USO Y MANEJO DE MICRÓMETRO DE EXTERIORES

A. Arango, H. Julio, O. Romero, V. AnayaUniversidad del Atlántico

Medición, Incertidumbre, Precisión

Resumen

Durante la presente experiencia, y aplicando las instrucciones brindadas en clase acerca del correcto uso del micrómetro de exteriores fue posible la realización por parte de todos los integrantes de la célula de estudio, la toma de medidas longitudinales del diámetro exterior de dos piezas diferentes cada una con su respectivo micrómetro, cabe resaltar que se utilizó dos micrómetros diferentes para el cual uno de ellos usa el SI y el otro usa el sistema anglosajón de unidades. Con la pertinente toma de datos fue posible determinar cuáles operadores llegaron a ser más precisos y cuáles no, ya que cada integrante del grupo consiguió un promedio diferente y registró la desviación estándar de sus datos con respecto a dicho promedio.

Abstract

During the present experience, and applying the instructions offered in class it brings over of the correct use of the micrometer of exteriors the accomplishment was possible on the part of all the members of the cell of study, the capture of longitudinal measures of the outside diameter of two different pieces each one with his respective micrometer, it is necessary to highlight that one used two different micrometers for which one of them uses IF and other one uses the Anglo-Saxon system of units. With the pertinent capture of information it was possible to determine which operators managed to be more precise and which not, since every member of the group obtained a different average and registered the standard diversion of his information with regard to the above mentioned average.

1. Introducción. En el presente informe se pretende analizar a fondo lo que implica determinar las medidas exactas de los cuerpos que se encuentran a nuestro alrededor. Constantemente se están diseñando dispositivos de medición que arrojen el menor porcentaje de error posible; de esta manera se obtiene un menor índice de incertidumbre de medida. El uso de la estadística nos permite, mediante un análisis matemático, predecir un rango donde se encuentre el verdadero valor de la medición, es por ello que para realizar una buena medición hay que tener un excelente conocimiento de cómo usar los aparatos de medición, además de tener en cuenta factores externos como la temperatura y la naturaleza de los materiales de fabricación, los cuales, alteran las lecturas arrojadas por los dispositivos de medición.

2. Discusión Teórica. El micrómetro también conocido con el nombre de tornillo de palmer es un instrumento lineal de medidas directas que hace uso de un tornillo micrométrico, el cual sirve para valorar con extrema precisión el tamaño real de un objeto hasta el orden de las milésimas de milímetro, es decir; que puede medir hasta una micra de metro en el SI, y en el sistema anglosajón las lecturas pueden llegar hasta una diezmilésima de pulgada.

Durante el renacimiento y la revolución industrial con los nuevos inventos y el naciente desarrollo de la tecnología se hace necesario obtener mediciones de los objetos con una mayor precisión ya que las lecturas arrojadas por los instrumentos de medida convencionales usados en la época no eran de confiar, cuando se tratara de piezas muy pequeñas. En 1640 William Gascoigne creó el primer tornillo micrométrico el cual serviría como una mejora para el vernier o nonio usado en aquel entonces con un telescopio para medir distancias angulares entre estrellas, en 1829 Henry Maudslay diseño y construyó el primer micrómetro de banco el cual consistía en una base con dos mandíbulas de acero entre las cuales podría moverse un tornillo a lo largo de una superficie guía, este instrumento era capaz de medir hasta una diez milésima de pulgada; posterior a esta invención el mecánico francés Jean Laurent Palmer desarrolló en 1848 una mejora al micrómetro

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de banco que posteriormente se conocería como en nombre del primer tornillo micrométrico de mano, en ese mismo año Joseph Brown y Lucius Sharpe se interesaron en el artefacto e iniciaron su masiva fabricación a partir de 1868. Finalmente en 1890 el empresario e inventor estadounidense Laroy Sunderland Starrett creó una patente del micrómetro de mano que modificó la versión antigua de este instrumento en una muy similar a la usada actualmente.

Existe en circulación muchos tipos de micrómetro destinados a realizar distintas operaciones según sea la necesidad del operario de este mismo, estos instrumentos pueden utilizarse para diferentes tareas y se clasifican de la siguiente manera:

2.1 Micrómetro de exteriores: Sirve para medir las dimensiones externas de un objeto, este al igual que los de interiores y profundidad puede ser con tambor de carraca, de reloj o digital, algunos están destinados a realizar operaciones específicas, diámetros de bolas, alambres espesores de paredes, roscas métricas, chapas bandas, engranajes, diámetros de agujeros etc. Entre otros están los de tres contactos usados para medir piezas como fresas.

2.2 Micrómetro de interiores: Este tipo de instrumento es frecuentado cuando se trata de medir el diámetro interior de una pieza, así como también los espesores internos de piezas no cilíndricas.

2.3 Micrómetro para profundidad: Este tipo de micrómetro es

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(c) Micrómetro con patas de medida

(b) Micrómetro analógico de interiores

(a) Imicra

Fig. 1. Micrómetros de exteriores

Fig. 2. Micrómetros de interiores

(c) Micrómetro de tres contactos

(d) Micrómetro para chapas y bandas Starrett

(e) Micrómetro de platillos

(f) Micrómetro digital

(a) Micrómetro de exteriores

(b) Micrómetro de roscas

2.3 Micrómetro para profundidad: Usado para medir la profundidad de agujeros, ranuras, acanaladuras, la profundidad y el espesor de las juntas en los envases de conserva entre otros usos, estos instrumentos poseen un puente ubicado en la cabeza del mismo que sustituye el arco usado en los dos tipos de micrómetros mencionados anteriormente.

2.4 Micrómetros especiales: Estos micrómetros pueden realizar mediciones con una mayor precisión que los demás ya que hacen uso de la tecnología láser y óptica. Pueden medir con facilidad y sin hacer contacto superficies calientes, pegajosas e incluso estériles.

Durante la realización de esta experiencia se trabajó únicamente con micrómetros para exteriores, el cual está formado por un eje móvil con una parte roscada unido al extremo en el que va montado en un tambor graduado, al girar dicho tambor se induce al movimiento del tornillo micrométrico el cual posee un paso de rosca (0.5mm para los que usan el SI, y 0.025” para los que usan el sistema anglosajón), continuamente se desplaza el eje móvil unido al tronillo conocido con el nombre de husillo el cual apretará la pieza contra el punto conocido como tope. Sobre la parte fija o tambor fijo se encuentra grabada una escala de medida fija que puede variar (de 0mm - 25mm, en intervalos de 25 mm para el SI y de 0” – 1”, en intervalos de 1”). A esta parte fija se encuentra unido un arco con el cual se sostendrá el aparato cuando se realice una medición, dicho arco debe ser de algún material aislante térmico o simplemente solo debe tener una cubierta de este material para que el micrómetro no registre mediciones erróneas a causa de la dilatación térmica. Para registrar la lectura indicada por este artefacto se debe tener en cuenta las unidades con las que este trabaja, al realizar una simple inspección se puede determinar esta condición. Al observar el tambor graduado se aprecia que los que utilizan el SI usan una escala que va en intervalos de 0 – 50, mientras que los que usan el sistema anglosajón poseen una escala que va en intervalos de 0 – 25. Sí se desea realizar otra inspección del micrómetro para conocer el sistema de unidades que usa se debe observar la escala del cilindro graduado, cuando se tiene un instrumento que usa el SI

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(c) Micrómetro digital especial

(b) Micrómetro óptico CCD

(a) Micrómetro de laser digital

(c) Micrómetro para la medición precisa de la profundidad y el espesor de las juntas de los envases de conserva.

(b) Micrómetro de interior simple

(a) Micrómetro de profundidad

Fig. 3. Micrómetros para profundidad

Fig. 4. Micrómetros especiales (digitales)

Se observa que la línea de fe posee 10 subdivisiones cada 5mm, cada una de las diez subdivisiones representa una vuelta entera del tambor graduado, es decir: 500 milésimas de milímetro, entonces que cada vez que se consiguen las 10 subdivisiones se obtiene una medida de 5mm. Cuando se tiene un instrumento que acoge el sistema anglosajón de unidades se observa que la línea de fe posee 4 subdivisiones cada décima de pulgada, cada una de las cuatro subdivisiones representa una vuelta entera del tambor graduado, es decir; 25 milésimas de pulgada, entonces cada vez que se consiguen las 4 subdivisiones se obtiene una medida de 0.1”.

Al identificar con que sistema de unidades trabaja el micrómetro, se debe utilizar de la manera adecuada; el primer paso a realizar es limpiar con un pañuelo las superficies del husillo, el yunque y el objeto a medir cada vez que se desee realizar una medición, ya que se debe eliminar cualquier residuo de polvo, sudor y manchas de aceite, debido a que el micrómetro es capaz de registrar sus dimensiones y esto puede alterar de manera significativa la lectura arrojada por el instrumento. Luego de realizar este manteamiento se debe sostener con la mano más hábil el instrumento por el arco con los dedos meñique y anular, mientras que con los dedos índice y medio se hace girar el tambor graduado; la mano libre sostendrá la pieza a medir. Una vez el husillo entra en contacto con el objeto se debe girar suavemente el trinquete por lo menos dos veces para que el artefacto aplique un presión adecuada sobre dicho objeto. A continuación a esto se debe registrar la lectura indicada por el micrómetro, cuando se trata de un instrumento que utiliza el SI primero se debe observar la medida que indica la línea de fe, la cual solo puede ser concretada con una apreciación de hasta 0.5mm, cuando dicha línea no encaja con el cero del tambor graduado se tiene un espacio de exceso que puede ser medido con la escala de dicho tambor, sabiendo que cada división equivale a diez milésimas de milímetro; cabe resaltar que esta medida solo es exacta para indicar hasta una diez milésima de milímetro. De igual manera funcionan los micrómetros que utilizan el sistema anglosajón solo que la línea de fe registra con exactitud mediciones de hasta 0.025”, cuando no encaja la línea de fe y existe un espacio entre dicha línea y el tambor graduado, dicho exceso puede ser medido con la escala de dicho tambor, sabiendo que cada división es equivalente a diez diezmilésimas de pulgada; cabe resaltar que estos instrumentos presentan lecturas exactas hasta una milésima de pulgada. Algunos micrómetros pueden incorporar el nonio, que no es más que 10 líneas por lo general numeradas cada dos, dichas líneas se encuentran grabas en el tambor fijo y se usan para obtener lecturas más precisas que pueden medir (hasta 0.001mm en el SI, o hasta 0.0001” en el sistema anglosajón). Para hacer uso de este nonio se debe tener primero la medición realizada por el aparato hasta donde este lo permite, luego el espacio entre la línea de fe y cualquier línea grabada en el tambor graduado será lo que el nonio registrará. Solo una de las diez líneas paralelas a la línea de fe grabada en la parte fija del instrumento, concordará con una de las líneas grabadas en el tambor graduado, está será entonces esa (la milésima de milímetro en el SI, o la diez milésima de pulgada en el sistema anglosajón) que el nonio indicará.

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Fig. 4. Partes de un micrometro de exteriores

3. Métodos experimentalesInstrumentos usados

Micrómetro para exteriores (25 mm – 50 mm - división de escala d= 0.01 mm) MITUTOYO Micrómetro para exteriores (1’’ – 2’’ - división de escala d= 0.001’’) MITUTOYO Patrón de medición (25 mm) Patrón de medición (1’’ ) Pañuelo limpiador Arandela de acero Rodamiento de rodillo cónico ( HI-CAP LM11910 – KOYO JAPAN)

Procedimiento

Primero se utilizó el micrómetro en milímetros (25 mm – 50 mm), el cual fue calibrado antes de cada medición con el patrón de medición de 25 mm, además se usó un pañuelo para limpiar las partes de la pieza a medir y el husillo del instrumento. Con este micrómetro se midió el rodamiento de rodillo cónico (pieza a medir), basado en el método explicado anteriormente en la discusión teórica, se hicieron 5 mediciones por cada estudiante, anotando los resultados obtenidos. Cabe destacar que después de cada medición se calibra y se limpia tanto la pieza como el micrómetro.

Al usar el micrómetro en pulgadas métricas (1’’ – 2’’), se realizó el mismo procedimiento del micrómetro anterior teniendo en cuenta que la división de escala de este nuevo micrómetro es diferente, y que la pieza a medir fue la arandela de acero.

Todo esto, fue realizado teniendo como referencia una temperatura constante de 20 °C. Por último se limpia de nuevo cada micrómetro y las piezas usadas, para guardarlos en sus respectivos estuches, resaltando que los micrómetros no puede dejarse totalmente cerrados, puesto que debe dejarse un espacio para la dilatación de este mismo.

4. Análisis de Resultados. Al no tener un valor patrón de referencia de medida longitudinal del diámetro de las dos piezas utilizadas en esta experiencia, no se puede inferir afirmaciones acerca de cuál operador presenta una mayor exactitud, confiabilidad ni tampoco la determinación del error sistemático presentado en las medidas de cada uno. Es por ello que se limita el análisis a simplemente establecer los niveles de precisión mostrados por cada uno de los operadores.

A partir de los datos registrados en la tabla 2 se observa que el operador A. Arango al medir la arandela de acero con el micrómetro que utiliza el Sistema Anglosajón, presenta la precisión más alta entre todos los operadores, ya que las mediciones registradas por este son las que poseen una menor desviación estándar del promedio registrado por este mismo. Cabe mencionar que el

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Fig. 4. Nonio o Vernier

operador O. Romero presenta la más baja precisión en la medición de la misma pieza y bajo las mismas condiciones, ya que este registro una mayor desviación estándar de los datos con respecto

al promedio de medida obtenido por este mismo. De igual manera en la tabla 1 se observa que el operador H. Julio obtuvo la más alta precisión al medir el rodamiento de rodillo cónico, con el micrómetro que utiliza el SI, debido a que presentó un menor índice en la desviación estándar de los datos con respecto al promedio tomado por este mismo. El operador O. Romero presentó la precisión más baja, puesto que al medir la misma pieza y bajo las mismas condiciones, obtuvo un mayor grado en la desviación estándar de los datos con respecto al promedio registrado por el mismo.

Durante la toma de datos de esta experiencia por cada uno de los integrantes del grupo, se contó con la participación de ciertos factores que alteraron de forma directa las lecturas registradas con los instrumentos. Entre dichos factores se tiene la temperatura ambiental registrada en el espacio de trabajo, el error máximo permitido por los instrumentos, el cual pertenece a una distribución rectangular; la división de escala con la que dichos instrumentos análogos trabajan y el coeficiente de dilatación térmico de los mismos. Debido a que los instrumentos de medida análogos poseen una distribución asociada normal, se trabajó con el mensurado de incertidumbre tipo A. Durante el cálculo de la incertidumbre se trabajó con una confiabilidad del 95% es; decir, que se utilizó un factor k de 1.96. Los cálculos de dicha incertidumbre se presentan anexados al trabajo.

 MetrologíaMediciones       

Nombres 1 2 3 4 5A. Arango 45,24(0)  45,24(3)  45,25(0)  45,24(6)  45,24(5)  45,24(5)  3,7013x10-4 45,24(5)±0,0056H. Julio 45,25(0)  45,25(2)  45,24(9)  45,25(2)  45,24(9)  45,25(0)  1,5166x10-4 45,25(0)±0,0048A. Victor 45,25(5)  45,24(8)  45,24(6)  45,24(9)  45,24(7)  45,24(9)  3,5355x10-4 45,24(9)±0,0055O. Romero 45,25(1)  45,24(5)  45,23(7)  45,25(1)  45,24(8)  45,24(6)  5,8138x10-4 45,24(6)±0,0069

 MetrologíaMediciones       

Nombres 1 2 3 4 5A. Arango 1,037(8) 1,037(9) 1,038(2) 1,037(7) 1,037(8) 1,037(9) 1,9235x10-4 1,037(9)±0,0011H. Julio 1,038(5) 1,037(6) 1,038(4) 1,037(5) 1,038(6) 1,038(1) 5,2631x10-4 1,038(1)±0,0012A. Victor 1,037(9) 1,038(7) 1,037(8) 1,038(4) 1,037(3) 1,038(1) 5,4498x10-4 1,038(1)±0,0012O. Romero 1,036(9) 1,038(2) 1,037(3) 1,037(6) 1,038(4) 1,037(7) 6,2209x10-4 1,037(7)±0,0013

5. Conclusiones. Gracias a los conocimientos adquiridos en clase sobre el manejo de los micrómetros, se logró valorar exitosamente el tamaño de ciertas piezas, además se aprendió sobre el funcionamiento y escalas de los distintos micrómetros. Con esta experiencia se entendió la importancia que implica hacer una medición con gran precisión, la cual obtenemos con este tipo de instrumentos, cuyo rango de orden nos permite obtener valores de hasta milésimas de milímetro o diezmilésimas de pulgada.

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Tabla 1. Mediciones con Micrómetro de milímetros

Tabla 2. Mediciones con Micrómetro de pulgadas métricas

Con estos conocimientos y siguiendo las indicaciones dadas por el profesor obtuvimos resultados satisfactorios en nuestra práctica de laboratorio, notamos la gran precisión que nos brindan estos instrumentos y los valores obtenidos se encontraron dentro de un margen de error mínimo. Finalmente podemos resaltar la importancia de este grandioso instrumento para dar solución a posibles problemas en un futuro y favorecer el desarrollo del campo que estamos ejerciendo.

6. Referencias bibliográficas

LIMON GONZALES, Walter. Diferentes tipos de calibradores y aplicaciones. [en línea]. <http://www.monografias.com/trabajos68/tornos/tornos4.shtml>

BENITEZ, Mariano. Instrumental de Medición, Metrología Dimensional y Micrómetros. [en línea] <http://www.abocor.com.ar/catalogo/instrumentaldemedicion/instrumentalmedicion_archivos/micrometrosstandard.htm>

CUELLAR, Sergio. Tipos de Micrómetro. [en línea] <http://es.scribd.com/doc/8201673/Tipos-de-Micrometros>

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Anexos

1. Micrómetro en milímetros

A. Arango

Mensurado

División de Escala

Error Máximo Permitido

Temperatura

Incertidumbre Combinada

Incertidumbre Total

8

H. Julio

Mensurado

División de Escala

Error Máximo Permitido

Temperatura

Incertidumbre Combinada

Incertidumbre Total

9

V. Anaya

Mensurado

División de Escala

Error Máximo Permitido

Temperatura

Incertidumbre Combinada

Incertidumbre Total

10

O. Romero

Mensurado

División de Escala

Error Máximo Permitido

Temperatura

Incertidumbre Combinada

Incertidumbre Total

11

2. Micrómetro en Pulgadas

A. Arango

Mensurado

División de Escala

Error Máximo Permitido

Temperatura

Incertidumbre Combinada

Incertidumbre Total

12

H. Julio

Mensurado

División de Escala

Error Máximo Permitido

Temperatura

Incertidumbre Combinada

Incertidumbre Total

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V. Anaya

Mensurado

División de Escala

Error Máximo Permitido

Temperatura

Incertidumbre Combinada

Incertidumbre Total

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O. Romero

Mensurado

División de Escala

Error Máximo Permitido

Temperatura

Incertidumbre Combinada

Incertidumbre Total

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