Guía de Taller MetDim

7/18/2019 Guía de Taller MetDim

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Guía de taller:

METROLOGIADIMENSIONAL

Instituto deIngeniería

Taller de Ingeniería

Confeccionó: SMARevisó: FG, PDRRevisión 2 - 2013

Guía de taller: METROLOGIA DIMENSIONAL

1. Objetivo

El objetivo de este taller es brindarle al alumno la información y el desarrollo prácticonecesario para que logre familiarizarse con el instrumental de medición básico y de uso

común y los instrumentos de uso especifico.

2. Introducción

Se denomina ciencias determinísticas a las que tienen el objetivo de dar valor a losdiferentes fenómenos del mundo y el universo, la metrología se considera una de ellas.De acuerdo al Vocabulario Internacional de Términos Básicos y Generales enMetrología, VIM, "La Metrología es la ciencia de la medición, y comprende todos losaspectos tanto teóricos como prácticos referentes a las mediciones".

2.1. Clasificación de la Metrología

De acuerdo a su campo de aplicación se clasifica en: Metrología Legal, MetrologíaIndustrial y Metrología Científica. Metrología LegalEstá orientada a proteger al consumidor, y es realizada por el Estado, para garantizarque lo indicado por el fabricante cumple con los requerimientos técnicos y jurídicosreglamentados en el país.El objetivo de la Metrología Legal es básicamente dar seguridad al público en general eimpacta en las siguientes áreas: comercio, salud, seguridad, ambiente y desarrolloempresarial. Metrología IndustrialPersigue promover la competitividad industrial a través de la mejora permanente de las

mediciones que inciden en la calidad del producto. Metrología CientíficaEs la que define las unidades de medida, sus patrones correspondientes y desarrollatécnicas para la conservación e implementación de las mismas.Damos en la materia particular importancia a la Metrología Industrial por su aplicaciónhabitual en la producción, entendemos que la habilidad para medir las propiedades demanera más exacta, permite desarrollar formas más confiables para fabricar cosas altener medios para controlar la calidad.



Metrología Dimensional

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Cátedra “ Taller de Ingeniería”

La adecuada realización de mediciones proporciona confianza e información sobre lavariabilidad de los procesos para su control y mejoramiento. La metrología aportaventajas y beneficios para todos los sectores industriales, entre los que destacamos:

• Incremento en el nivel de calidad de los productos• Disminución de rechazos• Aumento de la productividad• Disminución de costos

2.2. Áreas de la metrología

Suele clasificarse a la metrología por el tipo de magnitudes con que se trabaje:Mecánica de cuerpos: Dimensional, fuerza, masa, acústica y vibraciones.Termofísica de fluidos: temperatura, humedad, presión, flujo.Óptica: fotometría, colormetría.Electromagnetismo: mediciones eléctricas, potencia y energía, tiempo y frecuencia,magnetismo.Radiación ionizante: radioactividadQuímica y Materiales: orgánica, inorgánica, física (densidad, viscosidad, etc.).

3. Desarrollo Teórico

La metrología dimensional es la ciencia aplicada que se encarga de estudiar lastécnicas de medición que determinan correctamente las magnitudes lineales yangulares, por lo tanto es básica para la producción en serie y la intercambiabilidad departes.La fabricación mecánica requiere de una serie de controles metodológicos quegaranticen la adecuada precisión y el cumplimiento de las condiciones expresadas enel plano y de las normas a las que cada producto pueda estar sometido.Todo esto requiere poseer un conjunto de conocimientos tales como unidades,diferentes tipos de instrumentos de medida y posibles controles metrológicos aplicablesy además, de una adecuada capacitación que proporcione los criterios de utilización delos distintos sistemas de control y los instrumentos de medida adecuados para cadacaso.La metrología dimensional también estudia otras características físicas, comoredondez, paralelismo, rugosidad, etc. Por lo cual esta rama de la metrología tambiénse la denomina metrología geométrica.En la metrología geométrica no solo se debe verificar y controlar la pieza que se estáfabricando sino que además a los propios equipos de medida, instrumentos, patrones1 y accesorios con que se realizan los controles. Esto se lleva adelante dentro de un plande calibración que es establecido por la empresa a fin de garantizar la trazabilidad delos equipos y de las mediciones que se realizan con ellos.

3.1. Instrumentos utilizados

Calibre: es un instrumento de medición utilizado para medir pequeñas longitudes conuna resolución de 0,1 mm en los modelos más comunes con nonio de 10 divisiones,resolución de 0,02 mm para nonios de 50 divisiones, además de 1/128” en el nonio en

1 Patrón: Objeto o instrumento que permite materializar y reproducir una unidad de medida o bien unmúltiplo o submúltiplo de ella.






pulgadas, por lo tanto la resolución del calibre depende de la cantidad de divisiones delnonio.Este instrumento tiene además accesorios para facilitar distintos tipos de medidas delongitud sobre piezas, por ejemplo: medidas exteriores con las patas fija y móvil,medidas en interiores con las puntas fija y móvil, medidas de profundidad en cavidadescon la varilla de profundidad.En cualquiera de los casos anteriores la lectura siempre se realiza sobre la zona a

consultar, donde se encuentran el nonio y la regla (ver figura 1), observando la cantidadde milímetros enteros a la izquierda del cero del nonio y los decimales contando en elnonio hasta llegar a los trazos coincidentes, ver figura 2.

Figura 1: Partes de un calibre y posibles medicionesque pueden realizarse con el mismo.

Figura 2: Ejemplo de medición de con calibre, regla y nonio

Lectura: 62,8 mm , 62 mm a la izquierda del

cero y 8 divisiones del nonio






Sistema de graduación para lectura.

Los calibres son fabricados generalmente con dos sistemas de resolución: métrico ypulgada, aunque algunos son fabricados en un sistema solamente.

a) Escala principal (regla): generalmente presentan doble grabación de trazos:

sistema métrico y de pulgada. En el sistema métrico los trazos están separadospor una distancia de 1mm y en el sistema pulgada esta distancia puedecorresponder a 1 pulgada dividida en 16 o 40 partes.

b) Cursor: En esta parte son grabados dos conjuntos de trazos, llamados devernier, uno para trabajar con la escala del sistema métrico y otra para la escaladel sistema pulgada. La cantidad de trazos grabados en cada conjunto define elvalor de lectura en relación al valor del trazo de la escala principal.Para el sistema métrico generalmente son gravados 20 ó 50 trazos y para elsistema pulgada generalmente 8 ó 25 trazos, que tienen valor progresivo de lamisma forma que la escala principal.

Resoluc ión de un calibre

La resolución o lectura de un calibre esta definida por el resultado de dividir el valor delmenor trazo gravado por el número de trazos del vernier.Si el valor del menor trazo de la escala es 1 mm y el vernier esta compuesto por 20trazos la lectura o resolución del calibre es:

Resultado de una medida

Con el calibre ubicado en la pieza a medir en posición correcta, se procede a tomar unaparte de la lectura en la escala principal y su complemento en el nonio. Esta operaciónse realiza de la siguiente manera:

a) Se cuentan los trazos enteros de la escala principal que quedan a la derecha delvernier.

b) Se verifica el trazo del vernier que coincide con otro de la escala principal.c) Sumar los valores obtenidos en la escala principal y el vernier, este es el

resultado de la medida.






Ejemplos de lecturas

Figura 3: Ejemplo de lectura en un calibre vernier.

Micrómetro: es el primer instrumento de precisión para medir longitudes su nombreprocede de la utilización de un husillo roscado de pequeño paso que proporciona unaamplificación mecánica que le permite apreciar longitudes del orden de 0,01 mm en losmodelos comunes y de 0,001 mm (1 µm) en los modelos que incorporan un nonio overnier.Una característica importante de estos instrumentos es la incorporación de undispositivo que asegura una presión de medición constante llamado trinquete o friccióndependiendo del mecanismo.Estos instrumentos tienen una gran aplicación en laboratorios y en la mayoría de lasindustrias dedicadas a la fabricación.

Figura 3: Partes de un micrómetro

Escala principal

Vernier o Nonio

Valor medido = 22 + 0,6 =

22,6 mm






Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento de un micrómetro tiene como base el desplazamiento deaxial de un tornillo micrométrico con un paso de alta exactitud dentro de una tuercaajustable, por lo que al girar el tornillo micrométrico este avanza proporcionalmente alpaso que normalmente es de 0,5 mm.

Resoluc ión de un micrómetro y lectura

La circunferencia de la rosca está dividida en 50 partes iguales posibilitando así unaresolución de 0,01 mm. De esta forma una vuelta completa del tambor corresponde alpaso de la rosca.Considerando el paso de la rosca y el número de divisiones del tambor, la resolucióndel micrómetro se puede determinar de la siguiente manera:

Si el micrómetro presenta además un vernier con divisiones en el cilindro será posiblela lectura de 0,001 mm, de la misma forma que el calibre tenemos que la resolución delvernier es:

Para ambos casos la referencia para realizar la lectura se encuentra en el cilindro conuna línea horizontal y en el tambor como siendo su propia cara lateral, para tomar lalectura se debe considerar primeramente el valor del trazo del tambor que coincide con

la línea de referencia del cilindro. En el caso de micrómetro con vernier, se debe sumarel valor del trazo del vernier que coincide con un trazo del tambor.

Ejemplo de lectura

Figura 4: Lectura en un micrómetro

Valor medido = 5,5 + 0,28 = 5,78 mm






Calibre de alturas: El calibrador o vernier de altura es un instrumento de precisiónutilizado en los talleres, laboratorios de metrología y departamentos de inspección enlos trabajos de trazado de matrices para medir y marcar distancias con precisión. Sepuede definir como un instrumento utilizado para medir la altura de piezas o diferenciasde alturas entre planos a diferentes niveles.Se clasifican en 2 tipos: uno de estos utiliza un codificador rotatorio para detectar el

desplazamiento y tiene doble columna, figura Nº 5-a. El otro utiliza el detector dedesplazamiento tipo capacitancia y cuenta con una sola columna de secciónrectangular, figura Nº 5-b.

(a) (b)Figura N 5: Calibres de altura con doble columna y columna de sección rectangular.

Partes que conforman un calibre de alturas: El mecanismo de detección de

desplazamiento es un codificador rotatorio que convierte el desplazamiento lineal delcursor en un movimiento rotatorio por medio de una cremallera. El sistema de estemedidor está conformado por circuitos integrados de gran precisión.

Figura N 6: Elementos que conforman un calibre de alturas.

Mordaza móvil

Codificador

rotatorio

Base

Brazo, sección

rectangular






Estos instrumentos están disponibles en varios tamaños desde 300 a 700 mm. Sepuede ajustar con exactitud a cualquier altura con una aproximación de 0.001mm.Los elementos que conforman un calibrador o vernier de alturas se muestran en lafigura 2, el calibre o vernier posee una base endurecida, esmerilada y pulida en lugarde una mordaza fija y siempre se utiliza con una superficie plana. La mordaza móvil sepuede subir o bajar a cualquier posición a lo largo del brazo. Los ajustes finos se hacencon un tornillo o perilla de ajuste fino. Se lee de la misma forma que un vernier.

Se puede colocar accesorios al calibre de altura en la mordaza móvil a fin de permitirmediciones de diferentes alturas, que serían difíciles con otros métodos.Otro uso importante del calibrador es para trabajo de inspección. Se puede medir ladistancia entre agujeros o superficies con una aproximación en la escala vernier. Porejemplo se pueden verificar las alturas de las salidas de escape de la tapa de cilindrode un motor, medir la altura de un block de motor.

Figura N 7: Block de motor de 4 cilindros

Precauciones para el uso del medidor de alturas: Seleccionar el medidor de altura que mejor se ajuste a la aplicación. Asegúrese de que el tipo, rango de medición, graduación u otras

especificaciones, son apropiadas para la aplicación deseada. No aplique fuerza excesiva al medidor de altura. Tenga cuidado de no dañar la punta para trazar. Elimine cualquier suciedad o polvo antes de usar su medidor. Verifique el movimiento del cursor. No debe sentirse suelto o tener juego. Corrija

cualquier problema que encuentre, ajustando el tornillo de presión y el defijación.

Algunas características Los valores medidos se pueden leer directamente en el display, por lo que las

lecturas son rápidas. Se puede medir con una exactitud de 0.001 mm. Posee calibración a cero, esto permite fijar un punto de referencia donde se lo

desee. Esta acción elimina la necesidad de calcular deferencias de altura. Funciona con baterías por lo que puede ser trasladado para hacer mediciones in

situ. Se pueden almacenar datos, esto es útil cuando la posición del calibre no

permite visualizar la medición.






Espesores, diámetros y profundidad.

Para el diseño de piezas, entre otras cosas, es importante conocer todas lasmagnitudes físicas de la misma. Una vez que las piezas han sido estudiadas yanalizadas llega el momento de la producción y es en ese momento donde se debenverificar todas las consideraciones que se tuvieron en la primera instancia.En los procesos de manufactura se requiere de ciertos elementos como materia prima,

mano de obra y tecnología de fabricación. El resultado de este proceso de producciónes el producto. El mismo tiene una característica muy importante que es la calidad2.Para lograr un producto de buena calidad se deben poder controlar todos y cada unade las instancias del proceso.En general cuando se llega al final del proceso, se realiza una inspección visual detodas las piezas y se selecciona una porción para realizar mediciones manuales deverificación, como lo pueden ser los recubrimientos de pintura epoxi y diámetros en laproducción de caños para instalaciones de gas natural o la medición de lasprofundidades de las ranuras donde se alojan los aros en un pistón, etc.A través de los diferentes instrumentos de medición se pueden medir espesores enláminas como espesores de paredes de tubos donde utilizaremos espesímetros, comoasí también son utilizados los calibres para medición de diámetros y profundidades.

De esta forma se verifican los parámetros de diseño más relevantes de los productos yen función de estos son evaluados y se desecha o pasa a comercialización.Para la medición de espesores se utilizan instrumentos denominados espesímetros.Existen distintos tipos de en función de su principio de funcionamiento. Entre ellos seencuentran los siguientes y se muestran en la figura 8:

A. Espesímetro mecánico con rodillo: instrumento de medición utilizado para lamedición de láminas en movimiento.

B. Espesímetro mecánico milesimal: instrumento de medición utilizado para lamedición de láminas especialmente.

C. Espesímetro mecánico para tubos: instrumento de medición utilizado para lamedición de espesores de tubos.

(a) (b) (c)

Figura N 8: (a)Espesímetro mecánico con rodillo, (b) Espesímetro mecánicomilesimal y (c) Espesímetro mecánico para tubos

2 Definición de Calidad: Grado en el que un conjunto de características inherentes cumplen con lasnecesidades o expectativas establecidas, que suelen ser implícitas u obligatorias.






Para la medición de diámetros, ranuras y profundidades existen instrumentosdestinados específicamente para la medición (Ver figura 9), algunos de estos sedetallan a continuación:

A. Calibre digital medición de ranuras ó diámetros internos: instrumento demedición que se utiliza para medir y comparar diámetros interiores, ranuras, etc.

B. Calibre digital medición de profundidad: instrumento de medición utilizado para la

medición de profundidades.C. Micrómetro mecánico para ranuras internas: instrumento de medición utilizadopara determinar dimensiones interiores de una pieza.

(a)

(b) (c)

Figura N 9: (a) Micrómetro mecánico para ranuras internas, (b) Calibre digital medición deranuras y/o diámetros internos y (c) Calibre digital medición de profundidad






3.2. Definiciones:

Para el desarrollo del laboratorio es necesario conocer ciertas definiciones sobre elproceso de medición. Independientemente del diseño, su funcionamiento y lasmagnitudes que miden, los instrumentos de medición poseen ciertas característicascomunes, las cuales son (norma IRAM 32 – Metrología. Vocabulario):

Rango de indicación: expresa los valores límites, inferior y superior, que mide elinstrumento.Intervalo de medición: Diferencia entre los límites del rango.Valor de división: Diferencia entre los valores de dos marcas sucesivas de la escala.Resolución: Menor diferencia entre indicaciones que puede ser distinguida.Precisión: proximidad entre los valores medidos de un mismo objeto o de objetossimilares, obtenidos en mediciones repetidas bajo las mismas condiciones deoperación.Exactitud: Proximidad entre un valor medido y un valor verdadero de un mensurando.

4. DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD DE TALLER

A. Medición de espesores

Instrumentos

Cada grupo de trabajo medirá el espesor en diferentes puntos de la pieza, para estoutilizará el instrumental que requiera para la medición, los cuales se muestran en lasfiguras y son:

(a) (b)

Figura 5: (a) Calibre y (b) Micrómetro

Elementos a medir

Las piezas a medir son tubos de PVC, caños de hierro o plástico para termofusión,caños lisos para instalaciones eléctricas de hierro o PVC, perfiles abiertos de diferentesmateriales como puede ser aluminio, hierro, chapa de zinc, etc.

Resultados y comentarios

Cada integrante del grupo tomará, al menos, una medición. Los datos obtenidos setabularán y se realizará un gráfico que refleje la variación de la medición en función dela distancia.






Las mediciones tomadas con el calibre y el micrómetro serán comparadas con las quese obtienen de utilizar los instrumentos específicos para cada medición.

Tabla 1: Comparación de medidas entre instrumentos

Pieza

MediciónCalibre

[mm]

Micrómetro

[mm]

Espesímetro

[mm]

Calibre de

Interiores

[mm]

Calibre de

Profundidad

[mm]

Calibre de

Altura

[mm]

1

2

3

4

5

6

A partir de esta tabla se realizaran las comparaciones entre las medidascorrespondientes y que puedan ser comparadas.

Con los resultados obtenidos, se realizarán comentarios sobre el experimento.B. Medición de tornillos

1. Familiarizarse con la utilización del calibre, calibre de alturas y micrómetro.2. Elegir 5 tornillos diferentes para ser medidos3. Medir la longitud de cada tornillo con el calibre y anotar la medición en la tabla 2.4. Mida nuevamente la longitud del tornillo con el calibre de alturas y anotarlos en

la tabla 2.5. Comparar los resultados obtenidos con el calibre y el calibre de alturas y realizar

comentarios respecto a la exactitud de los instrumentos utilizados.6. Mida el tamaño del hexágono en la cabeza del perno con el calibre y anotar las

mediciones en la tabla. ¿Puede medirse con otro instrumento? Tome lasmediciones y anótelas en la tabla 2 y compare las mediciones.7. Medir el diámetro mayor del tornillo con el calibre y el micrómetro, luego

compare las mediciones.8. Calcular los promedios de las mediciones, discuta los resultados y comente

cuales son las fuentes de error y valor tienen.





Tabla 2: Relevamiento de mediciones de los tornillos

TornilloLongitud

Calibre

Longitud

Calibre de

alturas

Cabeza

CalibreCabeza

Instrumento 2 Diámetro

Calibre

Diámetro

Micrómetro

1

2

3

4

5

Promedio

C. Informe de Actividad de Taller.

Se realizará un informe grupal con los siguientes contenidos mínimos.

Introducción. Metodología e Instrumental. Croquis y Tabla de Relevamiento. Cálculos y cuadro de resultados. Conclusión: Deberá analizar el procedimiento seguido y considerar lo siguiente:

¿Qué observación puede el grupo efectuar de las mediciones realizadas?¿Hayinstrumentos que tienen la misma función?¿Los instrumentos se superponen o secomplementan?¿Hay diferencias en la precisión?¿Cómo deciden cual instrumento demedición utilizar? (Pensando en el uso posterior de la medida)

Bibliografía

1) Metrología: Introducción, Conceptos e Instrumentos, María Moro Piñeiro,

Universidad de Oviedo, 2000.2) http://www.todomedicion.com.ar3) Metrología e Instrumentación: Manual de laboratorio, M. V. Muñoz Badilla y J.

Rojas Vásquez, Universidad de Costa Rica, 1979.4) Instrumentos para Metrología Dimensional, Ing. Ricardo V. B. González,

Mitutoyo, 1990.5) http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-06-06-Clasificacion-areas-

Metrologia.pdf

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