Normas y calibradores de metrología avanzada

Introducción

La medición es una tarea fundamental para conocer el grado de cumplimiento de los objetivos. Gestionar sin medir supone gestionar sin ningún tipo de criterio para determinar si se están alcanzando o no los objetivos.

El hecho de medir, guía y asegura que la mejora vaya hacia un objetivo determinado, lo que implica definir y concretar los objetivos mediante valores ponderables, es decir, mediante indicadores. Un sistema de indicadores es un conjunto de valores diseñados para medir ciertas variables específicas, para así poder comprobar que una empresa llega a las metas señaladas en su estrategia (Strandberg, 2010).

Normas de medición

¿Porque son importantes?

La normalización nació para estandarizar productos y las diferentes pruebas que pueden aplicarse a un  producto para garantizar ciertas características especificadas por el fabricante.

Es por eso que se hicieron las normas de medición para tener una mayor exactitud y un menor margen de error.

• Establecen un sistema general de unidades de medida

• Conceptos fundamentales de metrología

• Establecer los requisitos para la fabricación, importación, reparación, venta de instrumentos de medición

• Instituir el sistema nacional de calibración

• Establecer un procedimiento uniforme para la elaboración de normas

¿Porque debe existir una legislación al respecto y cual es esta?

La búsqueda del interés público en todo lo relacionado con los instrumentos de medición y el uso de patrones nacionales e internacionales, requiere de una base legal. Las leyes y reglamentos puestos en vigor en este campo por parte del Gobierno constituyen el área de la metrología legal y el Gobierno actúa directamente cuando está llamado a garantizarla corrección de las mediciones en áreas del interés público.

Por lo tanto debe existir una legislación porque se deben tener por escrito todas las normas y parlamentos necesarios para el control de la medición, se deben de establecer reglas en los diferentes sistemas de medidas tales como:

ASME (American Society of Mechanical Engineers)

 Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos. Es una asociación profesional, que además ha generado un código de diseño, construcción, inspección y pruebas para equipos.

DIN (Deutsches Institutfür Normung)

('Instituto Alemán de Normalización'). Elabora, en cooperación con el comercio, la industria, la ciencia, los consumidores e instituciones públicas, estándares técnicos (normas) para la racionalización y el aseguramiento de la calidad

ISO (International Organization for Standardization)

La Organización Internacional para la Estandarización, es el organismo encargado de promover el desarrollo de normas internacionales de fabricación, comercio y comunicación para todas las ramas industriales a excepción de la eléctrica y la electrónica

JISC (Japanese Industrial Standards Committee)

 JISC. La tarea de JISC es el establecimiento y mantenimiento de la JIS, la administración de acreditación y certificación, la participación y contribución en las actividades de normalización internacional, y el desarrollo de normas de medición y técnicas para la normalización de infraestructura.

Normas Oficiales Mexicanas en Metrología

NOM-002-SCFI-1993 "Métodos de verificación".

NOM-005-SCFI-2005 "Especificaciones, métodos de prueba y de verificación".

NOM-007-SCFI-2003 "Instrumentos de medición".

NOM-008-SCFI-2002 "Sistema General de Unidades de Medida".

NOM-010-SCFI-1994 "Instrumentos de medición, Requisitos técnicos y metrológicos".

NOM-011-SCFI-2004 "Especificaciones y métodos de prueba".

NOM-030-SCFI-2006 "Información comercial".

Principales organismos normalizadores en México y su campo de aplicación.

Al insertarse México en el ámbito del comercio global, fue necesario que nuestro país modificara sus Leyes, este hecho dio origen a la Ley Federal sobre Metrología y Normalización (LFMN) publicada en 1992 y modificada posteriormente en diversas ocasiones (1996, 1997, 1999 y 2006).

La LFMN y su reglamento establecen de manera general las condiciones y procesos para elaborar la normativa nacional y para evaluar la conformidad de los productos, procesos, servicios, etcétera, que se comercializan en el territorio nacional.En México se encuentran diversos organizaciones que dedican su labores y servicios para las empresas de los diferentes sectores en nuestro país, además de involucrar la participación de personas que representan algunas organizaciones. Algunos de los organismos siguientes son los que se encuentran en México.

Entidad Mexicana de Acreditación (EMA)

Comisión Nacional para el Ahorro de Energía (CONAE)

Instituto Mexicano de Normalización y Certificación A.C

El Sistema Mexicano de Metrología, Normalización y Evaluación de la Conformidad (SISMENEC)

Sector eléctrico y electrónico

Asociación Nacional de Normalización y Certificación del Sector Eléctrico (ANCE)

NYCE, S.C

IEEE

Sector alimentos

Asociación Nacional de Normalización y Certificación del Sector Eléctrico (ANCE)

Sector Ganadero y Agrícola

Confederación Nacional de Organizaciones Ganaderas

SAGARPA

Sector construcción

Organismo Nacional de Normalización de Certificación de la Construcción y Edificación S.C (ONNCCE).

(NYCE, S.C., 2008) (Onncce, S.C., 1994) (IMNC, A.C , 1993) (La Asociación de Normalización y Certificación, A.C, 1992)

Uso y determinación de la incertidumbre en las mediciones (Incertidumbre en metrología)

Definición de incertidumbre en metrología

Según la Guía ISO 3534-1 la incertidumbre de la medición se define como una estimación unida al resultado de un ensayo que caracteriza el intervalo de valores dentro de los cuales se afirma que está el valor verdadero. Y bien, para poder llegar a esta estimación se ven involucrados varios factores como son: la repetibilidad, reproducibilidad de los analistas, las resoluciones de los equipos empleados durante un determinado análisis, la pureza de los reactivos, así como las tolerancias del material volumétrico empleado, entre otros.

Para asegurar la confiabilidad de los resultados es importante realizar la trazabilidad y la estimación de la incertidumbre en las mediciones. Esto implica el uso de materiales e instrumentos de medición calibrados, o en su defecto, verificados con patrones de las más altas cualidades metrológicas. Además de que el responsable del procedimiento realiza la verificación mensualmente del equipo que emplea en su ensayo, emite el valor de la incertidumbre en el reporte final de resultados, el cual cumple con las características que marca la NMX-EC- 17025-IMNC-2006.

Tipos de incertidumbre y su estimación

• Incertidumbre Tipo A

Normalmente es estimada con la desviación estándar medida a partir de n observaciones independientes:

Donde: es la incertidumbre tipo A; es la desviación estándar; es el número de observaciones.

Esta incertidumbre a pesar de haber sido determinada lleva implícita una incertidumbre en función de de tal forma que entre mayor sea más confiable será la incertidumbre. Para contar con una incertidumbre Tipo A más representativa es recomendable realizar observaciones del mismo mensurando en diferentes días e incluso más de dos analistas para conocer mejor la variabilidad del proceso de medición (López, Sánchez, & F., 1994).

• Incertidumbre Tipo B

La evaluación de la incertidumbre estándar Tipo B se basa en el conocimiento que se tenga del proceso de medición y toda la información con la que se cuente como:

• Datos de medición previos.

• Experiencia con el sistema de medición.

• Especificaciones del fabricante.

• Datos disponibles de calibración.

• Incertidumbres asignadas a datos de referencias, entre otros.

Así pues el trabajo consiste en convertir una incertidumbre expresada de diferentes maneras (múltiplos de desviación estándar, intervalos de confianza, límites de peor caso, etc.) en incertidumbre estándar, que corresponda a una desviación estándar de la variable bajo evaluación. Por ejemplo cuando se tiene una incertidumbre expresada con un cierto nivel de confianza entonces se supondrá una distribución normal de la variable bajo evaluación y la conversión será:

Donde: es la incertidumbre tipo B; la incertidumbre expresada como un múltiplo de la desviación estándar y es el factor de cobertura para diferentes niveles de confianza, mostrado en la siguiente tabla.

En el CENAM, la política es expresar los resultados de sus mediciones con un nivel de confianza no menor al 95%, en vista de la costumbre en laboratorios similares (Wolfgang A. & Lazos Martínez, 2004).

Regla 10:1 (Regla del 10%)

Esta regla es muy utilizada ya que, regula las tolerancias que deben tener los calibradores en torno a las tolerancias que poseen las piezas que se van a medir con los mismos.

La regla del 10% menciona que: "si la tolerancia de un elemento es t, entonces el instrumento utilizado para demostrar el cumplimiento de la especificación debe tener una incertidumbre igual o mejor que t/10". En la práctica a veces es difícil obtener incluso t/5 pero, cualquiera que sea la tolerancia y la incertidumbre, siempre es necesario tomar una decisión al respecto.

Es otras palabras, un instrumento o calibrador debe de ser 10 veces más exacto que las tolerancias dimensionales de la pieza que se mide. Existe también factor de 4, se llama la regla normal de mil (milésimos de pulgada), en el sistema inglés.

La norma relevante en esta materia es la UNE-EN ISO 14253-1:1999 – Especificación geométrica de productos. Inspección mediante medición de piezas y equipos de medida. Parte 1: Reglas de decisión para probar la conformidad o no conformidad con las especificaciones.

La otra es la ISO 14253-1:1998- Las tolerancias de los accesorios varían, pero normalmente se fabrican accesorios para tolerancias específicas. En general, las tolerancias de los accesorios son a menudo sólo el 10% de la parte. Esta es sólo una regla general: los accesorios de dibujo tienen que ser examinados para determinar las dimensiones y tolerancias específicas.

Se debe tener en cuenta, al momento de seleccionar la clase adecuada para un determinado trabajo, la relación de 10 a 1 que se recomienda exista entre la tolerancia de la pieza por inspeccionar y la tolerancia de fabricación del calibre (Serope & Steven R., 2002).

Evaluación de trazabilidad

La evaluación de la trazabilidad no está limitada a una evaluación puramente documental, sino que debemos realizar una evaluación objetiva en base a números. Una evaluación clásica del factor de riesgo en la trazabilidad es la llamada relación de exactitud (TAR, Traceability Accuracy Ratio) la cual de acuerdo con la norma ISO 10012-1 (1992) implicaba una relación mínima de tres a uno (3:1) e idealmente mayor a diez (10:1).

Considerando las incertidumbres de medición en lugar de la exactitud podemos evaluar el factor de riesgo en la trazabilidad con la llamada relación de incertidumbres (TUR, Traceability Uncertainty Ratio) el cual es un concepto más adecuado para la evaluación del riesgo de trazabilidad en laboratorios de metrología, el cual implica una relación mínima de diez a uno (10:1), lo cual implica un factor de riesgo del 10 %.

El concepto capacidad de medición sigue siendo una incertidumbre por lo tanto debemos evaluar factor de riesgo de la trazabilidad de acuerdo con el método cuadrático TUR y no el método lineal de TAR (Aranda Contreras, 2006).

Principio de construcción de calibradores pasa/no pasa

Los calibradores son dispositivos con un tamaño estándar establecido que realizan una inspección física de características de una pieza para determinar si la característica de una pieza sencillamente pasa o no pasa la inspección. No se hace ningún esfuerzo de determinar el grado exacto de error.

Un calibrador limite o pasa no pasa se fabrican 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 un calibrador pasa no pasa con frecuencia tiene 2 calibradores en uno, el primero comprueba el limite interior de la tolerancia en la dimensión de la pieza y el otro verifica el límite superior, se les conoce calibradores pasa/ no pasa debido a que un límite de calibrador permite que la pieza se inserte, mientras que otro límite lo impide. El límite pasa se usa para verificar la dimensión en su máxima condición de material; este es el tamaño máximo para una característica interna, como un orificio y el tamaño máximo para una característica externa como un diámetro exterior. El límite no pasa se usa para revisar la mínima condición de material de la dimensión en cuestión. Los calibradores fijos deben ser dimensionalmente estables y resistentes al desgaste.

Los materiales que se usan normalmente para estas herramientas son aleaciones de acero o acero para herramientas con tratamiento termico y acabado de alta exactitud. La regla del 10 se usa para determinar tolerancias cuando son fábrica un calibrador fijo: esto es la tolerancia de la dimensión del calibrador corresponde a un 10% de la tolerancia en la dimensión de la pieza que se va a verificar. Los calibradores de límite comunes son los calibradores de contacto y de anillo que se usan para verificar las dimensiones de piezas externas y los calibradores de inserción se utilizan para ver dimensiones internas. Un calibrador de contacto consiste en un marco en forma de C con superficies de calibración localizadas en las quejillas del marco. Tienen dos botones de calibración el primero es el calibrador pasa y el segundo es el calibrador no pasa, los calibradores de contacto se usan para comprobar dimensiones externas como diámetro, anchura, grosor y superficies similares.

Los calibradores de anillo se utilizan para revisar diámetros cilíndricos para una ampliación dada, generalmente se requiere un par de calibradores, uno pasa y el otro de no pasa. Cada calibrador es un anillo cuya abertura se maquila a uno de los límites de la tolerancia del diámetro de la pieza. El calibrador límite más común que se utiliza para verificar diámetros de orificios es el calibrador de inserto. Consiste en un a manija a la cual se conectan dos piezas cilíndricas precisamente acentuadas (insertos) de acero endurecido. Otros dispositivos similares al calibrador de inserto incluyen los calibradores de ahusamiento, que constan de un inserto para verificar orificios con ahusamiento: y los calibradores de rosca, en los que el inserto esta roscado para verificar las roscas internas en las piezas. Se han establecido cuatro clases de tolerancias para la fabricación de los calibres cilíndricos de dimensión fija que comprenden pernos, anillos y discos patrón, cuyos valores, que están en función del tamaño, se dan en la siguiente tabla.

Pueden considerarse respecto a su uso los siguientes:

• Clase XX referencia

• Clase X calibración

• Clase Y inspección

• Clase Z taller

Se debe tener en cuenta, al momento de seleccionar la clase adecuada para un determinado trabajo, la relación de 10 a 1 que se recomienda exista entre la tolerancia de la pieza por inspeccionar y la tolerancia de fabricación del calibre.

Cada vez que se usa un calibre, las superficies utilizadas para medición están sujetas a desgaste, por lo tanto, una tolerancia de desgaste deberá ser prevista para compensar este desgaste. Esto se hace generalmente quitando un poco de la tolerancia de la parte por inspeccionar y transfiriéndola en forma de metal al calibre. Por lo anterior, y a menos que otra cosa sea especificada por el usuario, las tolerancias de fabricación a pernos patrón se le aplica como sigue: más en los calibres " pasa " de taller y en lo " no pasa " de inspección, y menos en los calibres " no pasa " de taller y en los " pasa " de inspección. (Zeleny Vázquez & González González, 1999)

Conclusiones

Las normas garantizan las características deseables de los productos y servicios tales como la calidad, respeto al medio ambiente, seguridad, fiabilidad, eficiencia y capacidad de intercambio a un precio justo. Cuando los productos y servicios cumplen con nuestras expectativas. En el peor de los casos, los productos resultan ser de mala calidad, no encajan, son incompatibles con el equipo que está a nuestra disposición, no son confiables o son peligrosos de alguna u otra forma. Cuando los productos, sistemas, maquinaria y dispositivos funcionan bien y con seguridad, a menudo es debido a que cumplen normas aplicables a esos productos y servicios. Esto quiere decir, que utilizan el hecho de que sus procesos o productos cumplen con ciertas normas de manera de incentivar el uso o la adquisición de estos bienes y servicios de parte de los consumidores y clientes. Para las empresas, la adopción generalizada de las normas nacionales e internacionales significa que los proveedores pueden desarrollar y ofrecer productos y servicios que cumplan con las especificaciones que tienen amplia aceptación internacional en sus respectivos sectores industriales. Por lo tanto, las empresas que las utilizan pueden competir de mejor manera en los mercados nacionales e inclusive mundiales. También se benefician de los efectos de la competencia entre los proveedores. Para el gobierno, las normas proporcionan las bases tecnológicas y científicas que sustentan la salud, la seguridad y la legislación ambiental.

Bibliografía

• Aranda Contreras, V. (2006). Métodos de calibración y mejor capacidad de medición. Cd. Guzmán.

• IMNC, A.C . (1993). Instituto mexicano de normalización y certificación A.C. Recuperado el 17 de 07 de 2013, de Instituto mexicano de normalización y certificación A.C.: http://www.imnc.org.mx/

• La Asociación de Normalización y Certificación, A.C. (1992). Normalización y certificación. Recuperado el 17 de 07 de 2013, de Normalización y certificación: http://www.ance.org.mx/Index900.html

• López, C., Sánchez, S., & F., C. (1994). Resumen y ejemplos de aplicación de la guía para la expresión de incertidumbres en las mediciones. El Marqués.

• NYCE, S.C. (2008). NYCE. Recuperado el 17 de 07 de 2013, de http://www.nyce.org.mx/index.php/acerca-nyce/mision-vision

• Onncce, S.C. (1994). Organismo nacional de normalización y certificación de la construcción y edificación, S.C. Recuperado el 17 de 07 de 2013, de http://www.onncce.org.mx/.

• Ruíz Olmos, E. J. (2011). Diseño del prototipo de un calibrador funcional pasa/no pasa utilizando GD&T para la pieza 3010130000 de la empresa Flex-N-Gate. Huajuapan de León.

• Serope, K., & Steven R., S. (2002). Manufactura, ingeniería y tecnología. México D.F.: Pearson Educación.

• Strandberg, L. (2010). La medición y la comunicación de la RSE: indicadores y normas.

• Wolfgang A., S., & Lazos Martínez, R. J. (2004). Guía para estimar la incertidumbre en la medición. El Marqués.

• Zeleny Vázquez, J. R., & González González, C. (1999). Metrología dimensional. McGraw Hill.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA

Autor:

Juan Pablo Irigoyen Beltrán

No. De Control: 09061220

Ángel Olaf Hernández Haro

No. De Control: 09061218

Erik Nevárez Salazar

No. De Control: 09061238

Carlos Antonio Ramírez Murguía

No. De Control: 09061403

Oscar Arturo Rivera Nevárez

No. De Control: 08061370

Maestro:

Ing. Pedro Zambrano Bojorquez

Materia: Metrología Avanzada

Unidad 3:"Normas Y Calibradores"

Fecha De Entrega: 18/Julio/2013