Errores en la medición.

El verdadero valor de una magnitud jamás se puede determinar exactamente. Cuando se mide no existe una seguridad absoluta de que ese valor medido corresponda a la magnitud en cuestión del objeto a medir. Tanto el instrumento como el método de medición están sujetos a a error. La diferencia entre los valores leídos y el valor real se denomina error de medida.

Errores de medida en los valores leídos, instrumentos y materializaciones de la medida.

Si de dos valores se toma como uno cierto y el otro falso la diferencia entre ellos es el error.

Error = Falso – Correcto.

Error = valor medido efectivo medido menos el valor medido teórico.

Tendremos errores por defecto y errores por exceso.

Los errores por defecto son los que la medida teórica o medida nominal es mayor que la medida, los errores por exceso es lo contrario.

Si al error E lo dividimos por el valor nominal o real tendremos el error relativo, Er.

Er = Error / Valor nominal o teórico.

Si a este valor lo multiplicamos por cien tendremos el Error porcentual (E%).

E% = Er x 100

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Causas de errores en la medida.

El valor medido puede resultar erróneo por diversos motivos que intervienen al efectuar la medición. Las principales causas de error son:

Error en los elementos de comprobación. Error durante la medición. Error por condiciones ambientales. Error personal. Error por imperfecciones del objeto a medir.

Error de los elementos de comprobación: Las materializaciones de la medida, los instrumentos de medida, los calibres o sondas para calibrar un equipo, los patrones, no pueden fabricarse con exactitud, y pueden encontrarse con los siguientes errores, errores de escala, errores de paso de husillo en caso de tenerlos, errores de guías, rozamientos, margen de inversión, carreras muertas y reacciones elásticas de los materiales, también con el tiempo intervienen errores de desgaste.

Entre ellos podemos decir que encontramos de dos tipos son progresivos aquellos que aumentan al medida aumentar la medida, y los periódicos son los que se mantienen siempre constantes en distintas medidas, los del tipos no cuantificables que son aquellos en los cuales no se puede saber de antemano el error a medir.

Error durante el proceso de medida: pueden estar ocasionados sobre todo por la fuerza de medida. Para los instrumentos mecánicos de medida la fuerza de medida, es la fuerza necesaria que se aplica a la superficie medidora del instrumento para que esta haga asiento sobre la superficie a medir y desaloje no solo el aire entre el instrumento y la superficie, sino que también restos de aceite grasa y otras impurezas.

En algunos instrumentos de medida, como por ejemplo los ópticos o los neumáticos no se tiene contacto mecánico, por los que en estos casos no se aplican, existen de otros tipos como alineación del foco, presión de aire entre otros, los cuales es mas complejo pero no se tiene la clase tratar de estos tipos de instrumentos.

En caso de existir contacto mecánico, la fuerza de medida es necesaria por las siguientes razones:

Para apartar o recalcar las películas de aceite, grasa o humedad que pudiera haber entre las superficies que intervienen en la medición.

Para que no quede un colchón de aire entre las superficies a medir. Para vencer el rozamiento y las holguras en el mecanismo medidor de la

herramienta de medida.

Si al efectuar la medición se aplica una fuerza de medida inadecuada pueden surgir errores de medida. Si dicha fuerza es muy pequeña no se garantiza el contacto entre las superficies a medir, resulta entonces un valor de medida mayor que el real, si la fuerza es mayor que la necesaria se obtiene un valor de medida menor provocado por una o algunas de las siguientes razones:

El palpador se clava en la superficie a medir y produce una deformación, siendo mayor con superficies esféricas o pequeñas que planas o grandes.

Si el objeto a medir es de pared delgada se clava. El arco o soporte del instrumento de medida se deforma.

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Error debido a condiciones ambientales: al efectuar la medición se pueden producir errores de medida por diversas condiciones ambientales, como iluminación insuficiente, fluctuaciones de temperatura, vibraciones, polvo.

La temperatura ejerce una influencia muy importante. Al hacer la medición debe observarse cuidadosamente.

Todos los cuerpos varían su volumen al variar la temperatura, en general se contraen al enfriar y se dilatan al calentarlos. Sucede igual con las herramientas de medir y los objetos a medir. Las variaciones de temperaturas y las variaciones de longitud pueden estar provocadas por distintos motivos, calor radiante del sol o de la calefacción, el calor producido por el mecanizado, el calor producido por el operario.

La temperatura de referencia salvo indicación contraria es a 20 ºC, la temperatura de referencia es la temperatura en la cual las herramientas de medida y los objetos a medir tienen la medida o dimensión prescripta.

Se muestra a continuación la formula de dilatación de los materiales, junto con el la tabla de coeficientes de dilatación térmica.

Δl = α x L x (Tf – Ti)

Donde: Δl: variación de longitud.α: coeficiente de dilatación térmica.Tf: temperatura final.Ti: temperatura inicial.

Material Coeficiente de dilatación térmica αAluminio 24 x 10 -6

Fundición de hierro 10 x 10 -6

Latón 18 x 10 -6

Acero 12 x 10 -6

Tungsteno 5 x 10 -6

Los errores de medida por causa de la temperatura pueden presentarse en los siguientes casos:

El elemento de comprobación y la pieza a comprobar son del mismo material pero presentan diferentes temperaturas.

El elemento de medida y la pieza son de diferentes materiales, se miden a la misma temperatura pero difiere dicha temperatura de la temperatura de referencia.

El elemento a comprobar es de distinto material y además presenta diferente temperatura.

Las vibraciones son muy importantes es por ello que debe asegurarse un adecuado lugar libre de vibraciones además aislarse acústicamente estas también son fuentes que emiten vibraciones.

El polvo atmosférico, viruta, escorias, materiales extraños, son los que generan desgaste en los instrumentos y además genera un error.

Excesiva humedad ambiente y nieblas de solventes generan en el tiempo errores por corrosiones en los instrumentos.

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Una iluminación inadecuada además de causar problemas de visión, fatiga, somnolencia, puede generar un error de medida indeseado.

Error personal: para reducir este en lo posible, los operarios que se encargan de la medición deben reunir ciertas cualidades, como poseer practica, tener tacto para la fuerza de medida, buena visión y capacidad para distinguir ciertas asimetrías al leer las fracciones de una escala.

Un frecuente error de medida, esta originado por el paralaje. Es cuando la superficie donde se efectúa la medida y la superficie que contiene las divisiones de la escala se encuentran separadas entre sí una cierta distancia, al dirigir la visual oblicuamente, se lee un valor erróneo. Este se evita dirigiendo perpendicularmente la visual a la escala.

Error por imperfecciones del objeto a medir: los valores medidos pueden verse afectados por discrepancias de forma, por superficies de referencia defectuosas o por la calidad de la superficie.

Al mecanizar una pieza es imposible obtener la pieza geométrica deseada.

Las discrepancias de forma se pueden presentar combinadas. Algunas veces es necesario determinar las discrepancias de forma y posición antes de proceder a la medición.

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ERROR PARALAJE

Ejemplos de discrepancias con respecto a la forma geométrico deseada: a) cónico, b) convexo, c) cóncavo, d) curvado, e) retorcido, f) con espesores iguales y no

circular o elíptico

División de los errores de medida.

Atendiendo a su clase se pueden dividir en sistemáticos o soslayables y casuales.

Errores soslayables: su causa se conoce se presentan siempre con la misma magnitud y cuya magnitud se puede determinar y ser tenida en cuenta. Errores de división de escala de pasos de rosca, falta de plenitud de la superficie del instrumento. Estos están afectados por un signo en más o en menos y por lo tanto realizando las operaciones puede suprimirse (no es lo recomendable)

Los errores casuales: no son cuantificables no se pueden suprimirse mediante cálculo y no se descartan. Sus causas pueden ser rozamiento del instrumento, fluctuaciones de condiciones personales (pericia, atención, fatiga, capacidad de apreciación de escalas, etc.), variaciones de temperatura, etc.

Los errores casuales develan también que un mismo observador midiendo un mismo objeto con los instrumentos de medida iguales y en las mismas condiciones, seguramente tomara dos lecturas distintas que difieran poco entre si pero que difieran al fin.

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Fundamentos generales para la medición y el calibrado.

Consejos generales para un correcto desempeño de la persona que ha de realizar el trabajo y buena práctica de uso de los elementos de medición para una correcta conservación y medición.

En una medición aparte de la utilización de los elementos de medida impecables, interviene la persona que ha de manejar los costosos y delicados instrumentos de medida. También intervienen las condiciones personales.

Las condiciones personales para los trabajos de metrologia son la aptitud y los conocimientos de la especialidad.

El operario que realiza la medición debe ser paciente, autocritico, conciente de su responsabilidad, cuidadoso, amante del orden y disfrutar de buena vista.

Una medición realizada erróneamente puede provocar la rotura de la pieza, aumentar el número de rechazo en trabajos en serie. Además de la falta de aptitudes personales, los errores pueden provenir también de un proceso de medida mal realizado o un mal habito.

Los elementos de comprobación son perfectos cuando están nuevos, su uso requiere tratarlo lo más cuidadosamente posible para que se mantenga en buenas condiciones el mayor tiempo posible.

Para protegerlos contra posibles deterioros, estos nunca deben mezclarse con otros elementos de medida, herramientas u otros utensilios, tampoco pertenecer a la propia maquina si no se concibe para tal fin.

Al efectuar la medición se debe evitar el uso con violencia, los golpes y sacudidas violentas están en las principales causas de deterioro del instrumento.

Calor, frió, polvo, productos químicos son enemigos de los elementos de comprobación y de medida, toda superficie después de su uso o periódicamente es bueno conservarla con una delgada capa de vaselina neutra para evitar lo antes dicho.

Antes de realizar cualquier medición es conveniente limpiar cuidadosamente las superficies de medida, tanto en el objeto a medir como en el elemento de medida.

Antes de realizar la medición es conveniente saber el rango de medida, el campo de tolerancias y la superficie a comprobar.

Además de realizar un control periódico de los instrumentos de medida para disminuir el porcentaje de equivocaciones.

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Tolerancias

Intercambiabilidad.

En construcciones mecánicas se llama encaje o ajuste, al acoplamiento entre dos piezas, una interior y otra exterior. Son ejemplos de estos un cojinete con el muñón de cigüeñal, una guía de una maquina herramienta con su carro, un tornillo con su tuerca, etc.

Los encajes deben ser mas o menos ajustados según sea su tipo, es decir las piezas deben tener un menor o mayor grado de libertad de movimiento una respecto de otra.

En el pasado los ajustes adecuados entre piezas de una maquina se realizaban de manera manual, uno a uno con cuidadoso retoque. De los operarios dependía gran parte de la calidad del trabajo.

El proceso de fabricación era lento, ya que se realizaba uno por uno y además requería el acabado previo de una pieza para realizar la otra pieza, que se acoplaría con la primera.

Para el mantenimiento se realizaban piezas especiales para cada acoplamiento, o encaje, esta también debe o debía ser ajustada individualmente.

La fabricación en serie moderna no puede basarse en un sistema de ajuste individual y manual para cada par de piezas. Es necesario que las piezas sean terminadas en forma totalmente mecánica y de manera tal que sean intercambiables.

Tolerancias.

La intercambiabilidad entre piezas puede lograrse acabando todas las piezas a medidas matemáticamente exactas. Esto prácticamente es irrealizable ya que es imposible dejar una pieza a medida matemáticamente exacta. Pero si así se requiriese seria muy costoso.

Por lo que la intercambiabilidad se logra realizando las piezas con límites de dimensiones reales, que puedan tener las piezas que forman un acoplamiento y mediante adecuada elección de estos limites lograr los ajustes entre cualquier par de piezas.

Nomenclatura relativa a tolerancias y ajustes.

Se da el nombre de tolerancia o campo de tolerancia a la inexactitud admisible en una determinada dimensión de una pieza al fabricar esta. Se designa con la letra t y es igual a la diferencia entre las medidas máxima y mínima admitidas por la dimensión de la pieza.

Las tolerancias están comprendidas entre un límite superior y otro inferior que indica la medida mínima que puede tener la dimensión y un límite superior que indica la medida máxima que puede tener la dimensión. El límite inferior se designa con la letra Li y el superior se designa con la letra Ls.

A la medida que teóricamente tendría que tener la dimensión de una pieza se la indica con la cota cero o línea cero se la llama medida nominal se toma como cero para contar las tolerancias por encima y por debajo de ella.

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A la medida de una dimensión real de una pieza ya fabricada se la llama dimensión efectiva.

Ver figuras:

El grado de ajuste o encaje se caracteriza entre la diferencia de la dimensión efectiva de la pieza hembra y la dimensión efectiva de la pieza macho. Esta diferencia se llama juego si la dimensión efectiva de la pieza hembra es mayor que la de la pieza macho. Si por el contrario se da que la pieza hembra es menor que la pieza macho se llama interferencia. En la figura se muestra este grafico.

Limitando entonces las tolerancias de una pieza hembra y de una pieza macho quedan limitadas sus medidas mínimas y máximas, ósea entre un limite mínimo y un máximo.

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La tolerancia es la diferencia entre la medida máxima y

mínima que se admite en un a pieza.

Representación de una diferencia superior Ds y la

diferencia inferior Di en una tolerancia.

En este caso se esta haciendo referencia a un

juego

En este caso se esta haciendo referencia a una

interferencia.

En efecto si se tienen dos piezas con tolerancias determinadas como las que se muestran en la figura siguiente y la dimensión mínima admisible de la hembra es mayor que la medida máxima admisible de la pieza macho, entre las dos piezas habrá siempre un juego, cualquiera sea la dimensión efectiva de ellas. Además el juego se puede dividir en un juego mínimo y un juego máximo. El juego máximo se dará entre la medida mínima de la pieza macho y la medida máxima de la pieza hembra. Se aprecia además el juego máximo y el juego mínimo.

Si la tolerancia de las dos piezas para formar el encaje se toman como se muestra en la figura siguiente se trata de una interferencia, aquí la medida máxima del agujero es siempre menor a la mínima del eje. La interferencia máxima será entre la medida mínima del agujero menos la medida máxima del eje, por el contrario se tiene una interferencia mínima entre la medida máxima de la pieza hembra y la medida mínima del eje.

Escogiendo adecuadamente los límites se tiene los encajes o ajustes que se deseen.

Para facilitar su uso se han normalizado:

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Siempre cuando la medida mínima del agujero es mayor que la máxima del eje habrá

juego.

Referencia de interferencias

Normalización.

A fin de unificar las normas de tolerancias, se ha elaborado un sistema internacional, donde se toman los siguientes datos:

La temperatura de referencia para medidas lineales es de 20 ºC

El sistema de tolerancias comprende las siguientes dimensiones nominales entre 1 y 500 mm. Se divide entre grupos. Se visualiza en la columna izquierda de la siguiente tabla:

Para cada grupo de dimensiones el sistema establece dieciséis grupos de tolerancias llamadas calidad de elaboración.

Los valores de las tolerancias se dan en µm, ósea 10 -6 m, para las calidades entre 1 y 16 de las distintas medidas.

Además del valor de la tolerancia se determina la posición de la línea de cero que corresponde a la medida nominal. Para emplear estas posiciones se emplean letras mayúsculas para los agujeros y letras minúsculas para los ejes. La posición del campo de tolerancias queda determinada por la diferencia nominal o inferior con respecto a la línea de cero. A esta diferencia se le da el nombre de diferencia de referencia, en la tabla que se da a continuación se dan estos valores de la diferencia nominal superior para los ejes en las posiciones de las tolerancias de a hasta h y las diferencias inferiores para los agujeros en las posiciones de A hasta H, los valores anotados se deben señalar con signo menos para los ejes y con signo mas para los agujeros.

Por lo que hasta aquí expuesto una tolerancia viene perfectamente determinada por un campo de tolerancia perfectamente determinado en valor y posición y se designa por una letra y una calidad.

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La figura muestra la posición de los ejes y agujeros respecto de la línea cero

Empleos de tolerancias.

El uso de estas depende en gran medida de la experiencia, se puede tomar cualquiera de estas, pero se recomienda lo siguiente:

Para la fabricación mecanica de piezas los encajes para los ejes se toman calidades de 5 a 11 y para los agujeros calidades de 6 a 11.

La calidad 4 se deja para casos de gran precisión de piezas mecánicas Las calidades 2 y 3 para calibres de fabricación y elementos de medición. Calidad 1 para calibres patrón y galgas.

Para la ejecución de encajes se recomiendan dos sistemas que reciben el nombre de agujero único y de eje único.

En el sistema de agujero único la tolerancia del agujero se toma en la posición H cualquiera sea su calidad lográndose los diferentes ajustes por variación de la disposición de la tolerancia de los ejes, es el mas económico y es el mas recomendado por su sencillez. Los ejes se adaptan a un agujero.

En el sistema de eje único, la tolerancia del eje siempre se toma en la posición h y los diferentes ajustes se logran variando la tolerancia de los agujeros. Se ocupa cuando sobre un eje se ha de realizar diferentes ajustes.

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Tolerancias Geometricas.

En determinadas ocasiones, como por ejemplo: mecanismos muy precisos, piezas de grandes dimensiones, etc., la especificación de tolerancias dimensionales puede no ser suficiente para asegurar un correcto montaje y funcionamiento de los mecanismos.

Vemos, pues, que en la fabricación se producen irregularidades geométricas que pueden afectar a la forma, posición y orientación de los diferentes elementos constructivos de las piezas.

Una tolerancia dimensional aplicada a una medida ejerce algún grado de control sobre desviaciones geométricas, por ejemplo: la tolerancia dimensional tiene efecto sobre el paralelismo y la planicidad. Sin embargo, en algunas ocasiones la tolerancia de medida no limita suficientemente las desviaciones geométricas; por tanto, en estos casos se deberá especificar expresamente una tolerancia geométrica, teniendo prioridad sobre el control geométrico que ya lleva implícita la tolerancia dimensional.

Podríamos definir la tolerancia geométrica de un elemento de una pieza (superficie, eje, plano de simetría, etc) como la zona de tolerancia dentro de la cual debe estar contenido dicho elemento. Dentro de la zona de tolerancia el elemento puede tener cualquier forma u orientación, salvo si se da alguna indicación más restrictiva.

El uso de tolerancias geométricas evita la aparición en los dibujos de observaciones tales como “superficies planas y paralelas”, con la evidente dificultad de interpretación cuantitativa que conllevan; aún más, a partir de los acuerdos internacionales sobre símbolos para las tolerancias geométricas, los problemas de lenguaje están siendo superados.

Las tolerancias geométricas deberán ser especificadas solamente en aquellos requisitos que afecten a la funcionalidad, intercambiabilidad y posibles cuestiones relativas a la fabricación; de otra manera, los costes de fabricación y verificación sufrirán un aumento innecesario. En cualquier caso, estas tolerancias habrán de ser tan grandes como lo permitan las condiciones establecidas para satisfacer los requisitos del diseño.

El uso de tolerancias geométricas permitirá, pues, un funcionamiento satisfactorio y la intercambiabilidad, aunque las piezas sean fabricadas en talleres diferentes y por distintos equipos y operarios.

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SIMBOLOS PARA LA INDICACION DE LAS TOLERANCIAS GEOMETRICAS

La siguiente tabla presenta los símbolos utilizados para la indicación de las tolerancias geométricas según UNE 1121.

RECTANGULO DE TOLERANCIA

La indicación de las tolerancias geométricas en los dibujos se realiza por medio de un rectángulo dividido en dos o más compartimentos, los cuáles contienen, de izquierda a derecha, la siguiente información:

Símbolo de la característica a controlar. Valor de la tolerancia expresada en las mismas unidades utilizadas para el acotado

lineal. Este valor irá precedido por el símbolo ø si la zona de tolerancia es circular o cilíndrica.

Letra identificativa del elemento o elementos de referencia, si los hay.

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Ejemplos de aplicación de tolerancias.

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