metrologia

Unidad I.1

DEFINICION DE METROLOGÍA.

La metrología es la ciencia de las medidas; en su generalidad, trata del estudio y aplicación de todos los medios propios para la medida de magnitudes, tales como: longitudes, ángulos, masas, tiempos, velocidades, potencias, temperaturas, intensidades de corriente, etc. Por esta enumeración, limitada voluntariamente, es fácil ver que la metrología entra en todos los dominios de la ciencia.
La metrología es la ciencia y técnica que tiene por objeto el estudio de los sistemas de pesos y medidas, y la determinación de todos los aspectos teóricos y prácticos referidos a la medición de todas las magnitudes físicas, como por ejemplo: masa, longitud, volumen, temperatura, tiempo, etc.

Hoy en día, la metrología es vista como una ciencia estratégica para el desarrollo social y tecnológico de los países. Todo estado debe propiciar el desarrollo de la ciencia de las mediciones, como condición básica para el éxito de cualquier plan de desarrollo económico y social planteado para el país.
La metrología debe seguir los desarrollos económicos y políticos que se caracterizan por la liberación de los mercados, la globalización de las actividades comerciales e industriales e innovaciones técnicas cada vez más rápidas.
Mediciones fiables son un requisito indispensable para relaciones comerciales leales, el aseguramiento de la calidad y la aceptación de certificados en el ámbito internacional. Asimismo, son de igual importancia para la protección de los ciudadanos y el medio ambiente contra los efectos perjudiciales de estos desarrollos.

TIPOS DE METROLOGÍA.
La metrología tiene varios campos: metrología legal, metrología industrial y metrología científica son divisiones que se ha aceptado en el mundo encargadas en cubrir todos los aspectos técnicos y prácticos de las mediciones:

• La Metrología Legal.
Este término está relacionado con los requisitos técnicos obligatorios. Un servicio de metrología legal comprueba estos requisitos con el fin de garantizar medidas correctas en áreas de interés público, como el comercio, la salud, el medio ambiente y la seguridad. El alcance de la metrología legal depende de las reglamentaciones nacionales y puede variar de un país a otro.
• La Metrología Industrial
Esta disciplina se centra en las medidas aplicadas a la producción y el control de la calidad. Materias típicas son los procedimientos e intervalos de calibración, el control de los procesos de medición y la gestión de los equipos de medida.
El término se utiliza frecuentemente para describir las actividades metro lógicas que se llevan a cabo en materia industrial, podríamos decir que es la parte de ayuda a la industria.
En la Metrología industrial la personas tiene la alternativa de poder mandar su instrumento y equipo a verificarlo bien sea, en el país o en el exterior. Tiene posibilidades de controlar más este sector, la metrología industrial ayuda a la industria en su producción, aquí se distribuye el costo, la ganancia.
• La Metrología Científica
También conocida como "metrología general". Es la parte de la Metrología que se ocupa a los problemas comunes a todas las cuestiones.

Unidad I.2

Términos fundamentales de metrología

Actualmente, La tendencia mundial de las empresas productivas y de servicios es a unificar criterios, siendo el objetivo principal, que todas trabajen bajo una misma normalización, de modo que todos midan de la misma manera y, por supuesto, hablen el “mismo idioma”.
Tomando esto en consideración, se creó el “Vocabulario de Términos Fundamentales y Generales de Metrología”.
Este mes, y como ayuda a generalizar esta terminología, presentamos algunos de los conceptos más usuales, que deben conocerse.

Magnitud: Atributo de un fenómeno, cuerpo o substancia, que es susceptible de ser distinguido cualitativamente y determinado cualitativamente.

Unidad (de medida): Magnitud particular, definida y adoptada por convención, con la que se comparan otras magnitudes de la misma naturaleza para expresarlas cuantitativamente con respecto a esta magnitud.

Símbolo (de unidad de medida): Signo convencional que designa una unidad de medida.

Valor verdadero (De una magnitud): Valor consistente con la definición de una magnitud particular dada.

Valor verdadero Convencional (de una magnitud): Valor atribuido a una magnitud particular y aceptado, algunas veces por convención, como teniendo una incertidumbre apropiada para un uso dado.

Medición: Conjunto de operaciones que tienen por finalidad determinar un valor de una magnitud.

Principio de medición: Base científica de una medición.

Mensurando: Magnitud sujeta a una medición.

Resultado de una medición: Valor atribuido a un mesurando, obtenido por medición.

Incertidumbre de medida: Parámetro, asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente ser atribuidos al mesurando.

Deriva: Variación lenta de una característica metro lógica de un instrumento de medición.

Patrón: Medida materializada, instrumento de medición, material de referencia o sistema de medición destinado a definir, materializar, conservar o reproducir una unidad o uno o varios valores de una magnitud para que sirva de referencia.

Calibración: Conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento de medición o por un sistema de medición, o los valores representados por una medida materializada o por un material de referencia, y los valores correspondientes a esa magnitud materializados por patrones.

Estabilidad: Aptitud de un instrumento de medición para conservar constante sus características metro lógicas.

Exactitud: Aptitud de un instrumento de medición para dar respuestas cercanas a un valor verdadero.

Indicación (de un instrumento de medición): Valor de una magnitud proporcionado por un instrumento de medición.

Resolución: Expresión cuantitativa de la capacidad de un dispositivo indicador para permitir una distinción significativa entre valores inmediatamente adyacentes de la magnitud indicada.

Repetitividad o Precisión: Aptitud de un instrumento de medición para dar indicaciones muy cercanas entre sí durante la aplicación repetida al mismo mensurando en las mismas condiciones de medición

Unidad I.3.  S I de medida su importancia

El Sistema Internacional de Unidades (SI) tiene su origen en el sistema métrico, sistema de medición adoptado con la firma de la Convención del Metro en 1875.

Para 1960, la Conferencia General de Pesos y medidas (C.G.P.M) como autoridad suprema para la época adoptó el nombre de Sistema Internacional de Unidades (SI). El SI está hoy en día en uso en más de 100 países. Está formado por siete unidades básicas y varias unidades derivadas. Las unidades básicas son:

• El metro (m) para la magnitud longitud

• El kilogramo (kg) para la magnitud masa

• El segundo (s) para la magnitud tiempo

• El amperio (A) para la corriente eléctrica

• El Kelvin (k) para la temperatura termodinámica

• El mol (mol) para la cantidad de sustancia

• La candela ( Cd) para la intensidad luminosa.

A partir de este conjunto coherente de unidades de medición se establecen otras unidades derivadas, mediante las cuales se miden muy diversas magnitudes tales como velocidad, aceleración, fuerza, presión, energía, tensión y resistencia eléctrica, entre otras.

Magnitud	Nombre		Símbolo
Longitud	metro		m
Masa	kilogramo		kg
Tiempo	segundo		s
Intensidad de corriente eléctrica	ampere		A
Temperatura termodinámica	kelvin		K
Cantidad de sustancia	mol		mol
Intensidad luminosa	candela		Cd
Unidad de longitud: metro (m)		El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.
Unidad de masa		El kilogramo(kg) es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo
Unidad de tiempo		El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.
Unidad de intensidad de corriente eléctrica		El ampere(A) es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10-7 newton por metro de longitud.
Unidad de temperatura termodinámica		El kelvin (K), unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Observación: Además de la temperatura termodinámica (símbolo T) expresada en kelvin, se utiliza también la temperatura Celsius (símbolo t) definida por la ecuación  t = T - T0 donde T0 = 273,15 K por definición.
Unidad de cantidad de sustancia		El mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Cuando se emplee el mol, deben especificarse las unidades elementales, que pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos especificados de tales partículas.
Unidad de intensidad luminosa		La candela (cd) es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540·1012 hertz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 wat por estereorradián.

Unidades derivadas sin dimensión.

Magnitud	Nombre		Símbolo	Expresión en unidades SI básicas
Ángulo plano	Radián		rad	mm-1= 1
Ángulo sólido	Estereorradián		sr	m2m-2= 1
Unidad de ángulo plano		El radián (rad) es el ángulo plano comprendido entre dos radios de un círculo que, sobre la circunferencia de dicho círculo, interceptan un arco de longitud igual a la del radio.
Unidad de ángulo sólido		El estereorradián (sr) es el ángulo sólido que, teniendo su vértice en el centro de una esfera, intercepta sobre la superficie de dicha esfera un área igual a la de un cuadrado que tenga por lado el radio de la esfera.

IMPORTANCIA DE LA UTILIZACIÓN DEL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

Hace ya tiempo que los organismos públicos estadounidenses, desde la CIA a la NASA pasando por la Casa Blanca y el Pentágono, no son perfectos ni en las películas de Hollywood. Éste es el caso de la nave Mars Climate Orbiter, que el 23 de septiembre de 1999 se estrelló en Marte. Según informó la NASA, el fallo estuvo en una confusión entre millas y kilómetros. Tan simple como eso.

El "Jet Propulsión Laboratory" de Pasadena, encargado de programar los sistemas de navegación de la sonda, usó el sistema métrico decimal para realizar sus cálculos, mientras que el otro laboratorio, el "Lock-heed Martin Astronautics" de Denver, que diseñó y construyó la nave utilizó el sistema inglés. Sin embargo, los datos de navegación no fueron convertidos a un mismo sistema antes del lanzamiento al espacio de la Mars Climate, llamada a ser el primer satélite interplanetario de estudio y seguimiento del clima. Consecuentemente, la nave sufrió una severa confusión, una especie de esquizofrenia que la llevó a alcanzar el planeta rojo en una posición de órbita equivocada, por lo que se estrelló.

Ahora esta nave debe ser pura chatarra espacial. Una chatarra que costó a los norteamericanos unos 125 millones de dólares. El comunicado de la NASA, que reconoce con bochorno ese error de colegial, añade que durante el muchísimo tiempo que colaboraron en el diseño de la sonda, los dos equipos no se dieron cuenta de que estaban trabajando con sistemas de medidas diferentes. 

Unidad I.4   Comprender el significado físico de los errores de medición, su clasificación y las causas que los originan.

¡La Física nos es sino... resolución de problemas!

¿Cómo resolver un problema?

Para responder esta pregunta, primero trataremos de definir qué es un problema.

“Problemas son situaciones que plantean interrogantes y dificultades para las cuales no hay una solución única y preestablecida”

Se sugiere para resolver problemas:

  Leer atentamente el enunciado

  Reelaborar el problema, es decir, enunciarlo nuevamente afín de:

• concretar la situación planteada (inicialmente un tanto ambigua, confusa, incierta),

• identificar incógnitas,

• reconocer datos,

• Identificar un hilo conductor de la solución buscada.

  determinar relaciones entre datos e incógnitas, en base a lo que ya se conoce, o bien investigar nuevas relaciones (búsqueda bibliográfica), lo que llevará a proponer como hipótesis, las posibles soluciones.

  Analizar e interpretar los resultados en el marco de la situación problemática planteada

  Síntesis final, concretando la solución del problema, enunciando las condiciones bajo las cuales se los resolvieron, enumerando posibles nuevos problemas que surgen del planteo original.

Una magnitud física es un atributo de un cuerpo, un fenómeno o una sustancia, que

Puede determinarse cuantitativamente, es decir, es un atributo susceptible de ser medido.

Ejemplos de magnitudes son la longitud, la masa, la potencia, la velocidad, etc. A la magnitud

De un objeto específico que estamos interesados en medir, la llamamos mesurando. Por

Ejemplo, si estamos interesados en medir la longitud de una barra, esa longitud específica será

El mesurando

Para establecer el valor de un mesurando tenemos que usar instrumentos de medición

Y un método de medición. Asimismo es necesario definir unidades de medición. Por

Ejemplo, si deseamos medir el largo de una mesa, el instrumento de medición será una regla.

Si hemos elegido el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad será el metro y la regla

A usar deberá estar calibrada en esa unidad (o submúltiplos). El método de medición consistirá

En determinar cuántas veces la regla y fracciones de ella entran en la longitud buscada.

En ciencias e ingeniería, el concepto de error tiene un significado diferente del uso habitual

De este término. Coloquialmente, es usual el empleo del término error como análogo o equivalente

A equivocación. En ciencia e ingeniería, el error, como veremos en lo que sigue, está más

Bien asociado al concepto de incerteza en la determinación del resultado de una medición.

Más precisamente, lo que procuramos en toda medición es conocer las cotas (o límites probabilísticos)

De estas incertezas. Gráficamente, buscamos establecer un intervalo

 Como el de la Figura 1.1, donde con cierta probabilidad, podamos decir

Que se encuentra el mejor valor de la magnitud x. Este mejor valor x es el más representativo

De nuestra medición y al semiancho lo denominamos la incerteza o error absoluto de la medición.

Unidad I.5   Patrones De Medición

 Un patrón de medición es una representación física de una medición. Una unidad se realiza con referencia a un patrón físico arbitrario o un fenómeno natural que incluyen constantes físicas y atómicas.

Además de unidades fundamentales y derivadas de medición, hay tipos de patrones de medición, clasificados por su función en las siguientes categorías:
    • a).- Patrones internacionales.
    • b).- Patrones nacionales
    • c).- Patrones primarios.
    • d).- Patrones secundarios.
    • E).- Patrones de referencia
    • f).- Patrones de Trabajo.
    • g).- Patrones de transferencia
    • h).- Patrón viajero

Patrones internacionales. Es el patrón reconocido por un acuerdo internacional para servir como referencia internacional para la asignación de valores a otros patrones de la magnitud considerada.

      La Conferencia General de Pesas y Medidas de la Convención del Metro es el organismo que reconoce los patrones internacionales y que se encuentran depositados en el Bureau. Internacional de Pesas y Medición.

Los patrones internacionales se definen por acuerdos internacionales. Representan ciertas unidades de medida con la mayor exactitud que permite la tecnología de producción y medición. Los patrones internacionales se evalúan y verifican periódicamente con mediciones absolutas en términos de unidades fundamentales.
Los patrones primarios (básicos) se encuentran en los laboratorios de patrones nacionales en diferentes partes del mundo. Los patrones primarios representan unidades fundamentales y algunas de las unidades mecánicas y eléctricas derivadas, se calibran independientemente por medio de mediciones absolutas en cada uno de los laboratorios nacionales.
Los patrones secundarios son los patrones básicos de referencia que se usan en los laboratorios industriales de medición. Estos patrones se conservan en la industria particular interesada y se verifican localmente con otros patrones de referencia en el área. La responsabilidad del mantenimiento y calibración de los patrones secundarios depende del laboratorio industrial.
Los patrones de trabajo son las herramientas principales en un laboratorio de mediciones. Se utilizan para verificar y calibrar la exactitud y comportamiento de las mediciones efectuadas en las aplicaciones industriales.
  La unidad de masa métrica se definió como la masa de un decímetro cúbico de agua.

Actividad I.6. Definición, importancia y relación entre los términos Tolerancia y Ajustes.

1. TOLERANCIAS

Tolerancia se puede definir como la variación total admisible

Del valor de una dimensión.

Las tolerancias dimensionales fijan un rango de valores permitidos

Para las cotas funcionales de la pieza.

Se utilizara la siguiente terminología en el estudio de este tipo de

Problemas

Eje: elemento macho del acoplamiento.

Agujero: elemento hembra en el acoplamiento

Dimensión: Es la cifra que expresa el valor numérico de una

Longitud o de un Angulo.

Dimensión nominal (dN para ejes, DN para agujeros): es el

Valor teórico que tiene una dimensión, respecto al que se consideran

Las medidas limites.

Dimensión efectiva:(de para eje, De para agujeros): es el valor

Real de una dimensión, que ha sido delimitada midiendo sobre la

Pieza ya construida.

Dimensiones limites (máxima, Dm para ejes, DM para agujeros;

Mínima, dm para ejes, Dm para agujeros): son los valores extremos

Que puede tomar la dimensión efectiva.

Dimensiones limites (máxima, Dm para ejes, DM para agujeros;

Mínima, dm para ejes, Dm para agujeros): son los valores extremos

Que puede tomar la dimensión efectiva.

Desviación o diferencia: es la diferencia entre una dimensión y

La dimensión nominal.

Diferencia efectiva: es la diferencia efectiva entre la medida

Efectiva y la dimensión nominal.

Diferencia superior o inferior: es la diferencia entre la

Dimensión máxima/mínima y la dimensión nominal correspondiente.

Departamento de Diseño Mecánico

Elementos de Máquinas

Diferencia fundamental: es una cualquiera de las desviaciones

Limites (superior o inferior) elegida convenientemente para definir la

Posición de la zona de tolerancia en relación a la línea cero.

Línea de referencia o línea cero: es la línea recta que sirve de

Referencia para las desviaciones o diferencias y que corresponde a la

Dimensión nominal.

Tolerancia (t para ejes, T para agujeros): es la variación máxima

Que puede tener la medida de la pieza. Viene dada por la diferencia

Entre las medidas limites, y coincide con la diferencia entre las

Desviaciones superior e inferior.

Zona de la tolerancia: es la zona cuya amplitud es el valor de la

Tolerancia

Tolerancia fundamental: es la tolerancia que se determina para

Cada grupo de dimensiones y para cada calidad de trabajo.

Ajuste

Se denomina ajuste a la relación mecánica existente entre dos piezas que pertenecen a una máquina o equipo industrial, cuando una de ellas encaja o se acopla en la otra.^[]

Las tareas relacionadas con esta actividad pertenecen al campo de la mecánica de precisión. En mecánica, el ajuste mecánico tiene que ver con la tolerancia de fabricación en las dimensiones de dos piezas que se han de ajustar la una a la otra. El ajuste mecánico se realiza entre un eje y un orificio. Si uno de ellos tiene una medida nominal por encima de esa tolerancia, ambas piezas sencillamente no ajustarán y será imposible encajarlas. Es por eso que existen las normas ISO que regulan las tolerancias aplicables en función de los diámetros del eje y del orificio. Para identificar cuándo el valor de una tolerancia responde a la de un eje o a la de un orificio, las letras iníciales son minúsculas para el primer caso y mayúsculas para el segundo caso.

Tolerancia de fabricación

La tolerancia es una definición propia de la metrología industrial, que se aplica a la fabricación de piezas en serie. Dada una magnitud significativa y cuantificable propia de un producto industrial (sea alguna de sus dimensiones, resistencia, peso o cualquier otra), el margen de tolerancia es el intervalo de valores en el que debe encontrarse dicha magnitud para que se acepte como válida, lo que determina la aceptación o el rechazo de los componentes fabricados, según sus valores queden dentro o fuera de ese intervalo.
El propósito de los intervalos de tolerancia es el de admitir un margen para las imperfecciones en la manufactura de componente, ya que se considera imposible la precisión absoluta desde el punto de vista técnico, o bien no se recomienda por motivos de eficiencia: es una buena práctica de ingeniería el especificar el mayor valor posible de tolerancia mientras el componente en cuestión mantenga su funcionalidad, dado que cuanto menor sea el margen de tolerancia, la pieza será más difícil de producir y por lo tanto más costosa.
La tolerancia puede ser especificada por un rango explícito de valores permitidos, una máxima desviación de un valor nominal, o por un factor o porcentaje de un valor nominal. Por ejemplo, si la longitud aceptable de un barra de acero está en el intervalo 1 m ± 0,01 m, la tolerancia es de 0,01 m (longitud absoluta) o 1% (porcentaje). La tolerancia puede ser simétrica, como en 40 ± 0,1, o asimétrica como 40 + 0,2 / -0,1.
La tolerancia es diferente del factor de seguridad, pero un adecuado factor de seguridad tendrá en cuenta tolerancias relevantes además de otras posibles variaciones.

Actividad I.7.

Conclusiones

Como se verá he aprendido varias definiciones sobre conceptos básicos de metrología y normalización misma que contribuye a la formación de un ingeniero mecánico, como su nombre lo dice ciencia de medición, también conocimos distintos tipos de metrología. Como se vio al principio enfrentamos algo desconocido lo cual estoy satisfecho porque tuve una experiencia de auto aprendizaje, empleando la estrategia del uso de QW. En el cual adquirí conocimientos de tanto de internet como de la computadora, llevándome por un nuevo conocimiento. Algo que aprendí en este modelo fue que los sistemas de medición son muy importantes para todo mundo porque desde la un albañil hasta la nasa utiliza este sistema de medición (S.I-sistema internacional de unidades) lo cual se menciona los patrones de medida que comprenden un representación física de medio, también estudiamos la definición y la importancia de tolerancia y ajuste así como también comprendimos el significado físico de los errores de medición.