METROLOGA BSICA Mantenimiento Mecnico Prof Ing Luis Surez

METROLOGÍA BÁSICA Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Generalidades de la Metrología. La metrología es la ciencia e ingeniería de la medida, incluyendo el estudio, mantenimiento y aplicación del sistema de pesas y medidas. Actúa tanto en los ámbitos científico, industrial y legal, como en cualquier otro demandado por la sociedad. Su objetivo fundamental es la obtención y expresión del valor de las magnitudes, garantizando la trazabilidad de los procesos y la consecución de la exactitud requerida en cada caso; empleando para ello instrumentos métodos y medios apropiados. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Metrología Científica, es la parte de la metrología que se desarrolla en los laboratorios primarios ó de referencia nacionales y tiene, como misión fundamental, la actividad de investigación y mejora de la medida, patrones y sistemas de medida. Metrología Industrial, es la parte de la metrología que está dirigida a la industria, al objeto de mantener la medida trazada a patrones Nacionales ó Internacionales, de forma que se pueda mantener así la comunicación e intercambio de las tecnologías y las ciencias. Esta se desarrolla a través de laboratorios de calibración especializados en las diversas áreas metrológicas. Metrología Legal, es la parte de la metrología que tiene como misión fundamental el correcto funcionamiento de todos los instrumentos de medida que se empleen en actividades diversas y que un mal uso de ellos puedan provocar fraudes, perjuicio para la salud, indefensión en la aplicación objetiva de una legislación, etc. Nos referimos aquellos instrumentos utilizados en las transacciones comerciales, sanidad, aspectos jurídicos, etc, como: contadores de agua/luz, taxímetros , balanzas de supermercado, surtidores de combustible, equipos médicos radiológicos, etc.

Historia Históricamente esta disciplina ha pasado por diferentes etapas; inicialmente su máxima preocupación y el objeto de su estudio fue el análisis de los sistemas de pesas y medidas. Desde mediados del siglo XVI, el interés por la determinación de la medida del globo terrestre y los trabajos que al efecto se llevaron a cabo por orden de Luis XIV, pusieron de manifiesto la necesidad de un sistema de pesos y medidas universal, proceso que se vio agudizado durante la revolución industrial y culminó con la creación de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas y la construcción de patrones para el metro y el kilogramo en 1872. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Establecidos ya patrones de las unidades de medida fundamentales por la oficina mencionada, la metrología se ocupa hoy día, sin olvidar su vertiente histórica, del proceso de medición en sí, es decir, del estudio de los procesos de medición, incluyendo los instrumentos empleados, así como de su calibración periódica; todo ello con el propósito de servir a los fines tanto industriales como de investigación científica. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Situación Mundial Las mediciones correctas tienen una importancia fundamental para los gobiernos, para las empresas y para la población en general, ayudando a ordenar y facilitar las transacciones comerciales. A menudo las cantidades y las características de un producto son resultado de un contrato entre el cliente (consumidor) y el proveedor (fabricante); las mediciones facilitan este proceso y por ende inciden en la calidad de vida de la población, protegiendo al consumidor, ayudando a preservar el medio ambiente y contribuyendo a usar racionalmente los recursos naturales. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Actualmente, con la dinamización del comercio a nivel mundial, la Metrología adquiere mayor importancia y se hace más énfasis en la relación que existe entre ella y la calidad, entre las mediciones y el control de la calidad, la calibración, la acreditación de laboratorios, la trazabilidad y la certificación. La Metrología es el núcleo central básico que permite el ordenamiento de estas funciones y su operación coherente las ordena con el objetivo final de mejorar y garantizar la calidad de productos y servicios. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Situación en Chile Todos los países tiene sistemas metrologicos y entidades responsables de normar su aplicación. En chile, la entidad encargada de coordinar y administrar el sistema de aseguramiento metrologico se llama “Red Nacional de Metrologia”, que es un organismo publicoprivado creado por el estado. Su mision es proveer de servicios de calibracion trazables a laboratorios de calibracion para facilitar que las mediciones realizadas en el pais sean comparables, trazables y aceptadas en otras naciones. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

El ministerio de economia es la maxima autoridad en esta Red. Sin embargo, delega la responsabilidad del sistema en la division de metrologia del instituto nacional de normalizacion (INN), que coordina y supervisa las actividades de los laboratorios custodios de patrones nacionales (LCPN) y de los laboratorios de calibracion que integran la red. Los laboratorios custorios de patrones nacionales (LCPN) son responsables de velar por la exactitud y precision de los laboratorios de calibracion, que son, a su vez, lo que prestan servicios a las distintas fabricas y empresas que elaboran los productos para los mercados nacional e internacional. Estos laboratorios operan patrones nacionales debidamente certificados por organismos internacionales. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Pocas pequeñas y medianas empresas (Pymes) conocen la palabra metrología, pero todas necesitan de la metrología para poder desenvolverse en los mercados nacionales e internacionales. El antiguo y tradicional “ojimetro” ya no funciona en el mercado moderno. Por eso, este documento que ahora tiene en sus manos le explicara que significa y cual es la importancia de las mediciones correctas en su negocio. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Beneficios Empresarios y consumidores necesitan saber con precisión el contenido exacto de un producto. Por eso las empresas deben contar con buenos instrumentos para obtener medidas confiables y garantizar buenos resultados. Una medición adecuada incide directamente en la calidad de los productos, que es un pilar de la competitividad internacional. De hecho, si una empresa quiere certificarse bajo las normas de la seria ISO 9000 debe cumplir con los requerimientos de confirmación metrologíca. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

La metrología es también una herramienta clave para el comercio exterior: un kilogramo o litro chileno debe ser el mismo en Japón, Italia o Estados Unidos. Tiene, entonces, una gran importancia económica, ya que permite dar certeza respecto de las transacciones. La metrología esta presente al realizar mediciones para la investigación en universidad y laboratorios; en la actividad de organismos reguladores; en la industria militar; en la producción y el comercio. Su aplicación abarca campos tan diversos como la ciencia, medicina e industria farmacéutica, construcción, metalurgia, minería, la actividad pesquera y alimenticia, los sectores del cuero y textiles, el rubro del plástico y de la madera, entre muchos otros. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

¿Para que sirve? Algunas estadísticas señalan que entre un 60% y 80% de las fallas en una fabrica están relacionadas directamente con la falta de un adecuado sistema de aseguramiento metrologico. Este no solo refiere al instrumento de medición, sino también al factor humano. Es decir, se puede tener el mejor equipo, verificado y calibrado, pero si el usuario no esta capacitado para manejarlo, no podrá interpretar adecuadamente sus valores. Medir exige utilizar el instrumento y el procedimiento adecuados, además de saber “leer” los resultados. Pero también supone cuidar que los equipos de medición – una regla, un termómetro, una pesa o una moderna balanza -no sufran golpes ni se vean expuestos a condiciones ambientales que los puedan dañar. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Si los instrumentos o equipos de medición no permiten mediciones confiables, es poco probable lograr buenos resultados en el proceso de fabricación de un producto. Gracias a la metrología la empresa asegura: Calidad Productividad Competitividad Medir sirve para: Reducir rechazos y reprocesos Aprovechar mejor las materias primas Asegurar el cumplimiento de especificaciones Un sistema de aseguramiento metrologico esta compuesto por: Un instrumento de medicion verificado y calibrado Personas capacitadas para usarlo Una correcta interpretacion de los resultados Un ambiente protegido para los equipos Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

S. I. de Unidades El Sistema Internacional de Unidades (SI) tiene su origen en el sistema métrico, sistema de medición adoptado con la firma de la Convención del Metro en 1875. Para 1960, la Conferencia General de Pesos y medidas (C. G. P. M) como autoridad suprema para la época adoptó el nombre de Sistema Internacional de Unidades (SI). El SI está hoy en día en uso en más de 100 países. Está formado por siete unidades básicas y varias unidades derivadas. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Las unidades básicas son: El metro (m) para la magnitud longitud El kilogramo (kg) para la magnitud masa El segundo (s) para la magnitud tiempo El amperio (A) para la corriente eléctrica El Kelvin (k) para la temperatura termodinámica ◦ El mol (mol) para la cantidad de sustancia ◦ La candela (cd) para la intensidad luminosa. ◦ ◦ ◦ Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

A partir de este conjunto coherente de unidades de medición se establecen otras unidades derivadas, mediante las cuales se miden muy diversas magnitudes tales como velocidad, aceleración, fuerza, presión, energía, tensión y resistencia eléctrica, entre otras.

Calibración El comportamiento de los equipos de medición y ensayos pueden cambiar con pasar del tiempo gracias a la influencia ambiental, es decir, el desgaste natural, la sobrecarga o por un uso inapropiado. La exactitud de la medida dada por un equipo necesita ser comprobado de vez en cuando, en términos generales, estas frecuencias fluctúan entre los 6 y 24 meses. Para poder realizar esto, el valor de una cantidad medida por el equipo se comparará con el valor de la misma cantidad proporcionada por un patrón de medida. Solo a través de la calibración de los equipos de medición respecto de patrones, las empresas pueden asegurar la validez de sus mediciones. Por eso, todos los instrumentos de medición que afectan la calidad del productos final deber sometidos a calibración, labor que debe realizar un laboratorio especializado y acreditado ante el Sistema de Acreditación del INN (Instituto Nacional de Normalización). Los resultados de la calibración deber ser informados en un certificado que entrega el laboratorio. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Patrón de Medida Un patrón puede ser un instrumento de medida, una medida materializada, un material de referencia o un sistema de medida destinado a definir, realizar o reproducir una unidad o varios valores de magnitud, para que sirvan de referencia. La jerarquía de los patrones comienza desde el patrón internacional en el vértice y va descendiendo hasta el patrón de trabajo. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Tipos de Patrón ◦ ◦ ◦ 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 asigna por la comparación con un patrón primario de la misma magnitud, normalmente los patrones primarios son utilizados para calibrar patrones secundarios. Patrón Nacional Patrón reconocido por la legislación nacional para servir de base, en un país, en la asignación de valores a otros patrones de la magnitud afectada (INN). Patrón Internacional Patrón reconocido por un acuerdo internacional para servir de base internacionalmente en la asignación de valores a otros patrones de la magnitud afectada. La custodia del patrón internacional corresponde a la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Sévres, cerca de París. El patrón más antiguo en uso es el prototipo del Kilogramo. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Patrón de referencia ◦ Patrón en general, de la más alta calidad metrológica disponible en un lugar dado o en una organización determinada, de la cual se derivan las mediciones efectuadas en dicho lugar. Los laboratorios de calibración mantienen los patrones de referncia para calibrar sus patrones de trabajo. Patrón de trabajo ◦ Patrón que se utiliza corrientemente para calibrar o controlar medidas materializadas, instrumentos de medida o materiales de referencia. Patrón de transferencia ◦ Patrón utilizado como intermediario para comparar patrones. Las resistencias se utilizan como patrones de transferencia para comparar patrones de voltaje. Las pesas se utilizan para comparar balanzas. Las definiciones de estos términos, según se citan en el Vocabulario Internacional de Metrología – Conceptos fundamentales y generales, y términos asociados (VIM) Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

VIM Vocabulario Internacional de Metrología (VIM) proporciona un conjunto de definiciones y de términos asociados, para un sistema de conceptos fundamentales y generales utilizados en metrología, asi como diagramas conceptuales de representan sus relaciones. En muchas de las definiciones se da información complementaria por medio de ejemplos y notas. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Objetivos del VIM Este Vocabulario pretende ser una referencia común para científicos, ingenieros, físicos, químicos, médicos, biólogos, así como para profesores, estudiantes y todo aquel, implicado en la planificación o realización de mediciones, cualquiera que sea el campo de aplicación y el nivel de incertidumbre de la medición. Pretende también ser una referencia para organismos gubernamentales e intergubernamentales, asociaciones empresa liares, comités de acreditación, entidades reguladoras y asociaciones profesionales. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Trazabilidad La trazabilidad es la propiedad del resultado de las mediciones efectuadas por un instrumento o por un patrón, tal que puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales y a través de éstos a las unidades fundamentales del (SI) por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones, con todas las incertidumbres determinadas. Así se tiene una estructura piramidal en la que en la base se encuentran los instrumentos utilizados en las operaciones de medida corrientes de un laboratorio. Cada escalón o paso intermedio de la pirámide se obtiene del que le precede y da lugar al siguiente por medio de una operación de calibración, donde el patrón fue antes calibrado por otro patrón, etc. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Calibración El calibrado es el procedimiento de comparación entre lo que indica un instrumento y lo que "debiera indicar" de acuerdo a un patrón de referencia con valor conocido. De esta definición se deduce que para calibrar un instrumento o patrón es necesario disponer de uno de mayorprecisión que proporcione el valor convencionalmente verdadero que es el que se empleará para compararlo con la indicación del instrumento sometido a calibrado. Esto se realiza mediante una cadena ininterrumpida y documentada de comparaciones hasta llegar al patrón primario, y que constituye lo que llamamos trazabilidad. El objetivo del calibrado es mantener y verificar el buen funcionamiento de los equipos, responder a los requisitos establecidos en las normas de calidad y garantizar la fiabilidad y trazabilidad de las medidas. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Calibrado Durante el calibrado se contrastará el valor de salida del instrumento a calibrar frente a un patrón en diferentes puntos de calibración. Si el error de calibración —error puesto de manifiesto durante la calibración— es inferior al límite de rechazo, la calibración será aceptada. En caso contrario se requerirá ajuste del instrumento y una contrastación posterior, tantas veces como sea necesario hasta que se obtenga un error inferior al límite establecido. En la calibración, los resultados deben informarse a través de un certificado de calibración, en el cual se hará constar los errores encontrados así como las correcciones empleadas, errores máximos permitidos, además pueden incluir tablas, gráficos, etc. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Proceso de Calibración Al realizar una calibración de un instrumento podemos encontrarnos ante los siguientes tipos de error: 1. Error de cero: el valor de las lecturas realizadas están desplazadas un mismo valor con respecto a la recta característica. 2. Error de multiplicación: el valor de las lecturas aumentan o disminuyen progresivamente respecto a la característica según aumenta la variable de medida. 3. Error de angularidad: Las lecturas son correctas en el 0% y el 100% de la recta característica, desviándose en los restantes puntos. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Tabla de Errores

Pasos de Calibración 1. • • • 2. • • • Chequeo y Ajustes Preliminares: Observar el estado físico del equipo, desgaste de piezas, limpieza y respuesta del equipo. Determine los errores de indicación del equipo comparado con un patrón adecuado —según el rango y la precisión—. Llevar ajustes de cero, multiplicación, angularidad y otros adicionales a los márgenes recomendados para el proceso o que permita su ajuste en ambas direcciones —no en extremos—. Se realizarán encuadramientos preliminares, lo cual reducirá al mínimo el error de angularidad. Ajuste de cero: Colocar la variable en un valor bajo de cero a 10% del rango o en la primera división representativa a excepción de los equipos que tienen supresión de cero o cero vivo, para ello se debe simular la variable con un mecanismo adecuado, según rango y precisión lo mismo que un patrón adecuado. Si el instrumento que se está calibrando no indica el valor fijado anteriormente, se debe ajustar el mecanismo de cero. Si el equipo tiene ajustes adicionales con cero variable, con elevaciones o supresiones se debe hacer después del punto anterior de ajuste de cero. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

3. • • 4. 5. 6. • • Ajuste de multiplicación: Colocar la variable en un valor alto del 70 al 100%. Si el instrumento no indica el valor fijado, se debe ajustar el mecanismo de multiplicación o span. Repetir los dos últimos pasos hasta obtener la calibración correcta para los valores alto y bajo. Ajuste de angularidad: Colocar la variable al 50% del span. Si el incremento no indica el valor del 50% ajustar el mecanismo de angularidad según el equipo. Repetir los dos últimos pasos 4 y 5 hasta obtener la calibración correcta, en los tres puntos.

Incertidumbre de medida La incertidumbre de medida está asociada generalmente a la duda que existe respecto del resultado de una medición. Existen dos tipos de estimaciones para evaluar la incertidumbre. ◦ Tipo A: Aquellas que pueden estimarse a partir de cálculos estadísticos obtenidos de las muestras recogidas en el proceso de medida. La desviación estándar experimental (s) La desviación típica experimental de la media es aún un mejor estimador de esta variabilidad. La incertidumbre asociada a estimación. ◦ Tipo B: Aquellas que únicamente están basadas en la experiencia o en otras informaciones. Varianza estimada asociada. Desviación típica estimada asociada. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Factores que influyen en tomar correctamente una medida 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Calibración: Dada por el certificado de calibración. Deriva: Variación de la medida a lo largo del tiempo. Temperatura: Debida a la influencia de la temperatura. Resolución: Mínima variación perceptible. Inestabilidad: Inestabilidad de la fuente de medida o equipo. Método: Debida al método de medida, posible método de medida indirecta de la magnitud a medir. Repetibilidad: Debida a las medidas realizadas por un mismo instrumento en distintas condiciones. Operador: Debidos a equipos de medida analógicas especialmente, por lo que se aconseja hacer coincidir las medidas con las divisiones de la escala. Reproducibilidad: Debida a las medidas realizadas por distintos instrumentos en distintas condiciones. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Instrumentos de medida Cinta Métrica flexible o Metro flexible. Regla graduada. Pie de Rey o Pie de Metro. Micrómetro. Reloj comparador. Gramil. Comparador de carátulas. Tacómetro. Termómetro. Voltímetro. Amperímetro. Estroboscopio Galgas Balanzas Rugosimetros. Durometros.

Pie de Rey Es muy empleado para pequeñas y medianas precisiones. Este instrumento consta de una regla de acero graduada y doblada a escuadra por un extremo. La regla doblada constituye la boca fija. Otra regla menor también doblada a escuadra, llamada cursor o corredera, se desliza a frotamiento suave sobre la primera y constituye la boca móvil.

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Micrómetro Su funcionamiento se basa en un tornillo de rosca fina que dispone en su contorno de una escala grabada, la cual puede incorporar un nonio que sirve para valorar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro, 0, 01[mm] ó 0, 001[mm]. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Cifras Significativas 2, 7 [lt] = 2 c. s. 2, 70 [lt] = 3 c. s. 0, 043 [g] = 2 c. s. 0, 0430 [g] = 3 c. s. 12, 1 [N] = 3 c. s. 12, 10 [N] = 4 c. s. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Redondeo a dos C. S. 0, 09468 [kg] = 0, 095 [kg] 0, 1870 [lt] = 0, 19 [Kg] 5, 36 [lb] = 5, 4 [lb] 19, 97 [m] = 20 [m] 9, 09 x 10 -5 [N] = 9, 1 x 10 -5 [N] Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Reglas de Redondeo 5 C. S 4 C. S d= 1, 0523 [g] = 0, 414128… = 0, 4141 [g] 2, 441 [cm 3] 4 C. S. a= 2(23, 1 [cm] x 0, 52 [cm])= 24, 0240. . . = 24 [cm 2] 3 C. S. 2 C. S. 3 C. S. 4 C. S V= Π (2, 00 [cm])2 (3, 445 [cm]) = 10, 917034 …= 10, 9 [cm 3] 4 Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

Reglas de Redondeo 2 decimales 3 decimales 1 decimal L=8, 48 [cm] + 6, 573 [cm] + 12, 1 [cm] L= 27, 153 [cm] L= 27, 2 [cm] Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez