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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del Oriente del Estado de México:

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