UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PANAMÁ CENTRO REGIONAL DE AZUERO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO Nº 1
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y NORMAS DE ENSAYO
ESTUDIANTES:
BENITEZ, PATRICIA 4-773-2018 BERNAL, GUSTAVO 6-718-143 CASTRO, LARISSA 6-718-613
JAÉN, ERICA 7-709-1514 MARCIAGA, YADIS 6-715-1482
MELGAR YARELIS 7-709-256 PINTO, JOSÉ 6-718-1929 RODRIGUEZ, LUIS 6-718-1175 VERGARA, MIKEL 7-709-1270
PROFESOR:
FRANCISCO CEDEÑO
GRUPO: 7IC131
MARZO 31 DE 2015
INTRODUCCIÓN CALIBRACIÓN DE EQUIPO DE LABORATORIO
Desde tiempos remotos la necesidad de los seres humanos por conocer el entorno que nos rodea, nos ha llevado a la invención de múltiples formas de recaudar datos del medio.
Con el pasar del tiempo, nace la ciencia conocido como Metrología. La metrología es la ciencia que se ocupa de las mediciones, unidades de medida y de los equipos utilizados para efectuarlas, así como de su verificación y calibración periódica. Algunos la definen como “el arte de las mediciones correctas y confiables”. Las mediciones son importantes en la mayoría de los procesos productivos e industriales. La metrología es también una herramienta clave para el comercio exterior: un kilogramo o litro debe ser el mismo en Japón, Italia o Estados Unidos. Tiene, entonces, una gran importancia económica, ya que permite dar certeza respecto de las transacciones.
La metrología está presente al realizar mediciones para la investigación en universidades y laboratorios; en la actividad de organismos reguladores; en la industria militar; en la producción y el comercio. Su aplicación abarca campos tan diversos como la ciencia, medicina e industria farmacéutica, construcción, metalurgia, minería, la actividad pesquera y alimenticia, los sectores del cuero y textiles, el rubro del plástico y de la madera, entre muchos otros.
La calibración es el conjunto de operaciones con las que se establece, en ciertas condiciones específicas, la correspondencia entre los valores indicados en un instrumento, equipo o sistema de medida, o por los valores representados por una medida materializada o material de referencia, y los valores conocidos correspondientes a una magnitud de medida o patrón, asegurando así la trazabilidad de las medidas a las correspondientes unidades básicas y procediendo a su ajuste o expresando esta correspondencia por medio de tablas o curvas de corrección.
El envejecimiento de los componentes, los cambios de temperatura y el estrés mecánico que soportan los equipos deterioran poco a poco sus funciones. Cuando esto sucede, los ensayos y las medidas comienzan a perder confianza y se refleja tanto en el diseño como en la calidad del producto. Este tipo de situaciones puede ser evitado, por medio del proceso de calibración.
La correcta calibración de los equipos proporciona la seguridad de que los productos o servicios que se ofrecen reúnen las especificaciones requeridas.
Es por ello que en el siguiente informe de laboratorio, presentaremos la importancia de la calibración, así como precisión que presentan diferentes instrumentos (pie de rey, balanza manual, balanza digital) y sus resultados; analizamos los mismos a través de la solución de las preguntas realizadas antes y después de la experiencia.
Esperamos que dicho informe llene todas sus expectativas y sea de su total agrado.
Objetivos
La finalidad de esta primera sesión de laboratorio es dar a los alumnos una visión general de los principales conceptos de metrología y normalización. El objetivo esta práctica es proporcionar al alumno las nociones básicas en la determinación de la
incertidumbre en las medidas, así como las habilidades necesarias para el manejo óptimo de los instrumentos de medida utilizados en la determinación de masa y tamaño.
Definición Internacional de la Unidad de Longitud
Durante varios siglos el sistema libra-pie-segundo fue el sistema de preferencia en los países de habla inglesa y a nivel mundial para ciertas ramas comerciales y técnicas; a la fecha no ha sido del todo descartado y sigue siendo empleado en diversas actividades en muchos países
Por su parte, Francia creó y desarrolló un sistema, simple y lógico, basado en los principios científicos más avanzados que se conocían en esa época (finales del Siglo XVIII) - el sistema métrico decimal que entró en vigor durante la Revolución Francesa. Su nombre viene de lo que fue su unidad de base: el metro, en francés mètre, derivado a su vez del griego metros que significa medida, y del uso del sistema decimal para establecer múltiplos y submúltiplos. En su versión primera, el metro se definió como la diezmillonésima parte de la longitud de un cuadrante del meridiano terrestre y se determinó midiendo un arco de meridiano entre Dunkerque en Francia y Barcelona en España.
Definición de la Magnitud
El metro (símbolo m) es la unidad de longitud; es igual a la distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo de 1/299.792.458 de segundo.
En la actualidad el Sistema Internacional de Unidades reconoce las siguientes unidades como fundamentales, ya que no se basan en otras unidades para su definición.
Frecuentemente es necesario referirse a otras unidades de medida diferentes a las unidades fundamentales, estas son las unidades
derivadas que se forman a partir de las unidades fundamentales por la aplicación de algoritmos establecidos con la finalidad de obtener unidades que se puedan aplicar en los casos no previstos por las unidades fundamentales.
Estudios arqueológicos han encontrado que civilizaciones muy antiguas tenían ya los conceptos de pesar y medir. Conocemos las mediciones lineales que se usaron en Egipto entre los años 3000 a 1800 A.C. durante la época de construcción de las pirámides (el jeme, la cuarta, el palmo, el codo y el pie).
También en Egipto se emplearon balanzas para pesar metales preciosos y gemas. Después, al aparecer las monedas como elemento de intercambio comercial, éstas fueron simplemente piezas de oro o plata con su peso estampado. Dieron origen a un sistema monetario que se extendió por todo el Mediterráneo. Nuestra forma de medir el tiempo tiene su origen en el sistema sexagesimal desarrollado en Mesopotamia y nuestro calendario de 365 días se deriva originalmente del calendario egipcio. Posteriormente, la conquista romana de gran parte del continente europeo originó la divulgación de los sistemas de pesas y medidas.
Definición Internacional de la Unidad de Masa
La unidad de masa, el kilogramo, se definió originalmente como la masa de un litro de agua a 4°C. Se modificó esta definición en vista de las dificultades prácticas de obtener agua pura y por el hecho de que la definición involucraba otra magnitud, a saber la temperatura. Podría argumentarse que el kilogramo es un múltiplo del gramo y que por lo tanto es éste el que debe constituir la unidad. En efecto esto ha sido analizado por los metrólogos pero por razones prácticas se acordó seguir considerando el kilogramo como la unidad de masa. Como, con los actuales conocimientos científicos, no se ha podido definir aún la unidad de masa en función de las constantes universales, actualmente se define ésta con base en un artefacto o prototipo, por acuerdo de las 1ª y 3ª Conferencia General de Pesas y Medidas, de 1889 y 1901 respectivamente.
Sin embargo, la 21ª Conferencia General de Pesas y Medidas, en octubre de 1999, acordó "recomendar que los laboratorios nacionales continúen sus esfuerzos para refinar experimentos que vinculen la unidad de masa a constantes fundamentales o atómicas con miras a una futura redefinición del kilogramo."
Definición de la Magnitud
El kilogramo (símbolo kg) es la unidad de masa; es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo.
Patrones
En 1889, de una misma colada, se prepararon: el kilogramo internacional, cuatro testigos y patrones nacionales (originalmente 40 de ellos para llenar las necesidades de los países signatarios de la Convención del Metro).
Considerando las limitaciones de las comparaciones, se ha estructurado una jerarquía de patrones, con las
características obligadas, que se expone a continuación:
Prototipo Internacional del Kilogramo
Material: Platino-Iridio; Densidad: 21.5 g / cm3
Patrones Primarios Nacionales
siguientes
Material: Acero (Latón) Densidad: 8.0 g / cm3 (8.4 g / cm3)
Exactitud
El patrón actual del kilogramo permite medir la masa con una exactitud de 1 en 108. La finalidad de disponer de patrones es medir con exactitud la masa de los cuerpos, por ello es necesario disponer de múltiplos y submúltiplos del kilogramo con los cuales se puedan determinar exactamente las masas deseadas.
Es claro que una balanza analítica de laboratorio no requiere del mismo grado de exactitud que una balanza controladora de vehículos de carga. La exactitud de los patrones de masa puede definirse conforme a las categorías Ei, Fi y Mi con valores que van usualmente de un miligramo a 50 kilogramos. A las masas con alta exactitud les corresponde la categoría Ei, a las masas de exactitud fina les corresponde la categoría Fi y a las de exactitud media les corresponde la categoría Mi.
Equipos de Medición
La balanza es el instrumento más antiguamente conocido que se utiliza para medir la masa. Mientras no se cambie la definición del kilogramo sólo podemos comparar masa y no podremos medirla en forma directa. La técnica contemporánea permite la construcción de innumerables tipos y capacidades del artefacto, adecuados para los usos específicos que se desee, ya sea en laboratorios, industrias,
comercios, agencias estatales, etc. Los requerimientos básicos de las balanzas son que sean estables, exactas, sensibles y que puedan ser calibradas. En metrología de masa de alta exactitud, se determina la masa en balanzas llamadas comparadoras. La balanza comparadora para un patrón nacional debe ser de intervalo limitado y con buena sensibilidad (por ejemplo, de un microgramo). Antes se hablaba de balanzas simples, de brazos iguales o desiguales, con o sin peso deslizante, las de combinación incluyendo las básculas, las romanas y las automáticas con múltiples posiciones de equilibrio; actualmente se emplean también celdas de carga que envían señales eléctricas para determinar el peso. En vista de todas las posibles combinaciones que se dan, la tendencia actual es a hablar de instrumentos para pesar sin entrar en distinciones entre, por ejemplo, balanzas y básculas.
Cuestionario Previo
1. Describe las características principales de los siguientes instrumentos de medida, balanza analítica, balanza analítica digital, pie de rey y micrómetro.
R. La balanza analítica es un instrumento utilizado en el laboratorio, que sirve para medir la masa. Su característica más importante es que poseen muy poco margen de error, lo que las hace ideales para utilizarse en mediciones muy precisas.
fidelidad (Precisión), consistente en la capacidad de dar el mismo valor toda vez que un mismo objeto es pesado varias veces consecutivas. El pie de rey digital es un medidor de longitud. El pie de rey dispone de dos puntas para el control de las mediciones interiores y exteriores. Las mediciones con el pie de rey digital es un procedimiento de medición directo, rápido y preciso, ya que las señales de entrada y salida son idénticas (en este caso la longitud). El pie de rey tiene algunas ventajas con relación a otros métodos de medición. Para empezar, el pie de rey digital es robusto y de fácil manejo. Puede efectuar diferentes mediciones de forma rápida en diferentes lugares. El micrómetro, que también es denominado tornillo de Palmer. Su funcionamiento se basa en un tornillo micrométrico que sirve para valorar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro (0,01 mm y 0,001 mm respectivamente).
2. ¿Qué tipo de balanza utilizarías para medir 245 g de cloruro de potasio y 0.2345 g de ferrocianuro de potasio?
R. el instrumento más apropiado para medir en gramos seria la balanza analítica, ya que esta muestra resultados más precisos a la hora de realizar mediciones. Otra opción sería la balanza digital, ya que esta muestra los resultados hasta con cuatro decimales.
3. Si la lectura que muestra una balanza digital con cuatro cifras significativas es de 0,3456 g, pero la última cifra decimal (6) varia entre los valores de 4 a 7 ¿cuál es la lectura correcta de esta balanza?
R. Las tres lecturas son correctas ya que el 6, el 4 o el 7 serían las cifras dudosas o estimadas.
4. Si debes confirmar la confiabilidad de una balanza, ¿qué tipo de sistema utilizarías para realizar esta verificación? R.
Exactitud, ajuste de la sensibilidad – Exactitud, ajuste/calibración
– Ajuste en diferentes puntos de uso
– Linealidad, «Ajuste en todo el campo de pesada» Exactitud, ajuste/calibración ajustar
¿para qué? Básicamente, una balanza determina la fuerza ejercida sobre una masa por la aplicación de la gravedad del lugar de instalación. Puesto que la gravedad varía en distintos puntos de la tierra, los valores presentados por la misma muestra en la misma balanza pueden variar en todo el mundo hasta el 0,3%. Las balanzas de alta sensibilidad dan ya medidas diferentes al trasladarlas de piso dentro del mismo edificio. El ajuste de una balanza representa la relación correcta entre carga puesta y peso indicado en el lugar de instalación de la balanza. Tiene una importancia decisiva para la exactitud, es decir, para la coincidencia entre el valor de peso verdadero y el mostrado de una masa. A diferencia del ajuste, en una calibración sólo se determina la diferencia entre carga puesta y valor mostrado, pero no se llevan a coincidencia. Por tanto, el resultado obtenido hay que multiplicarlo por un factor de calibración después de cada pesada.
Pesas de ajuste internas
El ajuste o calibración de una balanza puede hacerse por medio de pesas incorporadas o externas. Las pesas externas han de estar, en principio, certificadas para el ajuste/calibración (ver capítulo 4). Por medio de una «calibración primaria» las pesas internas se pueden referir en la producción a patrones de masa internacionales. En este proceso la masa de la pesa interna se determina cargando una pesa certificada y se memoriza su valor en la balanza. La relación correcta entre carga puesta y valor mostrado se puede conseguir por simple pulsación, en cualquier lugar de instalación de la balanza, cargando automáticamente la pesa interna.
Temperatura ambiente cambiante
motivo, con que sólo cambie la temperatura 1 ó 2 °C se debe proceder a un nuevo ajuste. Esto lo subsanan las balanzas que llevan una sonda termométrica integrada y activan automáticamente el proceso del ajuste (FACT, fully automatic calibration technology*). Las balanzas aseguran así en todo momento la relación correcta entre la carga puesta y el resultado mostrado, sin que el usuario tenga que preocuparse.
Posibilidades del ajuste VariCa
- VariCal
Ajuste de la sensibilidad en el principal punto de uso con pesa externa certificada. El ajuste se puede hacer con pesas de distinto valor a fin de conseguir la máxima exactitud posible en el intervalo de medida más utilizado. Si se usa, por ejemplo, una balanza con una carga máxima de 5 kg preferentemente en el intervalo de 800–1200 g, se puede realizar el ajuste con 1 kg en lugar de con 5 kg.
- FACT, fully automatic calibration technology
El ajuste puede ser totalmente automático bajando simplemente una pesa interna cuando las condiciones ambientales lo hagan necesario.
- proFACT, professional fully automatic calibration technology.
Para satisfacer las variadas exigencias en el sector de balanzas analíticas y de precisión, ambas líneas de balanzas ofrecen otras posibilidades, además del ajuste. Balanzas analíticas: Aparte del ajuste totalmente automático, la linealidad de la balanza se compensa automáticamente. Se asegura así la relación correcta entre carga puesta y valor indicado en todo el intervalo de pesada, lo que garantiza la máxima exactitud a lo largo de todo el campo de pesada.
R. Se confiaría más en una balanza analítica digital porque pueden ofrecer valores de precisión de lectura que llegan hasta la diezmilésima de gramo: 0,0001 g o 0,1 mg lo que hace más preciso las mediciones que deseemos realizar.
Materiales y Sustancias
Balanza analítica. Balanza analítica digital. Pie de rey. Anillo de acero. Guantes de látex.
Procedimiento Experimental
1. Divide el plato de la balanza con la que vas a iniciar las mediciones como se muestra en la figura siguiente.
2. Ajusta las condiciones de la balanza de acuerdo con las indicaciones del profesor para iniciar el pesado de los objetos listados en la sección de Materiales y sustancias.
3. El anillo de acero debe estar perfectamente limpio y seco y debe manipularse únicamente por medio de los guantes de látex.
4. Pesa el anillo de acero realizando estas pesadas en cada uno de los cuadrantes que marcaste anteriormente y finalizando pesando en el centro del plato de la balanza.
5. Repite el procedimiento de pesado hasta completar diez ciclos.
6. Registra los datos en las tablas correspondientes.
7. Mide la altura, el diámetro interno y externo del anillo de acero con el pie de rey.
8. Repite el procedimiento de medición hasta completar diez ciclos.
Tablas
Tabla 1. Resumen de lecturas de las mediciones realizadas para el anillo de acero en la balanza analítica.
lectura Cuadro cuadro cuadro superior superior inferior
derecho izq. derecho
cuadro centro inferior izq.
1 183,1 183 183,2 183 183,2
2 183,1 183 183,1 183 183,1
3 183 183 183,1 183,1 183,1
4 183,1 183,1 183,2 183,1 183,1
5 183 183 183 183 183,1
6 183,1 183 183,1 183,1 183,1
7 183,1 183,1 183,1 183,1 183,2
8 183 183,1 183 183 183,1
9 183,1 183 183 183,1 183,1
10 183 183,2 183,2 183,1 183,1
promedio 183,06 183,05 183,1 183,06 183,12
desviación
estándar 0,046709937 0,06396021 0,07385489 0,04670994 0,0381385 incertidumbre 0,051639778 0,07071068 0,08164966 0,05163978 0,0421637
Tabla 2. Resumen de lecturas de las mediciones realizadas para el anillo de acero en la balanza analítica digital.
Lectura Cuadro cuadro
superior superior derecho izq.
cuadro inferior derecho
cuadro centro inferior izq.
1 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
2 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
3 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
4 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
5 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
6 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
7 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
8 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
9 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
10 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
promedio 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
desviación
estándar 2,77556E-17 2,7756E-17 2,7756E-17 2,7756E-17 2,7756E-17
Tabla 3. Resumen de lecturas de las mediciones realizadas para el anillo de acero con el pie de rey.
Lectura Altura Diámetro
Interno
Diámetro Externo
1 88,6 28,3 33,7
2 88,9 27,7 33,8
3 88,9 27,9 34,1
4 89 28,3 33,6
5 88,9 27,7 33,6
6 88,1 28,4 33,6
7 89,4 28,3 33,4
8 88,4 27,3 31,4
9 88,5 28,2 34
10 88,8 28 33,7
Promedio 88,75 28,01 33,49
Desviación Estándar
0,36285902 0,357304725 0,76223356
Incertidumbre 0,1 0,1 0,1
Cuestionario Final
1. Si requieres realizar mediciones de masa en un intervalo, alrededor de 1mg ¿cuál de los instrumentos analizados en esta práctica utilizarías? En mediciones de masa que requieren de una alta exactitud, ¿cuál de los instrumentos analizados en esta práctica utilizarías? R.
a) Para medir masa en un intervalo alrededor de 1 mg utilizaría la balanza analítica
b) Para una mejor exactitud utilizaría la balanza analítica.
2. De acuerdo con lo realizado en esta práctica, ¿cuáles serían los cuidados requeridos en las mediciones de masa que se requieren para poder confiar en los resultados obtenidos?
R.
-Calibrar la balanza antes de comenzar a realizar las mediciones
-La limpieza antes de medir es un factor importante
-Verificar que el entorno no afecte la medición, como por ejemplo: la brisa , la temperatura, etc
-Verificar si la balanza está bien equilibrada
-En caso de las balanzas electrónicas verificar si el sistema eléctrico es el adecuado.
3. De acuerdo con lo realizado en esta práctica, ¿cuáles serían los cuidados requeridos en las mediciones de tamaños que se requieren para poder confiar en los resultados obtenidos? R. Podrían ser algunos:
- utilizar el instrumento debido para cada medición de diferentes objetos.
- colocación correcta de los objetos.
- colocación correcta de los instrumentos de medición. - no medir una pieza en movimiento.
- no usar fuerza excesiva en la medición.
- medir la pieza en una posición cercana a la superficie de referencia.
4. De acuerdo con lo realizado en esta práctica, Describa la diferencia en precisión entre en las mediciones de masa para instrumentos analizados en esta práctica
mediciones y a la cantidad de cifras significativas que proporcionaron ambas balanzas. La balanza análoga proporcionó un total de 4 cifras mientras que la balanza eléctrica solo dio 3.
5. ¿Cuánto es el peso, el volumen y la densidad del anillo de acero con sus errores?
R: Peso del anillo de acero = 180 g
Densidad del anillo de acero = V =?
Error = 0.01
CONCLUSIÓN
Se debe tomar en cuenta que para un análisis determinado, el estudiante debe tener presente que existen muchos factores para no cometer errores si no los necesarios arrojados por el mismo equipo utilizados y por supuesto por la manipulación de los mismos, por tanto antes de comenzar a trabajar se debe calibrar el material a utilizar, para saber si el mismo está apto para su utilización
