medir. Errores aleatorios: Son fruto del azar o de causas que no podemos controlar. Como consecuencia de ello, si repetimos una medida cierto número de veces en condiciones reproducibles, no obtendremos siempre el mismo valor, sino que obtendremos un conjunto de valores que se distribuirán probabilísticamente. Esta distribución de valores puede ser analizada por métodos estadísticos y esto nos permitirá objetivar un valor probable y una incertidumbre de la medida.

Medidas, incertidumbre y errores: Sensibilidad :

Llamamos “sensibilidad”, s, de un instrumento de medida al valor de división

más pequeña de la escala, si se trata de un instrumento analógico o el valor de una unidad del dígito más a la derecha de la pantalla de lectura de un

instrumento digital.

Medidas, incertidumbre y errores: Redondeo: Tendremos cuatro casos que aclararemos con cinco ejemplos en los que redondearemos hasta dos decimales: • 5.326 pasaría a: 5.33. El “2” pasa a “3” ya que 6>5. • 5.324 pasaría a: 5.32. El “2” no cambia ya que 4<5. • 5.325 pasaría a: 5.32. El “2” no cambia ya que 5=5 y “2” es un número par.

• 5.335 pasaría a: 5.34. El “3” pasa a “4” ya que 5=5 y “3” es un número impar.

Sistemas de medición: Sistema métrico: Con objeto de garantizar la uniformidad y equivalencia en las mediciones, así como facilitar todas las actividades tecnológicas industriales y comerciales, diversas naciones del mundo suscribieron el Tratado del Metro, en el que se adoptó el Sistema Métrico Decimal. Este Tratado fue firmado por 17 países en París, Francia, en 1875. México se adhirió al Tratado el 30 de diciembre de 1890. 51 naciones participan como miembros actualmente en el Tratado. El Tratado del Metro otorga autoridad a la Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM - Conferencia General de Pesas y Medidas), al Comité International des Poids et Mesures (CIPM - Comité Internacional de Pesas y Medidas) y al Bureau International des Poids et Mesures (BIPM - Oficina Internacional de Pesas y Medidas), para actuar a nivel internacional en materia de metrología.

Introducción: Medición:

Este ejemplo, nos pone de manifiesto la necesidad de establecer una única unidad de medida para una magnitud dada, de modo que la información sea comprendida por todas las personas.

Sistemas de medición: Sistema métrico:

El Sistema Internacional de Unidades se fundamenta en siete unidades de base correspondientes a las magnitudes de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, cantidad de materia, e intensidad luminosa. Estas unidades son conocidas como el metro, el kilogramo, el segundo, el ampere, el kelvin, el mol y la candela, respectivamente. A partir de estas siete unidades de base se establecen las demás unidades de uso práctico, conocidas como unidades derivadas, asociadas a magnitudes tales como velocidad, aceleración, fuerza, presión, energía, tensión, resistencia eléctrica, etc.

Sistemas de medición: Sistema ingles:

El sistema inglés de unidades o sistema imperial, es aún usado ampliamente en los Estados Unidos de América y, cada vez en menor medida, en algunos países con tradición británica. Debido a la intensa relación comercial que tiene nuestro país con los EUA, existen aún muchos productos fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores, perfiles metálicos, medidores de presión para neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés. A diferencia del SI , no existe una autoridad única en el mundo que tome decisiones sobre los valores de las unidades en el sistema inglés.

Sistemas de medición: Algunas conversiones de unidades:

Sistemas de medición: Algunos múltiplos y submúltiplos:

Instrumentos de medición: Pie de Rey: Origen:

El primer pie de rey fue diseñado en el siglo XVII por el francés Pierre Vernier aplicando el sistema de doble escala inventado por el portugués Nonius un siglo antes.

Instrumentos de medición: Pie de Rey: Partes:

Instrumentos de medición: Pie de Rey: Medición:

Es un instrumento destinado a medir longitudes y consta de una regla graduada fija y otra móvil (reglilla). La lectura se realiza en la regla fija (graduada en milímetros y/o pulgadas), y en combinación con la reglilla nos permite apreciar una fracción de la unidad impresa en de la regla fija mediante una escala llamada “nonius”.

Instrumentos de medición: Pie de Rey: Medición: En este ejemplo observemos lo siguiente: 19mm han sido divididos en 10 partes en el nonio (1.9mm).

Cuando el “1” del nonio este alineado con la división de 2 mm de la regla las pinzas se abrirán 2.0-1.9=0.1mm. Cuando el “2” del nonio este alineado con la división de 4 mm de la regla las pinzas se abrirán 4.0-3.8=0.2mm. Y asi sucesivamente. Ese es el principio de funcionamiento del nonio.

Instrumentos de medición: Pie de Rey: Medición:

En este ejemplo se muestra las marcas en el Pie de Rey que indicarán la medida de 12 + 0.6 mm.

Instrumentos de medición: Pie de Rey: Calibración: Ejemplo: Tenemos que determinar si los resultados de la calibración de un pie de rey son aceptables para medir piezas de longitud hasta 100 mm que tienen una tolerancia de fabricación de ± 0,3mm. Suponiendo que el certificado de calibración indica una incertidumbre de 0.01mm y en 100mm una corrección de -0.07mm. y empleamos el pie de rey sin utilizar la corrección podríamos tener la siguiente medida en el pie de rey: 100.28mm que en realidad podría ser: 100.36mm. Que está fuera del rango requerido. Usando el factor de corrección si leemos: 100.21mm sabemos que esto indica 100.28 + 0.01mm, y esto indicaría que estamos dentro del rango.

Instrumentos de medición: Micrómetro: El concepto de medir un objeto utilizando una rosca de tornillo se remonta a la era de James Watt. durante el siglo pasado se logró que el micrómetro diera lecturas de 0.001 pulgadas.

Instrumentos de medición: Micrómetro: Partes Vista de corte de un micrómetro

Instrumentos de medición: Micrómetro: Medición: Observemos que para lecturas en centésimas de milímetro primero tome la lectura del cilindro ( obsérvese que cada graduación corresponde a 0.5 mm ), luego la del tambor, sume las dos para obtener la lectura total.

Instrumentos de medición: Micrómetro: Medición: 1. Lectura sobre el cilindro 4.0 2. Lectura entre el 4 y el borde del tambor 0.5 3. Línea del tambor que coincide con el cilindro 0.49. Lectura total: 4.99 mm

Instrumentos de medición: Reloj comparador:

Instrumentos de medición: Reloj comparador:

El reloj comparador es un instrumento para medir por comparación indirecta de longitudes. Su mecanismo consiste en una espiga palpadora que por lo general termina en una cremallera, la que engrana con un piñón formando parte de un tren de ruedas dentadas que darán movimiento a una aguja en el dial. El reloj comparador digital en lugar de tener los engranajes internos, que son los que producen finalmente la lectura, poseen un indicador electrónico y una pantalla digital.

Instrumentos de medición: Reloj comparador: Tipos y accesorios: Según la necesidad será la presentación del comparador. Las mínimas medidas posibles e incertidumbres deberán concordar con la precisión de medida necesaria. La progresión del dial y tamaño influirá en la facilidad de lectura.

Instrumentos de medición: Reloj comparador: Tipos y accesorios: Los accesorios serán necesarios según la aplicación del tipo geométrica en la que se tomará la medida.

Instrumentos de medición: Calibrador de láminas: Solo compara un patrón (láminas) con lo que se desea verificar mediante el sistema de “pasa o no pasa”

Instrumentos de medición: Calibrador de láminas: Medición: “Pasa o no pasa” implica mucho tacto. Tomemos el gráfico de abajo como una situación análoga al proceso de “pasa o no pasa”. Nota: A menor cantidad de láminas empleadas (si fuera necesario emplear más de una a la vez) se disminuirá el error.

Instrumentos de medición: Manómetros: Presiones absolutas y relativas: La presión es una fuerza que ejerce sobre un área determinada, y se mide en unidades de fuerzas por unidades de área. La intensidad de la presión medida por encima del cero absoluto se denomina presión absoluta. Evidentemente es imposible una presión absoluta negativa. Por lo común los manómetros se diseñan para medir intensidades de presión por encima o por debajo de la presión atmosférica, que se emplea como base. Las presiones medidas en este modo se denominan presiones relativas o manométricas. Las presiones manométricas negativas indican la cantidad de vacío. La presión absoluta es siempre igual a la manométrica mas la atmosférica. Pabsoluta = Pmanométrica + Patmosférica

Instrumentos de medición: Torquímetros:

Instrumentos de medición: Torquímetros: Rango de operación: Al igual que cualquier instrumento de medición, en la mayoría de los casos se recomienda el empleo dentro del 20 y 80% de la escala nominal. Pero al igual también que los otros instrumentos es indispensable leer el manual del fabricante del instrumento y compararlo con las exigencias de nuestra medición.

Instrumentos de medición: Torquímetros: Multiplicadores de par: Los multiplicadores permiten efectuar aprietes de alto par: • Con esfuerzos pequeños: comodidad y seguridad. • En lugares angostos: accesibilidad. El factor de multiplicación indicado es el factor de multiplicación de PAR, no la relación de giro. Por ejemplo, para obtener una relación de par de 25:1, la relación de giro puede ser de 29,8:1. El resto son pérdidas por rozamiento.

Instrumentos de medición: Torquímetros: Calibración: Para comprender que implica este proceso vamos a revisar un caso real de calibración analizado un certificado de calibración.

Instrumentos de medición: Pie de Rey: Calibración: ¿Cómo puedo saber si los resultados indicados en el certificado de calibración son aceptables? Para saber si un equipo calibrado es apto para su uso, se ha de establecer previamente un criterio de aceptación o rechazo de dicho equipo. Este criterio ha de establecerse en base a la precisión requerida en las mediciones a efectuar con el mismo y no necesariamente a las especificaciones del fabricante del equipo. Dependiendo de la importancia de las mediciones o del riesgo de incumplimiento de los requisitos exigidos, se establecerá la incertidumbre máxima de uso que deberá cumplir el equipo.

Instrumentos de medición: Torquímetros: Calibración: En este punto se mencionan las características de instrumento.

Instrumentos de medición: Torquímetros: Calibración: Se menciona el método de calibración, patrones e indica algunos resultados.

Instrumentos de medición: Torquímetros: Calibración: En el punto 7 se menciona una “corrección” que debe realizarse a la lectura del instrumento para acercarnos al verdadero valor. En el punto 6 se habla de 1% de incertidumbre a 95% de confianza. Esto significa que en casi la totalidad de medidas que se tome con el instrumento las variaciones entre ellas no superan el 1%.

Instrumentos de medición: Torquímetros: Calibración: Conociendo la precisión del instrumento somos nosotros quienes decidimos si nos sirve o no este instrumento. Un certificado de calibración no lo decide, somos nosotros quienes lo decidimos analizando los resultados de la calibración.

Instrumentos de medición: Torquímetros: Calibración:

Instrumentos de medición: Torquímetros: Calibración:

¿Qué pasó, después de la calibración no salían casi perfectos? Una calibración puede en algunos casos lograr que el instrumento cumpla las especificaciones de su fabricante y en otros casos solo darnos los factores de corrección que debemos aplicar para acercarnos a lo real. Esto va a depender de las características constructivas del torquímetro y los costos de reparación (si fuera necesario) implicados.

Instrumentos de medición: Torquímetros: Calibración:

Instrumentos de medición: Multiplicador de torque:

Tolerancias • En vista de la imposibilidad de construir piezas a medidas rigurosamente iguales a las fijadas, se ha introducido en los proyectos el concepto de tolerancia.

Ajuste • Cuando se deben ejecutar un par de piezas que actuarán en relación de dependencia entre ambas, se dice que se deben ajustar entre sí. Generalmente el ajuste se realiza entre una pieza que debe penetrar en otra (macho) y una pieza que debe ser penetrada por la primera (hembra). • Estas piezas reciben el nombre de eje (macho) y de agujero (hembra). Si estas piezas, que ajustan entre sí, entran fácilmente, sin interferencia entre ambas, o entran en forma apretada, con interferencia, se dice que presentan juego o aprieto respectivamente, ya sea tengan movimiento una respecto de otra o estén fijas. • Existe una posición intermedia que se la denomina Deslizamiento que es cuando no posee interferencia ni juego (teóricamente) o posee juego mínimo.

Elección del ajuste • El problema general que se presenta puede dividirse en dos partes: – Fijar los límites del juego o del apriete del agujero; es decir, la tolerancia del ajuste. • Para poder elegir la tolerancia adecuada de un ajuste es preciso tener en cuenta los siguientes factores: – Estado de la superficies en contacto – Naturaleza del metal de las piezas – Extensión de la superficie de contacto de las piezas – Deformaciones – Naturaleza y dirección de los esfuerzos – Temperatura – Lubricación

PRINCIPALES FUENTES DE ERROR EN LA MEDICIÓN:

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- Variación de Temperatura - Fuerza de Medición - Forma de la pieza - Forma del contacto - Estado de consevación del instrumento - Habilidad del operador

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VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA

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La temperatura estandar de referencia es de 20°C para todos los paises industriales (norma MERCOSUL NM-ISO 1:96 Y NBR-06165 de la ABNT en Brasil). Si la temperatura cambia, la pieza se expande o se contraendo el resultado de la medición.

•

La deformación de la pieza por efecto del aumento de la temperatura es bastante comun en los procesos de mecanizado con retirada de material, lo que implica un aumento de volumen.

•

Cuando no es posible trabajar con temperatura controlada a 20°C se peuden hacer calculos para compensar el error y por lo tanto se hace necesario conocer el coeficiente de expanción térmica del material. La longitud de la pieza varia de acuerdo a la siguiente formula:

•

L=LxYx t

(mm)

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FUERZA DE MEDICIÓN

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Normalmente, los procesos simples de medida involucran el contaco entre el instrumento y la pieza, siendo que la fuerza ejercida en este contacto debe ser tal que no cause defomaciones en la pieza o en el propio instrumento.

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Como ejemplo se puede citar el calibrador vernier, que no posee dispocitivo para control de la fuerza ejercida y depende de la habilidad del operador para no introducir en la lectura un error debido a la deformación.

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Al contrario, los micrometros poseen un sistema de trinquete, que permite ejercer la misma presión de contacto en todas las mediciones.

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FORMA DE LA PIEZA

•

Imperfecciones en la superficie, rectilineidad, cilindrica y planitud, exigen un posicionamiento correcto del instrumento de medición.

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En el caso de piezas cilindricas, por ejemplo, se debe de efectuar mas de una medida del diametro de una sección, para verificar si es circular o no y medir mas secciones diferentes para verificar si la pieza es cilindrica o cónica.

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FORMA DEL CONTACTO

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Se debe de buscar siempre un contacto entre la pieza y el instrumento que genere una linea o un punto. Así, por ejemplo, en una pieza cilindrica se debe usar un palpador plano para obtenerse una linea y en una superficie plana se debe de usar un contacto esferico para obtenerse un punto en contacto, o todavia, se debe de usar una regla biselada para verificar una superficie plana.

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ESTADO DE CONSERVACIÓN DEL INSTRUMENTO

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Juegos excesivos provocados por desgaste en cualquier parte del instrumento podran acarrear errores de consideración.

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Un programa de calibración periodica será la garantía de una medida confiable.

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HABILIDAD DEL OPERADOR

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La falta de práctica o desconocimiento del sistema de medición puede ser una fuente importante de errores. Se recomienda efectuar prácticas de medición utilizando piezas exactas con valores conocidos (por ejemplo: bloques patron, cilindros calibrados, anillos patrón, etc.) y realizar repetidas mediciones con diversos instrumentos.

Medidas con el vernier y con el micrometro.

FIN!!!