Metrología

1. Metrología Profesor: Ing. Gonzalo Daza H.

2. PROGRAMA DE CONTENIDOS 2. Sistema internacional de unidades si • Norma Chilena NCh 30 - ISO 1000. Norma SI 3. Instrumentos mecánicos de medición de longitud. • Instrumentos de transporte de medidas • Instrumentos de medidas fijas • Pie de metro, Micrómetros, Comparador de carátula 4. Instrumentos mecánicos de medición de ángulos • Instrumentos de medidas fijas • Instrumentos graduados y ajustables OBJETIVO(s) Al aprobar la asignatura, el alumno será capaz de: 1. Identificar y aplicar las unidades del Sistema Internacional. 2. Seleccionar y emplear instrumentos adecuados para diferentes mediciones 3. Medir elementos de máquinas 4. Calcular y determinar ajustes y tolerancias CONTENIDOS: 1. Conceptos de metrotecnia. • Metrología o Metrotecnia • Sistema y Procedimiento de medición • Rango, Resolución, Arreglo y Calibración de medición

3. PROGRAMA DE CONTENIDOS METODOLOGÍA DE TRABAJO: Clase expositivas empleando ayudas audiovisuales y prácticas en laboratorio. EVALUACIÓN: Certámenes escritos y prácticos. BIBLIOGRAFÍA : 1. ESTÉVEZ, S. “La Medición en el Taller Mecánico”. 10 ed. México, 1990. 230 p. :il. 2. LEYENSETTER, A. “Tecnología de los Oficios Metalúrgicos”. 38 ed. México: Reverté. 1979. 552 p. :il. 3. L. COMPAIN. “Metrología de taller” Editorial URMO. 1970 4. Normas ISO-10012/1. “Sistemas de Información petrológica de equipos de medición”. I.N.N. 5. Identificación de roscas. • Nomenclatura • Normalización de roscas • Instrumentos y métodos de verificación de roscas 6. Ajustes y tolerancias. • Conceptos fundamentales • Números normales • Tolerancias de medidas lineales. Tolerancias de forma y ubicación. • Ajustes y cálculo de medidas límites 7. Actividades en laboratorio de metrología. • Prácticas de medición de piezas mecánicas

4. Metrología "La Metrología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de las propiedades cuantificables, 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". El objetivo de la Metrología es proveer confianza para los resultados de las mediciones, teniendo un rol clave en el aseguramiento de la calidad de los productos y en la eliminación de barreras técnicas al comercio.

5. Metrología La METROTECNIA por su parte es la tecnología o el conjunto de técnicas que estudia las medidas. A diferencia de la metrología, que se centra en la parte teórica y definición de medida, la metrotecnia se ocupa de la realización de la medida propiamente dicha, el uso de los instrumentos, su contracción y conservación, sus instrucciones de uso, y todo lo que tiene que ver con los trabajos de medición. La METROLOGÍA como ciencia y la METROTECNIA como tecnología, suelen estudiarse juntas, metrología y metrotecnia, dado que las referencias mutuas son constantes, hay que tener en cuenta que la metrotecnia no define magnitudes, ni sistemas de unidades; se ocupa desde el punto de vista práctico de las mediciones

6. Metrología La Metrología se considera habitualmente dividida en tres categorías, con diferentes niveles de complejidad y exactitud: • 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). • LA METROLOGÍA INDUSTRIAL, que asegura el adecuado funcionamiento de los instrumentos de medida empleados en la industria y en los procesos de producción y verificación. • 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.

7. Metrología El SISTEMA DE MEDICIÓN es, según la definición dada en el Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Básicos de Metrología (VIM) como: “Conjunto de uno o más instrumentos de medición y frecuentemente otros dispositivos, incluidos reactivos e insumos, ensamblados y adaptados para producir valores medidos de la magnitud en intervalos especificados para magnitudes de naturalezas especificadas” NOTA: Un sistema de medida puede estar formado únicamente por un instrumento para medir.

8. Metrología INSTRUMENTO PARA MEDIR: Dispositivo para hacer mediciones, solo o en conjunto con dispositivo(s) suplementario(s) NOTAS: 1 — Un solo instrumento para medir puede ser considerado como un sistema de medida. 2 — Un instrumento para medir puede ser un instrumento indicador o una medida materializada. En base a esta definición debemos saber primero: - Que medir - Como medir - En base a que medimos.

9. Metrología • Medición: Proceso que consiste en obtener experimentalmente uno o varios valores que pueden atribuirse razonablemente a una magnitud” • Magnitud: Propiedad de un fenómeno, de un cuerpo o de una sustancia a la cual se puede asignar un número con relación a una referencia. • La Convención del Metro convención diplomática entre Estados, tiene por objetivo establecer y mantener las bases necesarias para asegurar la uniformidad de las mediciones. Firmada en París en 1875, ella es el origen de la creación del Buró Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). Hoy reúne cerca de 50 Estados, entre los cuales figuran todos los grandes países industrializados.

10. Metrología • En la actualidad, en conformidad con el enfoque global, cada vez son más los países que están adoptando por ley el Sistema Internacional de Unidades (SI), basado en el sistema métrico decimal, con la consiguiente adopción de los patrones y técnicas de medición correspondientes. • El objetivo que la Convención del Metro le fija al BIMP, es la mejora continúa de la uniformidad y la exactitud de las mediciones. Asimismo este objetivo se consagra en estrecha colaboración con los laboratorios nacionales. En cada país, el laboratorio nacional es la base del sistema nacional de medida, y por ende es el que asegura la relación con los otros laboratorios y el BIPM.

11. Metrología en Chile TRAZABILIDAD Por ello se entiende la propiedad de una medición o del valor de un patrón, de estar relacionado a referencias establecidas, generalmente patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena continua de comparaciones, todas ellas con incertidumbres establecidas. La posibilidad de determinar la trazabilidad de cualquier medición descansa en el concepto y las acciones de calibración y en la estructura jerárquica de los patrones.

12. Para asegurar la normalización mundial de las mediciones físicas, el BIPM: • Establece los patrones fundamentales y las escalas de las principales magnitudes físicas. • Efectúa y coordina las determinaciones relativas a las constantes físicas. • Conserva los prototipos internacionales. • Coordina las comparaciones de patrones mantenidos en los laboratorios nacionales de metrología. • Asegura la coordinación de las técnicas relacionadas con las mediciones.

13. Metrología en Chile • En nuestro país, la infraestructura metrológica recibe el nombre de Red Nacional de Metrología (RNM). • Esta consiste en un primer conjunto de Laboratorios Custodios de Patrones Nacionales (LCPN) donde se calibran los instrumentos o patrones de medición de un segundo conjunto más numerosos, que son los laboratorios de calibración ó laboratorios secundarios, destinados a calibrar los instrumentos o patrones de la industria nacional. • Algunos laboratorios de calibración se han acreditado ante el Sistema Nacional de Acreditación (SNA). • La Unidad de Coordinación y Supervisión (UCS) es la unidad encargada de la coordinación y representación de la RNM a nivel nacional, regional e internacional.

14. Metrología en Chile

15. Sistema Internacional de Unidades (SI) El Sistema internacional de Unidades, según el Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Básicos de Metrología (VIM) es: “Sistema coherente de unidades con base en el Sistema Internacional de Magnitudes, sus nombres y símbolos, y una serie de prefijos con sus nombres y símbolos, y las reglas para su utilización, adoptado por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM)” La observación de un fenómeno es en general incompleta a menos a menos que dé lugar a una información cuantitativa. Para obtener dicha información se requiere la medición de una propiedad física. Así, la medición constituye una buena parte de la rutina diaria de un metrólogo.

16. UNIDADES SI BÁSICAS La medida de una misma magnitud física (una superficie) da lugar a dos cantidades distintas debido a que se han empleado distintas unidades de medida. 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. Este es el espíritu del Sistema Internacional de Unidades de medida, obligatorio en Chile. Supongamos una habitación cuyo suelo está cubierto de baldosas, tomando una baldosa como unidad medimos la superficie de la habitación, 30 baldosas. Mientras que en el segundo caso, la medida de la misma superficie da una cantidad diferente 15 baldosas.

17. UNIDADES SI BÁSICAS

18. UNIDADES SI BÁSICAS

19. UNIDADES SI SUPLEMENTARIAS

20. recta R S q v recta R Metrología • ANGULO: El ángulo formado entre dos rectas que se unen en un punto llamado vértice se define como el cociente entre el arco de circunferencia y el radio del círculo. • Para representar simbólicamente a los ángulos, generalmente se utilizan las letras del alfabeto griego, α (alfa); β (beta); γ (gama); θ (teta), etc.

21. Unidades SI derivadas

22. Unidades SI derivadas

23. Unidades SI derivadas

24. Unidades SI derivadas

25. Unidades SI derivadas

26. Conversión de Unidades de Medidas

27. Unidades aceptadas por el SI

28. Temperatura de referencia • Puesto que las dimensiones de los cuerpos sólidos varían al cambiar la temperatura a que se encuentran, es necesario convenir una temperatura determinada a la cual se entiendan medidas de longitudes de estos cuerpos • La temperatura adoptada como referencia en el SI es de 20º C. • En las salas de metrología se mantienen constante la temperatura ambiente a la temperatura de referencia, y para evitar errores en las mediciones y comprobaciones debidas a efectos de dilatación. • Nota: Antes de realizar una medición o comprobación sobre una pieza o patrón es necesario esperar que su temperatura se iguale con la de los instrumentos de medición.

29. Gramática del SI • La conformación de un lenguaje contiene reglas para su escritura que evitan confusiones y facilitan la comunicación. Lo mismo sucede en el lenguaje de las medidas. • El Sistema Internacional de Unidades (SI) tiene sus propias reglas de escritura que permiten una comunicación. • Se presentan las reglas que apoyan el uso del Sistema Internacional de unidades (SI), en documentos escritos. • El cuidado que se ponga en aplicar estas reglas ayuda a incrementar la credibilidad y seriedad en la presentación de resultados en los ambientes técnico y científico.

30. Gramática del SI Reglas para la Escritura de las Unidades de Medidas y Valores Numéricos • Dado a que no en todos los países las unidades de medidas se escriben igual manera debido a que utilizan o han adoptado otros sistemas de unidades. Reglas para Usar los Símbolos de las Unidades de Medidas • Cada unidad de medida y sus múltiplos y submúltiplos tiene un sólo símbolo y éste no puede ser alterado de ninguna forma. No se pueden usar abreviaturas, añadir o suprimir letras ni tampoco se pluralizan. Correcto Incorrecto 30 kg 30 kgs 5 m 5 mt 10 cm³ 10 cc 0,2 V 0,2 vt.

31. Gramática del SI • Debe observarse que todo los símbolos de las unidades del SI se escriben con letras minúsculas del alfabeto latino, con la excepción del ohm (Ω) letra mayúscula del alfabeto griego, pero aquellos que provengan del nombre de científicos se escriben con mayúscula. • Los símbolos se escriben a la derecha de los valores numéricos separados por un espacio en blanco. Correcto Incorrecto 10 V 10V 5 m 5m 450,10 kg 450,10kg • Luego de un símbolo no debe escribirse ningún signo de puntuación, salvo por regla gramatical de puntuación dejando un espacio de separación entre el símbolo y el signo de puntuación. ....... cuya longitud es 7,1 m .

32. Gramática del SI • En las unidades derivadas expresadas como productos o cocientes, el producto se indica por un punto como signo de multiplicación (·) y como signo de división se utiliza la línea horizontal (-) oblicua (/) o bien potencias negativas. Cuando se emplea la línea horizontal u oblicua y haya más de una unidad SI en el denominador, éstas se escriben entre paréntesis. Correcto Incorrecto N·m Pa·m m/s K·m-1 W/(m·K)

33. Gramática del SI • Cuando se indican valores de magnitudes con sus desviaciones límites, al indicar un intervalo o al enumerar varios valores numéricos, el símbolo de la unidad se utilizará de la siguiente manera: Correcto Incorrecto 80 m ; 100 m y 150 m 80; 100 y 150 m (20 ± 2) ºC ó 20 ºC ± 2 ºC 20 ± 2 °C 5 m ± 0,008 m 5 m ± 8 mm de 10 Pa a 18 Pa ó (10 a 18) Pa de 10 a 18 Pa • El nombre completo de las unidades SI se escriben con letra minúscula, con la única excepción del “grado Celsius”, salvo en el caso de comenzar una oración. Correcto Incorrecto metro Metro newton Newton ampere Ampere

34. Gramática del SI • b) Las unidades cuyos nombres se deriven de patronímicos, no se deben traducir, deben escribirse tal como en el idioma de origen. Correcto Incorrecto Volt voltio ampere amperio joule julio • El plural de las unidades de medida sólo se usa para las unidades cuyo nombre no se derive de patronímicos y cuando esas unidades sean precedidas de adjetivos indeterminados (algunos, varios, pocos...) - por ejemplo - La velocidad de un móvil se expresa en metro por segundo... • Se necesitan varios segundos... • La potencia eléctrica es de pocos watt....

35. Gramática del SI • d) Para las unidades SI derivadas que se expresan como productos o cocientes, para indicar división se utiliza la preposición “por” entre los nombres de las unidades y para indicar multiplicación no se utiliza ninguna palabra. Símbolo de la Unidad Nombre de la Unidad N·m newton metro C/s couloumb por segundo W/(m·K) watt por metro kelvin • Se recomienda en los textos escritos utilizar los símbolos de las unidades y no sus nombres completos.

36. Gramática del SI Reglas para la Escritura de los Valores Numéricos • En el caso de la numeración decimal, la separación de la parte entera de la decimal se hará mediante una coma (,). • La parte entera de un número decimal se escribe para su más fácil lectura, en grupos de tres cifras, de derecha a izquierda a partir de la coma, separados entre sí por un espacio (no por un punto, coma u otro). • La parte decimal se escribirá también en grupos de tres cifras, de izquierda a derecha, a partir de la coma. -por ejemplo- • 25 304,02 • 25,307 42 • 0,25

37. Sistema inglés de unidades • En los países de habla inglesa se utiliza otro sistema de unidades, que debido al desarrollo tecnológico de éstos, es necesario conocer. Este sistema tiene la yarda como unidad de longitud y como submúltiplos mas extendidos: el pie ( ft ) y la pulgada (in). • La unidad mas empleada es la pulgada ( `` ). Cuya equivalencia en el SI es de 1`` = 25,4 mm . En la actualidad se utilizan dos sistemas para clasificar los submúltiplos de la pulgada:

38. Sistema inglés de unidades

39. Sistema inglés de unidades

40. Procedimientos de medición • El procedimiento de medición es, según la definición dada en el Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Básicos de Metrología (VIM) como: “Descripción detallada de una medición de acuerdo a uno o más principios de medida y a un método de medida dado, con base en un modelo de medida y que incluye los cálculos para obtener un incertidumbre de medida”

41. Procedimientos de medición

42. Rango de medición • El Rango de medición es, según la definición dada en el Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Básicos de Metrología (VIM) como: • “Conjunto de valores de la magnitud a medir para el cual el error de un instrumento de medición esta proyectado para que se mantenga dentro de los limites especificados.” • El rango “intervalo” de un instrumento de medición viene definido por los valores máximo y mínimo de la magnitud a medir en que es capaz de operar. Podemos definir varios rangos en función de:

43. Rango de medición - Rango mecánico el instrumento es capaz de operar sin que sufra daño alguno: de carácter mecánico. - Rango de trabajo: el instrumento no solo no sufre daño mecánico sino que tampoco se ven modificadas las características de respuesta que tenía al salir de la fábrica - Rango de medida: es el conjunto de valores del mensurando para los que el error del instrumento de medida se supone comprendido entre límites especificados. - Rango de utilización: es aquel en el que variará la magnitud a medir durante la utilización del instrumento.

44. Rango de medición

45. Resolución • La resolución es, según la definición dada en el Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Básicos de Metrología (VIM) como: Resolución (1): < Instrumento para medir o sistema de medida > La más pequeña variación de la magnitud medida que produce una variación perceptible de la indicación correspondiente

46. Resolución • La resolución es, según la definición dada en el Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Básicos de Metrología (VIM) como: Resolución (2): < dispositivo indicador > la más pequeña diferencia entre indicaciones que puede ser percibida de manera significativa.

47. Resolución • La Resolución de un instrumento está definida por la razón entre la menor magnitud de la escala fija (d) y el número de división del Vernier o escala móvil (n), según la expresión siguiente: • Si, d= 0,5 y n= 50

48. Calibración • La Calibración es, según la definición dada en el Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Básicos de Metrología (VIM) como: • Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especificas, la relación entre los valores de magnitudes indicados por un instrumento o sistema de medición, o valores representados por una medida materializada o un material de referencia y los correspondientes valores reportados por patrones.

49. Calibración • La Calibración es, según la definición dada en el Vocabulario Internacional de Términos Fundamentales y Básicos de Metrología (VIM) como: Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especificas, la relación entre los valores de magnitudes indicados por un instrumento o sistema de medición, o valores representados por una medida materializada o un material de referencia y los correspondientes valores reportados por patrones. • En base a esta definición se puede decir que el objetivo de la calibración es determinar su grado se exactitud.

50. Calibración • COMENTARIO: En general, la calibración es una evaluación de la exactitud de un instrumento de medición mediante la comparación de las medidas de éste contra las de otro instrumento mejor, llamado patrón. La calibración suele ser una operación dispendiosa, pues en ella se evalúan diferentes aspectos del instrumento a lo largo de su rango de uso. Puede requerir condiciones ambientales controladas y debe ser ejecutada por personal especializado. No se debe confundir con el mantenimiento correctivo o ajuste del instrumento, como frecuentemente ocurre. Tampoco con el ajuste por el usuario.