Metrologia

Metrología Aplicada

Introducción

Metrología:

Es la ciencia de la medición

. La metrología incluye todos los aspectos teóricos y prácticos relacionados con las mediciones; cualquiera que sea su incertidumbre (parámetro de cualquier medición que caracteriza la dispersión de valores) y en cualquier campo de la ciencia y tecnología que ocurra.

IMPORTANCIA DE LA METROLOGÍA

El control de un producto es una de las bases fundamentales de la organización racional de los procesos de fabricación, su aplicación es para el industrial una condición primordial y necesaria, y una garantía contra las reclamaciones de losclientes. Para el mercado es una protección contra los defectos y errores posibles. La calidad de un producto, su constancia y la buena reputación de una empresa o firma comercial, no pueden adquirirse más que por un control riguroso en todas lasetapas del proceso de manufactura.

Clasificación de la Metrología.

La Metrología de acuerdo a “su función” podemos clasificarla en:

METROLOGÍA LEGAL

Tiene como función, la de establecer el Cumplimiento de la

Legislación metrológica oficial

Como: conservación y empleo de los patrones internacionales, primarios y secundarios así como mantener laboratorios oficiales que conserven y actualicen la pertinencia de estos patrones.

METROLOGÍA CIENTÍFICA

Es aquella que

No

Está relacionada con los servicios de calibración que se hace en la industria y el comercio; su función radica en la Búsqueda Y Materialización

De patrones internacionales, para que éstos sean más fáciles de reproducir en el ámbito internacional, encontrar

Los patrones más adecuados para los descubrimientos que se hagan en el futuro, seguir analizando el sistema internacional de unidades, etc. Estas funciones las realizan todos los laboratorios autorizados.

METROLOGÍA INDUSTRIAL

Compete a los laboratorios autorizados, su función es dar servicio de medición, calibración de patrones de equipos en la industria y al comercio.

La metrología se puede clasificar de acuerdo “

Al tipo y técnica”

De medición empleados, teniendo de ésta manera entre otras la siguiente:

Metrología geométrica

Metrología eléctrica) Metrología térmica) Metrología química. E) Metrología fotométrica) Metrología de presión) Metrología acústica) Metrología de tiempo y frecuencia) Entre otras.

Normalización y control de calidad.

El sistema que conforma la normalización está integrado por una conceptuación, una diferenciación y un ordenamiento de una serie de principios y procedimientos para establecer unidades y definiciones, métodos de toma y conservación de muestras, métodos de ensayo, además de especificaciones cualitativas y códigos de práctica.

Para el Ingeniero Rafael Salas Jiménez, del departamento técnico de AVPC, "El problema estriba en que para lograr un arraigo y una extensión suficientes de la normalización, se hace necesario que la sociedad tenga conciencia real de esta necesidad". Esto plantea que la primera tarea es crear conciencia de la falta de un proceso de normalización y de control de calidad, donde es necesario demostrar que son necesarios estos cambios, para que no sea pasajera la modificación de conducta.

La normalización dirigida a los fabricantes es denominada normalización industrial, donde es un importante caso particular, restringido y restrictivo que se ocupa de llevar a la organización los fundamentos para un desarrollo armónico y eficiente de la industria. El grado de evolución de la normalización en un rubro específico determina su grado de importancia y desarrollo industrial.

En el vasto conjunto del mercado de compradores, el comprador industrial lleva ventajas sobre el comprador común, ya que los suplidores están sujetos a la normalización industrial que ejerce la organización en sus compras, basada en convenios de garantías, especificaciones y acuerdos que no están presentes en el comprador común. El comprador común puede no saber con exactitud que productos responden mejor a sus necesidades particulares. Por esto la normalización tiene la importante labor de desarrollar los rubros de producción que salen al mercado, y ayudar a definir un tipo de calidad para aquellos compradores que carecen de los conocimientos técnicos necesarios.

Objetivo y aplicaciones

Los físicos y las industrias utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo sus mediciones. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta potentes microscopios, medidores de láser e incluso avanzadas computadoras muy precisas.

Por otra parte, la metrología es parte fundamental de lo que en los países industrializados se conoce como Infraestructura Nacional de la Calidad,1 compuesta además por las actividades de: normalización, ensayos, certificación y acreditación, que a su vez son dependientes de las actividades metrológicas que aseguran la exactitud de las mediciones que se efectúan en los ensayos, cuyos resultados son la evidencia para las certificaciones. La metrología permite asegurar la comparabilidad internacional de las mediciones y por tanto la intercambiabilidad de los productos a escala internacional.

En el ámbito metrológico los términos tienen significados específicos y estos están contenidos en el Vocabulario Internacional de Metrología o VIM.2

Dentro de la metrología existen diversas áreas. Por ejemplo, la metrología eléctrica estudia las medidas eléctricas: tensión (o voltaje), intensidad de corriente (o amperaje), resistencia, impedancia, reactancia, etc. La metrología eléctrica está constituida por tres divisiones: tiempo y frecuencia, mediciones electromagnéticas y termometría.

A continuación se expone un muestrario de los instrumentos de medición más utilizados en las industrias metalúrgicas de fabricación de componentes, equipos y maquinaria.

Instrumentos de medición y verificación de magnitudes lineales.

Calibradores

El calibrador vernier es uno de los instrumentos mecánicos para medición lineal de exteriores, medición de interiores y de profundidades más ampliamente utilizados. Se creé que la escala vernier fue inventado por un portugués llamado Petrus Nonius. El calibrador vernier actual fue desarrollado después, en 1631 por Pierre Vernier.

El vernier o nonio que poseen los calibradores actuales permiten realizar fáciles lecturas hasta 0.05 o 0.02 mm y de 0.001″ o 1/128″ dependiendo del sistema de graduación a utilizar (métrico o inglés).

APLICACIONES

Las principales aplicaciones de un vernier estándar son comúnmente: medición de exteriores, de interiores, de profundidades y en algunos calibradores dependiendo del diseño medición de escalonamiento.

La exactitud de un calibrador vernier se debe principalmente a la exactitud de la graduación de sus escalas, el diseño de las guías del cursor, el paralelismo y perpendicularidad de sus palpadores, la mano de obra y la tecnología en su proceso de fabricación.

Normalmente los calibradores vernier tienen un acabado en cromo satinado el cual elimina los reflejos, se construyen en acero inoxidable con lo que se reduce la corrosión o bien en acero al carbono, la dureza de las superficies de los palpadores oscila entre 550 y 700 vickers dependiendo del material usado y de lo que establezcan las normas.

El valor de cada graduación de la escala del vernier se calcula considerando el valor de cada graduación de la escala principal divido entre el número de graduaciones del vernier.

Parámetros a considerar en toda calibración

• Error de medición: Resultado de una medición menos un valor verdadero del mensurando.

• Desviación: Valor medido menos su valor de referencia.

• Error relativo: Es la relación entre el error de medida y un valor verdadero del mensurando. — Valor del mensurando recogido en el patrón—. El error relativo se suele expresar también en forma porcentual: 100 %.

• Error sistemático: Serían debidos a causas que podrían ser controladas o eliminadas —por ejemplo medidas realizadas con un aparato averiado o mal calibrado—.

• Corrección: Valor sumado algebraicamente al resultado sin corregir de una medición para compensar un error sistemático. De lo que se deduce que la corrección, o bien sea reflejada en la hoja de calibración o bien minimizada mediante el ajuste, solo aplica a las derivas de los instrumentos.

• Ajuste: Al proceso de corrección se le denomina ajuste, y es la operación destinada a llevar a un instrumento de medida a un estado de funcionamiento conveniente para su utilización. El ajuste puede ser automático, semiautomático o manual.

• Patrón primario: Patrón que es designado o ampliamente reconocido como poseedor de las más altas cualidades metrológicas y cuyo valor se acepta sin referirse a otros patrones de la misma magnitud.

• Patrón secundario: Patrón cuyo valor se establece por comparación con un patrón primario de la misma magnitud.

• Patrón de referencia: Patrón, 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 de trabajo: Patrón que se utiliza corrientemente para calibrar o controlar medidas materializadas, instrumentos de medida o materiales de referencia.

Patrón de medida: Valor de medición materializado, aparato o sistema de medida con el que se intenta definir, realizar, conservar, o reproducir una unidad física o bien uno o varios valores conocidos de una magnitud con el fin de que sirvan de comparación a otros elementos de medida

Micrómetro

El micrómetro, que también es denominado tornillo de Palmer, calibre Palmer o simplemente palmer, es un instrumento de medición cuyo nombre deriva etimológicamente de las palabras griegas μικρο (micros, pequeño) y μετρoν (metron, medición); su funcionamiento se basa en un tornillo micrométrico que sirve para valorar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro, 0,01 mm ó 0,001 mm (micra) respectivamente.

Partes del micrómetro

1. Cuerpo: constituye el armazón del micrómetro; suele tener unas plaquitas de aislante térmico para evitar la variación de medida por dilatación.

2. Tope: determina el punto cero de la medida; suele ser de algún material duro (como "metal duro") para evitar el desgaste así como optimizar la medida.

3. Espiga: elemento móvil que determina la lectura del micrómetro; la punta suele también tener la superficie en metal duro para evitar desgaste.

4. Tuerca de fijación: que permite bloquear el desplazamiento de la espiga.

5. Trinquete: limita la fuerza ejercida al realizar la medición.

6. Tambor móvil, solidario a la espiga, en la que está grabada la escala móvil de 50 divisiones.

7. Tambor fijo: solidario al cuerpo, donde está grabada la escala fija de 0 a 25 mm.

Lectura del micrómetro

En el sistema métrico decimal se utilizan tornillos micrométricos de 25 mm de longitud; estos tienen un paso de rosca de 0,5 mm, así al girar el tambor toda una vuelta la espiga se desplaza 0,5 mm.

En el tambor fijo del instrumento hay una escala longitudinal, es una línea que sirve de fiel, en cuya parte superior figuran las divisiones que marcan los milímetros, en tanto que en su lado inferior están las que muestran los medios milímetros; cuando el tambor móvil gira va descubriendo estas marcas, que sirven para contabilizar el tamaño con una precisión de 0,5 mm.

En el borde del tambor móvil contiguo al fiel se encuentran grabadas en toda su circunferencia 50 divisiones iguales, indicando la fracción de vuelta que se hubiera realizado; al suponer una vuelta entera 0,5 mm, cada división equivale a una cincuentava parte de la circunferencia, es decir nos da una medida con una precisión de 0,01 mm.

En la lectura de la medición con el micrómetro nos hemos de fijar por tanto primero en la escala longitudinal, que nos indica el tamaño con una aproximación hasta los 0,5 mm, a lo que se tendrá que añadir la medida que se aprecie con las marcas del tambor, llegando a conseguirse la medida del objeto con una precisión de 0,01 mm.

Micrómetro con nonio

Micrómetro con nonio, indicando 5,783 mm.

Más sofisticada es la variante de este instrumento que, en adición a las dos escalas expuestas, incorpora un nonio. En la imagen se observa con mayor detalle este modelo; al igual que antes hay una escala longitudinal en la línea del fiel, pero presentando ahora las divisiones tanto de los milímetros como de los medios milímetro ambas en su lado inferior, siendo idéntica la del tambor móvil, con sus 50 divisiones, sin embargo, lo que le diferencia es que sobre la línea longitudinal en lugar de la escala milimétrica se añaden las divisiones de la escala del nonio con 10 marcas, numeradas cada dos, siendo la propia línea longitudinal del fiel la que sirve de origen de dicha numeración. De este modo se alcanza un nivel de precisión de 0,001 mm (1 µm).

Se aprecia en la foto contigua que la tercera raya del nonio resulta coincidente con una de las del tambor móvil, significando que el tamaño del objeto sobrepasa en 3/10 el valor medido con el mismo.

Así, para el caso del ejemplo, la división visible en la escala longitudinal es la subdivisión del medio milímetro siguiente a la de 5 mm, por su parte en el tambor móvil la línea longitudinal del fiel supera la marca del 28, y por último en el nonio es la tercera raya la que se alinea con una del tambor, de ahí que la medición resultante será:

La combinación de estos métodos da lugar a un instrumento, quizá un poco sofisticado, que puede dar la lectura con una apreciación de una micra. Una enorme precision para los usos empíricos usuales.

Otros micrómetros

Micrómetro de paso de rosca 1mm, tambor de 100 divisiones, lectura 8,01mm

Según las necesidades de uso, existen otros micrómetros, que no cumplen los parámetros anteriores de longitud 25mm, paso de rosca 0,5mm y 50 divisiones del tambor.

En la imagen podemos ver un micrómetro de 25mm de longitud, 0 a 25mm de margen de lectura, 1mm de avance por vuelta de tambor y 100 divisiones en el tambor.

En este micrómetro no hay que realizar la operación de sumar medio milímetro, dado que sus 100 divisiones dan lugar a una lectura más sencilla, los milímetros se leen directamente en la escala fija longitudinal, y las centésimas en el tambor, lo que resulta más sencillo y practico, presentando el inconveniente de necesitar un tambor de mayor diámetro para poder distribuir las 100 divisiones. Este mayor diámetro puede ser un inconveniente según la forma y tamaño de la pieza a medir.

En la imagen se puede ver la distancia entre caras de una tuerca, con una medida de 8,01mm.

Micrómetro de diferencia de cuota.

En la figura se puede ver otro tipo de micrómetro, que permite medir la diferencia de cuota, pandeo, de una superficie, tomando como referencia tres puntos de la superficie, mediante tres palpadores cónicos, el tornillo central determina la diferencia de cuota.

En la regla graduada vertical, con una escala en milímetros, vemos el número de vueltas enteras dadas por el tornillo, de paso un milímetro, el valor cero corresponde a la posición de la punta del tornillo en el plano de los palpadores cónicos, la escala por encima del cero mide el resalte de la superficie y la escala por debajo del cero el rebajado del plano.

La fracción de vuelta se mide en el tambor de cien divisiones, el tambor sirve de indicador sobre la regla, el tambor ha la altura del cero de la regla y la división cero del tambor enfrentado con la regla indica 0,00mm de resalte, la punta del tornillo en el mismo plano que los tres palpadores.

El ejemplo de la figura, permite ver el principio de funcionamiento del micrómetro, la regla longitudinal que mide el número de vueltas enteras dadas por el tornillo, y el tambor que mide la fracción de giro, la combinación de estas dos escalas determina la medida, la precisión del micrómetro se debe a un amplio giro del tambor por un pequeño desplazamiento en el avance del tornillo.

Micrómetro de profundidades

En el caso del micrómetro de profundidad, sonda, se puede ver las similitudes con el tornillo micrométrico de exteriores, si bien en este caso la escala está en sentido inverso:

Cuando la sonda esta recogida, en su menor medida, el tambor fijo se ve en si totalidad, y el tambor móvil oculta la escala fija a medida que la medida aumenta, por tanto el valor en milímetros enteros y medio milímetro es el ultimo que se oculto por el tambor móvil, la lectura de la escala es similar a la del micrómetro de exteriores.

Tipos de micrómetros

Micrómetro de exteriores (175-200 mm).

Micrómetro digital.

Micrómetros especiales.

Micrómetro para medir roscas.

Micrómetro de profundidad.

Micrómetro digital milesimal.

MEDICION DE ENGRANAJES

Generalidades

El empleo de engranajes para la transmisión y transformación de movimiento, abarca un amplísimo campo de potencias y velocidades así como una gran diversidad de condiciones de uso y de funcionamiento. La convivencia de esto es la gran variedad de tamaños y formas de las piezas dentadas, así como de las diferentes exigencias en la previsión de esa forma y dimensiones.

Las condiciones de funcionamiento de los engranajes, en cuanto a regularidad y uniformidad de la transmisión del esfuerzo y del movimiento, así como un comportamiento en servicio en lo que se refiere a desgastes anormales y ruido, dependen directamente de la precisión con que la forma efectiva del dentado se aproxima a una forma teóricamente ideal.

La forma y dimensión del dentado están determinadas por una serie de datos geométricos y una verificación total consiste en la medición de estos datos o una comprobación para constatar que un valor se encuentra dentro de las tolerancias admitidas.

Definiciones

Engranaje: conjunto de elementos dentados que giran alrededor de un eje, de los cuales uno es conductor y el otro es conducido por la acción de contacto entre dientes.

Diente: cada uno de los elementos continuos distintos que sobresalen de la periferia de un engrane y está asegurado a transmitir el movimiento del mecanismo.

Piñón: generalmente el engrane de un engranaje que tiene el menor número de dientes. Representado por Z

Circunferencia primitiva: circunferencia

teórica (generalmente es la base de todos los cálculos).

Paso diametral: es el numero que tiene el engrane por cada pulgada de diámetro primitivo.

Modulo: es el coeficiente entre el diámetro primitivo y el número de dientes, indica cuantos dientes corresponde a cada diente en el diámetro primitivo.

Angulo de presión: ángulo de incidencia en el punto donde el perfil corta a la circunferencia primitiva; es también igual al ángulo agudo que forman, en este punto, la normal al perfil y la tangente a la circunferencia de la tangente.

Paso circular: distancia medida sobre la circunferencia primitiva entre dos puntos homólogos de dos dientes consecutivos. Se representa por P

Circunferencia base: en un engrane envolvente, circunferencia base de de envolvente del circulo de perfil.

Paso base: longitud del arco de circunferencia base comprendido entre las envolventes de dos perfiles homólogos consecutivos. Se representa por Pb.

Engrane de envolvente: engrane que tiene un arco envolvente de círculo por perfil de diente.

Espesor circular del diente: longitud de un arco de circunferencia primitiva comprendido entre los dos perfiles de un diente.

Espesor cordal del diente: longitud de la cuerda que subtiende el arco que define el espesor circular.

Tipos de engranes

Los engranes se agrupan de acuerdo con las formas de los dientes, arreglos de los ejes, etc.

Forma de los dientes Arreglo de los ejes

Rectos Paralelos

Helicoidales Paralelos u oblicuos

Gusano Oblicuos

Cónico En intersección

Hipoidales Oblicuos

Engranes rectos: el engranaje recto es el más común. Sus dientes son tallados paralelos al eje de giro. Los engranajes rectos se emplean para la transmisión de movimientos de un eje a otro eje paralelo al primero.

Engranajes helicoidales: un engranaje helicoidal está formado por dos ruedas cuyos dientes están tallados sobre un cilindro, pero formando un ángulo con el eje de giro del cuerpo de la rueda. Los engranajes helicoidales se emplean para transmitir el movimiento desde un eje a otro eje paralelo (como los engranes rectos) y también para accionar ejes oblicuos (que no son paralelos) en cuyo caso se les conoce como ejes cruzados.

• Transmiten más potencia que los rectos, más velocidad, son más silenciosos y más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten.

• Se desgastan más que los rectos, son más caros de fabricar y necesitan generalmente más engrase que los rectos.

Engranaje doble helicoidal: al principio estos engranes se conocían como engranes en V o engranaje CHEVRON estaban constituidos por dos ruedas unidas cuyo dentado helicoidal estaba tallado en sentido opuesto. En la actualidad es una sola pieza que se talla en dos direcciones a la vez.

Son más satisfactorios cuando se requieren altas velocidades, porque son más estables cuando son sometidos a funcionamiento continuo a gran velocidad.

Engranaje de tornillo sin fin o gusano: es una rueda que tiene dientes tallados radialmente

y forma un ángulo con su eje de rotación. También está formado por un tornillo cuyos dientes se parecen a los filetes de una rosca trapecial. Estos dientes se usan para mecanismos que requieren una gran capacidad de transmisión de fuerza con una gran reducción de velocidad. Se utilizan ampliamente en los reductores de velocidad.

Engranajes cónicos: están constituidos por una rueda y un piñón en los cuales los dientes se han tallado de modo que son radiales desde el vértice de un cono y se tallan sobre una superficie cónica. Se usan para transmitir el movimiento desde un eje a otro que forma un ángulo con el primero. Conectan ejes que hacen intersección a cualquier relación de velocidades.

Tipos de engranajes cónicos:

a) Cónicos rectos

b) Coniflex modernos: ligeramente bombeados a fin de localizar la presión en la parte media.

c) De diente Zerol: con dientes curvados

d) Engranaje cónico en espiral

e) Engranaje Hipoidal: se usa en la transmisión del eje trasero de los automóviles.

Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo

Engranajes interiores: son los que tienen los dientes tallados en la parte interior. Son mas silenciosos que los engranajes exteriores

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