Metrología avanzada – Normas y calibradores

Introducción

Este es un trabajo el cual contiene temas de importancia acerca de la metrología, las normas de medición y el porqué son importantes, el entendimiento de incertidumbre así como explicar que es y cual es la aplicación de la regla 10:1, los distintos organismos de normalización en México como su campo de aplicación ,y por último los calibradores pasa no pasa para el uso industrial de estos calibradores.

Normas de Medición y su Importancia

Las unidades del Sistema Internacional de Unidades, SI, son establecidas por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) bajo cuya autoridad funciona la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM.- Bureau International des Poids et Mesures) con sede en Francia.

La CGPM estableció el SI basado en 7 unidades bien definidas que se presentan en la siguiente tabla:

Estas medidas de base o fundamentales se llamaban así por ser consideradas ser independientes entre sí y permitir, a su vez, la definición de otras unidades. Los patrones correspondientes eran medidas materializadas que se conservaban en lugares acordados y bajo condiciones determinadas.

Se considera que el SI, entendido como el conjunto de unidades básicas y de unidades derivadas es un sistema coherente por las siguientes razones:

• Las unidades básicas están definidas en términos de constantes físicas,con la única excepción del kilogramo, definido en términos de un prototipo.

• Cada magnitud se expresa en términos de una única unidad, obtenida por multiplicación o división de las unidades base y de las unidades derivadas adimensionales.

• Los múltiplos y submúltiplos se obtienen por medio de multiplicación con una potencia exacta de diez.

• Las unidades derivadas se pueden expresar estrictamente en términos de las unidades básicas en sí, es decir, no conllevan factores numéricos.

Exactitud en las Mediciones:

No es posible medir exactamente ninguna de las magnitudes físicas cuyas unidades se acaban de ver. Esto se debe principalmente a :

a) Variable Humana: Distintas personas aprecian de forma diferente.

b) Instrumento.- Cada instrumento tiene un grado de precisión que no puede ser sobrepasado. A ello se le agrega el desgaste.

c) Temperatura.- Debido a que todos los cuerpos se ven afectados por la temperatura,es decir, se dilatan o se contraen, dependiendo si la temperatura subió o bajó, también influye en la variación de las mediciones.

Importancia de las Mediciones:

• Íntimamente ligado con la calidad de los productos en las industrias de proceso y bienes manufacturados

• Los procesos de la ciencia y la tecnología han avanzado tanto que cada vez se requiere más exactitud manufacturera. Esto implica que cada vez se requieren mejores instrumentos de medición,y a medida que aumenta la exactitud de un instrumento, se vuelve más importante la calibración del mismo

• En muchos casos lo que se verifica en una pieza o patrón es su geometría (cilindricidad, acabado superficial, etc.) o algún parámetro geométrico específico (diámetro, excentricidad, paso de rosca, etc.)

Normas nacionales e internacionales de medición

Las normas de medición son las publicadas por Estados Unidos, Canadá, y organismos de normalización internacionales.

La mayoría de los símbolos en todas esas normas son idénticos, aunque existen algunas variaciones menores.

Porque deben de existir estas legislaciones?

Debido al intercambio de dibujos entre Estados Unidos, Canadá y de otros países, conviene que los dibujantes y diseñadores se familiaricen con estos símbolos además así como para poder tener un standard en más partes del mundo.

Para distinguir la norma que se esta utilizando el dibujo se rotula con el acrónimo del organismo de normalización apropiado, ASME, CSA e ISO. Sin embargo, las diferencias en los símbolos o métodos de aplicación no afectan los principios o interpretación de las tolerancias , a menos que se señale.

Referencias:

Dibujo y Diseño en ingenieria- Jensen, Helsel y Short- sexta edición

Principales organismos normalizadores en México y su campo de aplicación

Para comenzar, definiremos los Organismos Nacionales de Normalización (ONN), que son personas morales cuyo principal objetivo es la elaboración y expedición de normas mexicanas en las materias en que sean registrados por la Dirección General de Normas. Los organismos de certificación tienen por objeto realizar tareas de certificación, esto es, evaluar que un producto, proceso, sistema o servicio se ajuste a las normas, lineamientos o reconocimientos de organismos dedicados a la normalización nacional o internacional.

Los principios básicos en el proceso de normalización son: representatividad, consenso, consulta pública, modificación y actualización

Los ONN deberán permitir la participación de todos los sectores interesados en los comités para la elaboración de normas mexicanas, así como de las dependencias y entidades de la administración pública federal competentes. Actualmente en México existen 10 ONN registrados que cumplen con el artículo 72 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, enseguida se enumeran y se menciona su campo de aplicación:

1. Cámara Nacional de la Industria del Hierro y del Acero (CANACERO): Se aplica en el área del hierro y el acero.

2. Organismo Nacional de Normalización de Productos Lácteos, A.C (ONNPROLAC): Su aplicación va desde elaborar, revisar, actualizar, expedir y cancelar normas mexicanas en el área de leche y productos lácteos

Y se aplica específicamente en el tratamiento y envasado de la leche, elaboración de crema, mantequilla, queso, leche condensada, leche evaporada y en polvo, helados, postres, cajetas y demás productos lácteos. Cajetas y demás productos lácteos.

3. Normalización y Certificación Electrónica, A.C. (NYCE): Aplica en la elaboración, coordinación y participación en la emisión de normas mexicanas en los sectores Electrónico, de Telecomunicaciones y Tecnologías de Información. Su campo es la industria electrónica, telecomunicaciones e informática.

4. Consejo para el Fomento de la Calidad de la Leche y sus derivados, A.C. (COFOCALEC): Esta aplicado en el área de productos, equipos, procesos, servicios y métodos de prueba de leche y sus derivados, excepto en alimentos para animales. Su alcance de aplicación va desde la elaboración, actualización y expedición de normas hasta la cancelación de las mismas.

5. Centro de Normalización y Certificación de Productos, A.C. (CNCP): Se aplica en el Área de productos, materiales, procesos, sistemas, métodos, instalaciones y servicios de la Industria del Plástico, excepto los productos plásticos utilizados en el sector de gas natural y L.P.

6. Instituto Mexicano de Normalización y Certificación, A.C. (IMNC): Se aplica en las áreas de Sistemas de Calidad (en general), Turismo, Metrología, Sistemas de Administración Ambiental, Grúas y Dispositivos de Elevación, Artes Gráficas y en Sistemas de Administración de la seguridad y el Trabajo

7. Asociación de Normalización y Certificación, A.C. (ANCE): Tiene aplicación en el área de Instalaciones Eléctricas, Sistemas de Canalizaciones y de Soportes para Cables.

8. Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S.C. (ONCCE): Aplica en la elaboración y expedición de normas en las áreas de Materiales, Procesos, Productos, Sistemas, Métodos , Instalaciones, Servicios o Actividades relacionadas con la Industria de la Construcción en todo lo referente a las áreas derivadas del Cemento, Concreto, Fibra-Cemento, Vivienda de Interés Social, Madera, Ahorro de agua, Siderúrgica, Válvulas y Conexiones, Pinturas y lo Concerniente exclusivamente con servicios profesionales relacionados con la Herrería, Mosaicos, mármol y Arcilla Extruida.

9. Sociedad Mexicana de Normalización y Certificación, S.C. (NORMEX): Aplica en las áreas de Bienes capital, Calidad de Servicios para la Industria Técnica, Envase y Embalaje, Muebles, productos Diversos, Materias para Construcción y en el Sector de alimentos Procesados y Bebidas no alcohólicas.

10. Instituto Nacional de Normalización Textil, A.C (INNTEX): Tiene aplicación en el sector Fibras, Textil y Vestido.

Uso y determinación de incertidumbre en las mediciones

Al leer un instrumento de medición se debe considerar un valor asociado de precisión. El resultado de una medición no es sólo el valor sino un rango disperso de valores, todos ellos compatibles con las observaciones y conocimientos previos.

La precisión se cuantifica con la incertidumbre de medida (e), expresada como la semiamplitud del intervalo asociado con el valor leído que contiene el valor verdadero de magnitud de medida, o por medio de una desviación estándar.

En todo sistema de la calidad, en cuanto se apunte a la Confiabilidad de las Mediciones, se deberá poder evaluar y expresar cuantitativamente esa dispersión (Incertidumbre de Medición).

– Definición de Incertidumbre: es el parámetro asociado con el resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían ser razonablemente atribuidos al valor a medir. El valor de incertidumbre incluye componentes procedentes de efectos sistemáticos en las mediciones, debido a componentes que se calcula a partir de distribuciones estadísticas de los valores que proceden de una serie de mediciones y valores que se calculan a partir de funciones de densidades de probabilidad basadas en la experiencia u otra información.

Causas de que las lecturas obtenidas no sean iguales, en el ejemplo, son factores como

("fuentes de incertidumbre"):

a) Alineación de la cinta métrica durante la medición (perpendicularidad).

b) Exactitud de la cinta métrica.

c) Resolución de la cinta métrica.

d) Habilidad de la persona que realizó la medición.

e) Método de medición empleado.

f) Deformidades en la superficie del piso y techo.

g) Condiciones ambientales (ej. Temperatura)

h) Etc.

Ej. Si el valor promedio de la altura fue de 2 654 mm, debiéramos reportarlo con su incertidumbre de medida, como por ejemplo 2 654 mm ± 14 mm, esto significa que es probable que la altura verdadera de la habitación pudiera ser de entre 2 640 mm y 2 668 mm, como se observa ya no es sólo un valor único sino que es un intervalo. Más aún, ese intervalo no es "plano" sino que la distribución de los valores obtenidos nos indican que hay mayor probabilidad de que se encuentre en cierta región de ese intervalo (ej. el centro) y que es menor en otras (ej. los extremos).

Regla del 10% o del 10:1

La norma ISO 14253-1 contiene reglas de decisión que implican la reducción de las tolerancias en un tramo igual a la incertidumbre de medida, cuando la medición se realiza para probar la conformidad con una especificación, expandiéndose en el mismo valor si lo que se trata es de probar la no conformidad. No obstante, la norma UNE-EN ISO 14253-1 deja al acuerdo entre partes la cuantificación de la relación/2U.

Antes de que existiera esta norma, no existía un método científico en el que basarse para escoger el nivel de incertidumbre adecuado para comprobar una tolerancia dada. La única recomendación existente era la mencionada regla de que la relación entre la tolerancia y la incertidumbre debía situarse en unos valores comprendidos entre 10:1, en el mejor de los casos, y 3:1, en el peor de ellos.

Aplicación

Por ejemplo un micrómetro electro-digital con resolución de 0,001 mm e intervalo de medición de 0 a 25 mm, es muy común encontrar que es calibrado con incertidumbres de ± 2 &µm o más (k = 2), mientras que la tolerancia en su error instrumental es de ± 2 &µm y en algunos modelos nuevos de ± 1 &µm. La medición de un perno de 25 mm de diámetro dentro de un área de maquinado fácilmente nos proporcionaría una incertidumbre de ± 5 &µm (k = 2). Si las reglas de ISO 14253-1 deben cumplirse entonces la tolerancia del diámetro debe ser reducida por 10 &µm. Si deseamos que la incertidumbre sea el 10% de la tolerancia el micrómetro apenas resultaría apropiado para una tolerancia de ± 0,05 mm.

Calibrador de pasa o no pasa

Este es uno de los métodos más rápidos para medir roscas externas y consiste en un par de anillos roscados pasa-no pasa.

Estos calibres se fijan a los límites de la tolerancia de la parte. Su aplicación simplemente es atornillarse sobre la parte. El de pasa debe entrar sin fuerza sobre la longitud de la rosca y el de no pasa no debe introducirse más de dos hilos antes de que se atore.

Principio de fabricación

Un calibrador límite se fabrica para ser una réplica inversa de la dimensión de la pieza y se diseña para verificar la dimensión de uno o más de sus límites de tolerancia.

Estos calibres sólo indican si la parte inspeccionada está dentro de tolerancia o no. Ellos no especifican cual es el tamaño real de la parte roscada.

También hay calibres roscados pasa-no pasa para la inspección de roscas internas. Estos trabajan bajo el mismo principio de pasa y no pasa; en este caso, el calibre de no pasa entrará una vuelta cuando más, pero no otra. Este es quizá el método más práctico para medir roscas internas, ya que aunque existen instrumentos que proporcionan datos variables, éstos no están disponibles para los diámetros más pequeños.

Conclusión

Este fue un trabajo realizado para el aprendizaje de varios conceptos relacionados con la materia de metrología los cuales son muy importantes para la aplicación de esta materia en el campo industrial ya que por ejemplo la incertidumbre es un concepto muy vasto y confuso el cual con este trabajo tratamos de darle la explicación más concreta para el campo del cual estamos hablando la metrología.

También se habla de los calibradores pasa no pasa los cuales no te van a decir la medición de la pieza si no que ellos simplemente te dirán si pasan las condiciones o no las pasan osea si se acepta la pieza o se rechaza así como su manera de fabricación y se diseñan estos calibradores, además de los distintos organismos de normalización que existen en nuestro país para así conocerlos un poco y saber de su aplicación en cada una de sus distintas áreas.

Se hace mención de las principales unidades de medición que tenemos en nuestro México así como las diferentes Normas que existen en el mundo como el ISO, la ASME, etc.

Esperamos que este trabajo les ayude a entender un poco más algunos conceptos de metrología.

Referencias

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http://www.tesoem.edu.mx/alumnos/cuadernillos/2010.022.pdf

Autor:

Alan Alexandro Hinojos Faudoa

Luis Mario Hinojosa Escápita

Jorge Islas Espitia

Elmer Javier Ochoa Torres

Jose Augusto Pérez Mendoza

Instituto Tecnológico de Chihuahua