Metrologia Aplicada

1IPCHILE CAPACITA - Av. Espaa 340 - Santiago - Tel. Mesa Central (56-2) 6701600


FUNDAMENTOS DE METROLOGA DE TALLER

CAPITULO I



La fabricacin de piezas mecnicas tiene por objeto que estas debidamente unidas o acopladas,

formen los conjuntos denominados mquinas o equipos. Para que un conjunto mecnico cumpla

plenamente y a satisfaccin la funcin para la que fue diseado, las piezas que lo integran deben

tener una forma y tamao determinados y estar acopladas en determinadas posiciones relativas.

Cuando se trata de construir una pieza de tamao y forma conocidos se debe de disponer de me-

dios para medir su tamao y comprobar su forma, estos son los sistemas e instrumentos de medida

y verificacin mecnica.

La naturaleza, estado y caractersticas propias del material se comprueban mediante ensayos fsi-

co-mecnicos y anlisis qumicos, realizados en laboratorios especializados.

La forma geomtrica de la pieza est idealmente representada en el plano, esta forma ideal es

muy difcil de ser alcanzada en la realidad con absoluta precisin, debido a las limitaciones e

imperfecciones de los mtodos de trabajo y las herramientas, en general este tipo de comproba-

ciones no se realiza sobre el total de las piezas, debido a la naturaleza de los errores y mientras las

condiciones de trabajo de la mquina se conserven invariables, los defectos permanecern prc-

ticamente iguales.


Las dimensiones de la forma de las piezas son determinadas por las cotas del plano, conocidas

como cotas nominales y que deben ser consideradas a la temperatura de referencia, las cotas que

se obtienen sobre la pieza son las llamadas cotas efectivas. Como es prcticamente imposible fa-

bricar de una manera econmica piezas a cotas matemticamente exactas y constantes y como

las cotas efectivas de las piezas pueden diferir de las cotas nominales para satisfacer las diferentes

condiciones de ajuste, se aaden a las medidas sealadas en los planos la indicacin de los errores

dimensionales permitidos con relacin a la cota nominal, conocidas como tolerancias de fabrica-

cin que deben especificarse en los planos.

Las rugosidades constituyen de cierta manera errores micro-geomtricos de la superficie. Los erro-

res de este tipo quedan determinados en los planos por los signos representativos de la terminacin

superficial. La terminacin superficial requerida es obtenida mediante la aplicacin de la mqui-

na y el mtodo de trabajos adecuados a cada caso, por lo que se requiere slo una verificacin

visual, pero en ciertos casos particulares, debe comprobarse el estado superficial por medio de

instrumentos especialmente desarrollados para ello como lo es el Rugosmetro.

Puesto que la medicin y verificacin de las piezas se limita fundamentalmente

a la comprobacin de la forma y dimensiones de slidos geomtricos, sus ope-

raciones se reducen a la medida y comprobacin de longitudes y ngulos y a la

comprobacin del estado superficial. A estas hay que aadir la medicin de tem-

peraturas para tener en cuenta los efectos de la dilatacin sobre las mediciones

de longitud.



Medir

es determinar una magnitud comparndola con otra de la misma especie determinada previa-

mente. Para que los resultados de las mediciones sean comparables, es necesario que la magnitud

que se toma como referencia o comparacin sea el mismo y de valor constante, a estas magni-

tudes fijas se les da el nombre de unidades. Una unidad de medida, implica el concepto de valor

constante, lo que a su vez obliga a poseer una materializacin o representacin fsica de este valor

que sea invariable o inalterable, el cual se conoce como patrn de medida.

Dado que las magnitudes que se presentan en el mundo fsico son diversas longitudes, reas, vol-

menes, ngulos, fuerzas, temperaturas, etc., resulta conveniente escoger, para medirlas, una serie

de unidades relacionadas entre s de una manera fija y determinada. A este conjunto de unidades

se le da el nombre de sistema de unidades o sistemas de medidas.

La ciencia que se ocupa del estudio de las unidades de medidas y de la tcnica de mediciones se

llama Metrologa.

Temperatura de referencia.

Puesto que las dimensiones de los cuerpos slidos varan al cambiar la temperatura a que se en-

cuentra, para definir las longitudes de los patrones, instrumentos de medida y dimensiones de las

piezas, es necesario convenir las longitudes de estos cuerpos.

Las temperaturas de referencias se miden en grados Celsius (C), el metro patrn y sus derivados

se definen y comprueban a la temperatura de 0 C. En los pases adheridos a la ISO (Organizacin

Internacional de Normalizacin) las dimensiones indicadas en los planos se suponen medidas a una

temperatura de 20 C y a la misma se da el nombre de Temperatura de Referencia.


En las salas de Metrologa se mantiene constante la Temperatura Ambiente a la temperatura de

referencia y para evitar errores en las mediciones y comprobaciones debidas a efectos de di-

latacin, las mquinas e instrumentos de medicin se protegen con pantallas calorfugas, de la

radiacin calorfica de los operadores, y los instrumentos de medicin manuales se proveen de

empuaduras aislantes.

Antes de efectuar una medicin o comprobacin sobre una pieza o patrn es necesario esperar

que su temperatura se iguale con la de los instrumentos de medicin.


Divisiones ms usuales del metro:


a) Sistema ingles

Unidad de medida: la yarda

Equivalencia entre el sistema mtrico decimal y el sistema ingls


Instrumentos de medicin indirecta comparativa

comparador mecnico

comparador ptico

comparadores neumticos

Instrumentos de medicin indirecta trigonometra

esferas y cilindros

mquinas de medicin por coordenadas

Instrumentos de medicin indirecta relativa

niveles


reglas pticas

rugosmetros

Caractersticas de instrumentos de medicin de longitud

Rango de un instrumento: es la capacidad de medida de un instrumento.

Grado de precisin de un instrumento: es la menor medida posible de obtener en un instrumento.

Recomendaciones tcnicas para llevar a cabo una medicin correcta.

a) Se debe elegir el instrumento cuya precisin corresponda a la exigida.

b) Siempre limpiar o desbarbar las superficies del material y limpiar el instrumento antes

de realizar la medicin.

c) Mirar perpendicularmente al instrumento

d) Prestar atencin a la temperatura de referencia, especialmente en mediciones de

precisin, no se debe medir hasta no estar la pieza fra.

e) Aplicar presin de medicin necesaria contra la superficie a medir, nunca forzar.

f) Una pieza de trabajo se debe encontrar detenida antes de medir.

g) Nunca efectuar mediciones en piezas imantadas.

h) Verificar que el instrumentos de medicin (regulables), respecto a su posicin cero,

constantemente

i) Verifique a menudo la precisin del instrumento.


Mantenimiento de los instrumentos de medicin

Para garantizar una correcta medicin, el operador debe tener conciencia que se trata de un

instrumento de precisin, tan slo un tratamiento cuidadoso de estos le permitir tal garanta:

a) Habr que tener guardados los instrumentos en lugares destinados a este fin y sepa-

rados de las herramientas.

b) Para instrumentos de precisin se les debe ubicar sobre una superficie blanda, por

ejemplo, fieltro, o un pao limpio, protegindolos contra suciedades y virutas pequeas.

c) Evitar las variaciones de temperatura, mantenindolos en lugar adecuado (tempe-

rado).

d) Protegerlos contra golpes u otros desperfectos.

e) Guardar limpios los instrumentos despus e su empleo, Instrumentos expuestos a la

oxidacin, habr que frotarlos con aceites libres de cidos o con grasa.



Generalmente, el primer contacto con un instrumento de medicin de longitud ser con una cinta

o una regla, lo que depender de la longitud que se desee medir. En todos estos casos la medi-

cin se realiza desde un punto inicial fijo sobre la escala que est alineada con un extremo de la

distancia por medir, la graduacin que corresponda a la posicin del otro extremo proporcionar

la longitud.

Reglas

Pie de Metro

Micrmetro

MEDICION CON REGLAS

La herramienta de medicin ms comn en el trabajo del taller mecnico es la regla de acero.

Se emplea cuando hay que tomar medidas rpidas y cuando no es necesario un alto grado de

exactitud. Las reglas de acero, en pulgadas, estn graduadas en fraccione o decimales; las reglas

mtricas suelen estar graduadas en milmetros o en medios milmetros. La exactitud de la medida

que se toma depende de las condiciones y del uso correcto de la regla.

Regla de acero

Las reglas de acero se fabrican en una gran variedad de tipos y tamaos adecuados a la forma o

tamao de una seccin o la longitud de una pieza. Para satisfacer los requisitos de la pieza que se

produce y se va a medir, hay disponibles reglas graduadas en fracciones o decimales en pulgadas

o en milmetros. Los tipos de reglas ms utilizados en el trabajo del taller son la regla rgida de acero

templado y la regla flexible de acero.


LECTURA DE LA REGLA GRADUADA EN FRACCIONES DE PULGADA

1- ANOTE EL NUMERO DE PULGADAS COMPLETAS

2- ADICIONE LAS FRACCIONES QUE HAY MAS ALLA DE LA LTIMA LINEA DE PULGADA

COMPLETA.

Las fracciones de pulgadas empleadas mas comnmente son: 1/64, 1/32, 1/16 y 1/8.


LECTURA DE LAS REGLAS GRADUADAS EN DECIMALES DE PULGADA

Este tipo de reglas se utilizan por lo general cuando se requieren mediciones menores a 1/64 pul

dado que las dimensiones iguales avece se escriben en los dibujos con decimales. Estas reglas son

de particular utilidad del operario. La graduacin ms comn son: 1(1/10 pulg) y .01 (1/100 pulg).

Recuerde que ningn instrumento es capaz de medir de controlar la exactitud de las

mediciones ms all de la graduacin ms pequea de la escala. Cuando una lectura esta en

dos graduaciones solo puede estimarse, no controlarse.


5. DESCRIPCIN DE INSTRUMENTOS

LECTURA EN PIE DE METRO

Si abrimos el cuerpo mvil de modo que la primera marca despus del cero del Nonio coincida

con la primera marca de la escala fija del cuerpo, la abertura del calibre ser de 0,1 mm, o sea

1- 0,9 = 0,1 mm, si fuera la segunda marca del Nonio que coincide con la segunda marca de la

escala fija la abertura del pie de metro ser 0,2 mm, o sea: 2 (0,9x2) = 2 1,8 = 0,2 mm.

El procedimiento se repite para la lectura que se realiza con cada tipo de Nonio.

En la figura la divisin que coincide es la nmero 6 de un Nonio de 10 divisiones, por lo tanto; el valor

a agregar a la lectura en la escala principal es 0,6 mm.


Paso 1.

El punto cero de la escala del nonio est localizado entre 43 mm. y 44 mm. sobre la escala de la

regleta. En este caso lea 43 mm primero 43 mm.

Paso 2.

Sobre la escala del nonio, localice la graduacin en la lnea con la graduacin de la escala de la

regleta. Esta graduacin es de 6 .6 mm

Paso final 43 + .6 = 43.6 mm

Ejercicios de lectura pie de metro

Como leer el Pie de Metro (sistema mtrico)


MICRMETRO

PROCEDIMIENTO DE LECTURA

Las lecturas en micrmetros se realizan en forma similar al procedimiento que se utiliza en el pi de

metro. Para el caso de lecturas en centsimas de milmetros primero tome la lectura del cilindro

graduado, luego la del tambor y luego sume las dos para obtener la lectura total.


Lectura en la escala principal = 7 mm

i.Lectura en el Nonio = 0,25 mm


RELOJ COMPARADOR

Un reloj comparador o comparador de cuadrante es un instrumento de medicin de dimensiones

que se utiliza para comparar cotas mediante la medicin indirecta del desplazamiento de una

punta de contacto esfrica cuando el aparato est fijo en un soporte. Constan de un mecanismo

de engranajes o palancas que amplifica el movimiento del vstago en un movimiento circular de

las agujas sobre escalas graduadas circulares que permiten obtener medidas con una precisin

de centsimas o milsimas de milmetro (micras). Adems existen comparadores electrnicos que

usan sensores de desplazamiento angular de los engranajes y representan el valor del desplaza-

miento del vstago en un visualizador.

La esfera del reloj que contiene la escala graduada puede girarse de manera que puede ponerse

el cero del cuadrante coincidiendo con la aguja y realizar las siguientes medidas por comparacin.

El reloj comparador debe estar fijado a un soporte, cuya base puede ser magntica o fijada me-

cnicamente a un bastidor.

Es un instrumento que permite realizar controles dimensionales en la fabricacin de manera rpi-

da y precisa, por lo que es muy utilizado en la inspeccin de la fabricacin de productos en series

grandes.


LECTURA DEL RELOJ COMPARADOR

En la esfera del reloj comparador hay dos manecillas, la de menor tamao indica los milmetros,

y la mayor las centsimas de milmetro, primero se mira la manecilla pequea y luego la mayor,

Cuando la aguja est entre dos divisiones se toma la ms prxima, redondeando la medida a la

resolucin del instrumento:

En la figura se pueden observar varios relojes. El primero indica 0 mm y en el segundo la lectura

ser 0,26 mm si bien el valor exacto es mayor (0,263 mm segn se indica), la lectura nunca debe

de darse con mayor precisin de la resolucin que tenga el instrumento. En el tercer reloj la lectura

ser de 1,33 mm.

El uso mayoritario del reloj comparador es para determinar pequeas diferencias de medida, en

alienaciones o excentricidad, cuando se emplea para en dimensiones que abarcan varios mil-

metros, es preciso percatarse, en la aguja pequea, del milmetro exacto en el que se encuentra

la medida, que puede ser ms dificultoso que sealar la centsima de milmetro, indicada con la

aguja grande, como se puede ver en la figura.


El reloj comparadador en medidas diferenciales


El reloj comparador no se usa para obtener medidas absolutas de dimensiones, sino que se emplea

mayoritariamente para determinar la diferencia de dimensiones, tanto en la inclinacin de una

superficie o en la excentricidad de un eje o rueda. En este caso se busca un punto de referencia,

normalmente el de menor medida y luego se determinan las dems cotas respecto a esta

referencia.

En el caso de la pendiente de una superficie, se coloca el reloj comparador, en el soporte co-

rrespondiente, y tocando con el palpador se localiza el punto mas bajo, que se emplea como

referencia, luego deslizando el reloj se observa la variacin de medida en los distintos puntos de la

superficie.

Para comprobar la excentricidad o la redondez de un eje, se coloca este entre puntos, en un plato

de garras o apoyado en cojinetes de modo que pueda girar libremente. Colocado el reloj en senti-

do radial respecto del eje a comprobar, se toma un punto como referencia y, girando el eje, se va

comprobando la variacin del radio en toda la periferia.

La utilizacin del reloj comparador para la verificacin de cotas, mediante la medicin de diferen-

cias de alturas, es similar. Se establece un punto de la superficie como referencia y se determina la

diferencia de alturas de los dems puntos de la superficie respecto a esa referencia.

Localizado el punto de referencia, se pone a cero la medida indicada en el reloj, girando la esfera

haciendo coincidir el cero de la escala principal (centsimas o milsimas de milmetro, segn el

caso) con la aguja en ese momento. Esto normalmente no se hace con la escala de los milmetros,

lo cual ha de tenerse en cuenta si la variacin de medida es mayor a un milmetro, en cuyo caso la

aguja de las centsimas dar mas de una vuelta completa.


En la primera figura se tiene el reloj en el punto de referencia. En la segunda se ha girado la esfera

hasta colocar el cero de la escala coincidente con la aguja. Las dems lecturas se harn sobre

esta referencia.

Hay que tener en cuenta que girar la esfera, no modifica la posicin de la punta de contacto, y que

la escala de los milmetros permanece puede no estar a cero aunque se ponga la escala principal

a cero. A continuacin se muestra un ejemplo con un reloj que presenta una lectura cualesquiera

cuando colocado sobre una superficie.

Si se gira la esfera del reloj haciendo coincidir el cero de la escala con la posicin de la aguja, la

lectura en esta escala ser cero; en cambio, la indicacin en la escala de los milmetros no ha va-

riado. Si se desplaza la punta de contacto, como en la figura, la escala principal indicar el incre-

mento de dcimas o centsimas de milmetro, pero la aguja de los milmetros tambin habr girado

proporcionalmente, dando lugar a una nueva indicacin a la que habr que restar la indicacin

inicial para obtener la lectura correcta del desplazamiento del vstago.

Esto da lugar a dos formas diferentes en el uso del reloj comparador: la primera ya vista, donde hay

una concordancia entre las dos escalas para realizar mediciones de varios milmetros; y esta segun-

da, donde se hace caso omiso de la escala de los milmetros, para realizar mediciones diferenciales

de dcimas o centsimas de milmetro.


En los relojes digitales esta diferencia no se da dado que este desfase, entre las dos escalas, no se

produce.


INSTRUMENTOS PARA MEDICIN DE NGULOS

DESCRIPCIN DEL INSTRUMENTO

El gonimetro o transportador de ngulos universal es un instrumento de medicin graduado com-

puesto de una escala principal que se compone de 4 campos de 90 y de una escala secundaria

(Nonio) graduada (12 lneas) en ambos sentidos que permite medir ngulos con una sensibilidad

de 5.


CMO SE MIDE CON EL GONIMETRO?

Para medir con gonimetro, se debe tener presente el tipo de ngulo sobre el cual se realiza la

medicin, esto es, si es un ngulo menor de 90 (ngulo agudo), mayor de 90 y menor de 180

(ngulo Obtuso), para ello se debe tener presente las siguientes reglas:

a-. Al medir ngulos agudos:

Valor de medicin = valor ledo

b-. Al medir ngulos obtusos:

Valor de medicin = 180 - valor ledo

LECTURA EN GONIMETRO.

Se lee primeramente, partiendo de cero, en la escala principal el grado entero que coincida o

que est antes del cero del Nonio. En el caso de que una raya divisoria coincida exactamente

con el cero del Nonio, entonces el valor de la lectura es el valor de dicha divisin. En el caso de

que ninguna raya divisoria coincida con el cero del Nonio, se toma como lectura el valor del gra-

do que est exactamente antes del cero del Nonio, y continuando en la misma direccin, se le

agrega el valor de los minutos correspondiente de aquella raya divisoria del Nonio que coincida

con cualquier raya de la escala principal.


TORQUE

Existen varios mtodos para unir dos o ms materiales: atornillado, remachado, soldadura, pega-

do, etc. El proceso de atornillado es mtodo ms usado en el mundo, porque permite el desen-

samble y re-ensamble de los materiales sin daar las partes, en consecuencia es el ms econmi-

co. Hoy en da, hay miles de millones de tornillos roscados utilizados en muy diversas aplicaciones

a lo largo y ancho del mundo, por ejemplo: Para ensamblar un automvil se usan de 2,500 a 3,500

tornillos. Al proceso de atornillado muchas veces se le sub-estima y se ve como solo dar vuel-

tas a un tornillo, hasta que la pieza quede firme o darle solo el torque especificado incluso los

diseadores de juntas (empaquetaduras) muchas veces no consideran factores importantes al

determinar las especificaciones para este tipo de ensambles.

Hay muchas variables y factores que intervienen para lograr una buena calidad de ensamble y

muchas veces por el desconocimiento nos provocan problemas y mal entendidos entre las dife-

rentes reas de produccin en una planta de ensamble, en el proceso de atornillado existen ms

de 50 variables segn un estudio realizado por la NASA hace algunos aos. Hasta hace algunos

aos el torque era una variable poco atendida, pero hoy da con los nuevos diseos, adelantos

tecnolgicos y bsqueda de ahorro en los procesos de produccin los requerimientos de calidad

y precisin en el ensamble estn tomando cada vez mayor importancia.

Propsito de los Tornillos

El tornillo roscado acta como un perno o como un dispositivo de clampeo, por lo tanto es un

miembro activo de la junta. Cuando acta como perno solamente est evitando que los miem-

bros de la junta se muevan transversalmente. Cuando acta como un dispositivo de clampeo

el tornillo roscado mantiene a los miembros de la junta unidos y previene la separacin. La

cabeza del tornillo acta como un ancla de un lado de la junta y la rosca o tuerca ancla del

otro lado de la junta. Conforme se le aplica torque o torsin al tornillo a travs de la cabeza o

tuerca, la tuerca normalmente gira en las cuerdas que se han maquinado al perno o varilla. Esta

rotacin estira el tornillo causando tensin y el correspondiente estrs que ejerce una fuerza de

compresin (fuerza de clampeo) entre los materiales a unir en la junta. Los tornillos roscados son

mecanismos simples, pero entender, predecir y/o controlar la fuerza de carga con tornillos no es

sencillo.


Para entender de una forma sencilla el proceso de atornillado; iniciar por definir las tres variables

ms usadas y conocidas en el proceso de atornillado:

Torque, tambin conocido como momentum o momento de fuerza o par de apriete o brazo de

palanca es Un Momento de Torsin, es el producto de la Fuerza multiplicado por la distancia.

Unidades del toque:

Newton x Metro (Nm)

Newton x Centmetro (Ncm)

Libras x Pie (Lbft)

Libras x pulgada (Lbin)

Onzas x pulgada (Ozin)

Usamos el torque como un mtodo de control para generar carga y fuerza de clampeo en tornillos

y los miembros de una junta. El Torque es el mtodo ms comn; sin embargo, no es el nico m-

todo que tenemos. Otros mtodos para controlar la carga en el tornillo y la carga de clampeo son:

torque/tiempo, torque/giro, elongacin o medicin de cargas. Estos mtodos pueden ser caros y

tardados por lo que son menos comunes, mas adelante nos ocuparemos de cada uno de stos.


Angulo de apriete: es el desplazamiento angular que sufre el tornillo o tuerca despus de aplicarle

un torque o giro a partir del asentamiento o snug.

Tiempo: Es el tiempo total que dura el proceso de atornillado.


INSTRUMENTOS DE CONTROL Y VERIFICACIN

La comprobacin directa de una longitud consiste en determinar si esta corresponde a la de un

instrumento de valor fijo y conocido.

La dimensin de estos instrumentos es inalterable y permite controlar en forma fcil y rpida la

dimensin de una o ms piezas.

FEELER. (Calibres de espesores)

Los feeler son hojas delgadas de acero especial muy flexible y duro de espesores muy bien ca-

librados y que permiten la comprobacin y medida de pequeas aberturas, como puntos de

contacto, ranuras angostas, etc.

Los feeler vienen con hojas de 2 a 25 milsimas de pulgadas de 5, 10, 15, 20, 30, 40 y 50 centsi-

mos de milmetro.

CUENTA HILOS

Cuentan con varias hojas o lminas delgadas dentadas que corresponden a las medidas exactas

del filete o hilo que est marcado en la misma. Se construyen en general para roscas Whitworth y

Mtricas. La finalidad de este instrumento es determinar en forma exacta el paso o el nmero de

hilos por pulgada que tiene una rosca.


PLANTILLAS ANGULARES

Son lminas metlicas con ngulos fijos utilizadas para verificar el ngulo correcto de la herra-

mienta (herramienta de roscar en torno o broca).


CALIBRES PATRONES

Los patrones de caras paralelas estn constituidos por pequeos bloques paraleleppedos de

acero templado y estabilizado de gran dureza. Todas las caras de estos bloques estn finamen-

te rectificadas y dos de ellas estn lapeadas, siendo perfectamente planas y paralelas distando

entre s la longitud nominal grabada sobre el patrn a la temperatura de 20C.

Documents

Metrologia Aplicada