Fundamentos de Metrología Dimensional: Precisión en la Industria Minera

Unidad I: Fundamentos de la Metrología

Para aumentar el rendimiento en cantidad y calidad en los trabajos que se realizan en las faenas industriales de las empresas mineras, en el ámbito del mantenimiento, es necesario que los trabajadores tengan un conocimiento acabado de la medición con instrumentos de precisión como pie de metro, micrómetro, reloj comparador, profundímetro y otros.

Este curso se propone crear las condiciones necesarias para que los alumnos puedan utilizar correctamente dichos instrumentos, midiendo con rapidez, seguridad y eficiencia.

La metrología se define como la ciencia de la medición que incluye todos los aspectos teóricos y prácticos relacionados con los sistemas de unidades, con las mediciones —cualquiera que sea su incertidumbre— y en cualquier campo de la ciencia y tecnología.

La metrología dimensional se encarga de estudiar las técnicas de medición que determinan correctamente las magnitudes lineales y angulares.

Conceptos básicos

Medición: Es el conjunto de operaciones que tiene por objeto determinar el valor de una magnitud. La medición puede ser directa, cuando el valor de la medida se obtiene directamente de los trazos o divisiones de los instrumentos, o indirecta, cuando para obtener el valor de la medida se requiere compararla con alguna referencia o efectuar un cálculo.

Medición

Medir es comparar una magnitud con otra, tomada de manera arbitraria como referencia, denominada patrón, y expresar cuántas veces la contiene.

Medida es la evaluación de una magnitud hecha según su relación con otra de la misma especie adoptada como unidad.

Tomar la medida de una magnitud es compararla con la unidad de su misma especie para determinar cuántas veces esta se halla contenida en aquella.

Las medidas obtenidas nunca son exactas, es decir, no se obtienen los valores reales, ya que la medida obtenida dependerá de la apreciación del instrumento o herramienta empleada (menor división del instrumento: m, dm, cm, mm, etc.), de su precisión (desgaste, divisiones inexactas o irregulares), de las condiciones ambientales (influencia de la temperatura, etc.) y de la habilidad del operador (error de paralaje).

Exactitud de las medidas obtenidas

La menor división del instrumento empleado dará el grado de apreciación de la medición efectuada cuando se mide directamente. Por ejemplo, con una cinta graduada con divisiones de 1 milímetro se obtendrán lecturas directas milimétricas.

La precisión de la medida obtenida dependerá tanto de la calidad del instrumento, de la menor división del mismo, como de la habilidad del operador. Este último podrá apreciar a “ojo”, si el tamaño de la menor división lo permitiera, cuál es la medida más aproximada a la real. Por ejemplo, en el caso de que la menor división fuera el milímetro, podrá apreciar con las décimas de milímetro (Fig.1.1).

Error de medición (e)

Cuando se mide, se introducen errores en la medición, siendo este error (e) igual a la diferencia entre el verdadero valor (m) y la medida realizada (mi): e = m - mi

Existen dos tipos de errores: errores sistemáticos y errores accidentales:

• Errores sistemáticos: Son causados por defecto del instrumento, del método empleado o por fallas del observador. Son difíciles de detectar, y por más mediciones que se hagan, siempre estarán afectadas del mismo error. Son difíciles de eliminar.
• Errores accidentales: Son producidos por causas fortuitas y accidentales. Varían al azar, pudiendo producirse en un sentido o en otro (en más o en menos) y no tienen siempre el mismo valor absoluto. Son muy frecuentes y se presentan, por ejemplo, debido a la coincidencia entre índice y escala, a descuidos por parte del observador, etc.

Por producirse al azar, es posible disminuirlos, según la teoría de errores de Gauss, mediante la aplicación de la teoría de las probabilidades. Para ello, se hacen n mediciones, m1, m2, m3, ..., mn, resultando el valor más probable:

Donde xi es el error cometido de la medición efectuada respecto del valor más probable, que es igual en ambas direcciones, es decir, +xi o -xi. Por lo tanto, por ser los errores cometidos en ambas direcciones de igual valor absoluto, pero de signos diferentes, se anularán mutuamente.

Para evitar esta situación, se toma la sumatoria de los cuadrados de los xi, se los divide por el número de mediciones n y se le extrae la raíz cuadrada.

Instrumento de medición

Dispositivo destinado a ser utilizado para hacer mediciones solo o en conjunto con dispositivos complementarios.

Las características que se deben conocer de un instrumento de medición para utilizarlo correctamente son:

a) Sistema en que está graduado: Para ello, se cuentan sus divisiones. Si en la décima división se encuentra un número, se trata del sistema métrico decimal, por lo que cada división mide 1 mm. En caso contrario, se trata del sistema inglés.

Figura 1.2 Regla graduada en sistema métrico.

b) Rango: Es el campo de medida que posee un instrumento, y que está comprendido entre el valor mínimo y el valor máximo que puede medir.

Medición del rango:

Figura 1.4 Rango de una regla graduada y de un micrómetro

c) Grado de precisión o lectura: Es el valor de la subdivisión mínima, exacta, que se puede leer en el instrumento.

Figura 1.5 Grado de precisión de una regla graduada.