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LaboratorioNo.1C=20,O=20,T=12,E=20,CB=20=92

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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y NORMAS DE ENSAYO

LABORATORIO Nº 1

“CALIBRACIÓN DE EQUIPO DE LABORATORIO”

PROFESOR:

Francisco Cedeño

INTEGRANTES:

Domínguez, Xavier 6-714-1859

Fallas, Ray PE-13-1184

García, Milagros 6-714-2259

Medina, Noel 7-707-1311

Rodríguez, Bernardo 7-707-763 Rodríguez, Ramiro 7-707-838

Realizado el 25 de marzo de 2011

Entregado el 31 de marzo de 2011

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INTRODUCCIÓN

Al efectuar mediciones, mientras mejor y más exactamente podamos medir asimismo podremos describir los fenómenos de la naturaleza.

Para realizar mediciones confiables se deben tener buenos conocimientos en técnicas de medición, uso de los instrumentos, técnicas de análisis de datos y del fenómeno que se esta midiendo. Para efectuar una buena medición en el laboratorio, primero leemos la teoría correspondiente y luego recurrimos al experimento con la finalidad de verificar la validez de los datos obtenidos. Para que los datos tengan máxima significación se debe precisar el grado de exactitud con que se midió, para logar esto hay que conocer las limitaciones de los instrumentos que se emplean, así como los posibles errores que puedan ocurrir en la obtención de tales datos.

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OBJETIVOS

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MARCO TEÓRICO

Metrología

La Metrología es la ciencia de la medida. Tiene por objetivo el estudio de los sistemas de medida en cualquier campo de la ciencia. La Metrología tiene dos características muy importantes el resultado de la medición y la incertidumbre de medida.

La Metrología es parte fundamental de lo que en los países industrializados se conoce como Infraestructura Nacional de la Calidad, compuesta además por las actividades de: normalización, ensayos, certificación y acreditación, que a su vez son dependientes de las actividades metrológicas que aseguran la exactitud de las mediciones que se efectúan en los ensayos, cuyos resultados son la evidencia para las certificaciones. La metrología permite asegurar la comparabilidad internacional de las mediciones y por tanto la intercambiabilidad de los productos a escala internacional.

Pie de Rey

El pie de rey es un instrumento para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros. Es un instrumento sumamente delicado y debe manipularse con habilidad, cuidado y delicadeza, con precaución de no rayarlo ni doblarlo (en especial, la coliza de profundidad). Deben evitarse especialmente las limaduras, que pueden alojarse entre sus piezas y provocar daños.

Balanza Analítica

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Para realizar las mediciones se utilizan patrones de masa cuyo grado de exactitud depende de la precisión del instrumento.

El rango de medida y precisión de esta balanza puede variar desde varios kilogramos (con precisión de gramos), en balanzas industriales y comerciales; hasta unos gramos (con precisión de miligramos) en balanzas de laboratorio

Balanza Analítica digital

La balanza Analítica digital es un instrumento de medición se caracteriza por dos rasgos fundamentales: su gran rango de pesaje y su capacidad para obtener el peso con una precisión asombrosa. Los equipamientos más comunes poseen, asimismo, una función destinada al cómputo de piezas. En lo que respecta a la energía, el suministro energético que va a recibir será de 240 V. Esto se produce mediante un mediador que es el adaptador de red de dicho envío de energía. Sin embargo, también es posible alimentar la balanza digital mediante el uso de baterías. Debido a esto, casi nunca es necesario mantenerlo en un anclaje establecido o fijo. Además del plato, también se encuentran otros elementos constitutivos. Entre ellos están los pies de ajuste y de nivelación que cumplen la función, justamente, de mantener nivelada la balanza. Una de las ventajas de este modelo digital es su capacidad para transmitir el resultado del pesaje que se ha efectuado a la memoria de una computadora.

Calibración de equipos de laboratorio

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La calidad de la determinación de una concentración no puede ser mejor que la calidad intrínseca de la calibración. Los factores que determinan la calidad de una calibración son:

La precisión de las medidas: estimada a través de la repetitividad y la

reproducibilidad de las medidas. La repetitividad se evalúa a través del cálculo de la desviación estándar relativa (RSD%) de la medida de los patrones de calibrado.

Exactitud de los patrones: el valor de concentración o masa asignado a cada

patrón trae aparejado un error pequeño si es preparado a partir de reactivos puros (grado analítico) con estequiometría bien definida. Este error en general se desprecia, frente al error en las medidas de las señales producidas por el instrumento.

Validez de la calibración: generalmente es el factor más importante. Cuando se

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MATERIALES

N Balanza analítica.

N Balanza analítica digital.

N Pie de rey.

N Anillo de acero.

N Guantes de látex.

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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, 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.

9. Registra los datos en las tablas correspondientes.

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Tabla 1. Resumen de lecturas de las mediciones realizadas para el anillo de acero en la balanza analítica. Lectura Cuadrante superior derecho (en gramos) Cuadrante superior izquierdo (en gramos) Cuadrante inferior derecho (en gramos) Cuadrante inferior izquierdo (en gramos) Centro (en gramos)

1 1.56 1.56 1.56 1.56 1.55

2 1.55 1.55 1.56 1.56 1.55

3 1.56 1.56 1.55 1.56 1.56

4 1.56 1.56 1.56 1.56 1.55

5 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55

6 1.56 1.55 1.56 1.56 1.56

7 1.56 1.56 1.56 1.56 1.56

8 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55

9 1.56 1.56 1.56 1.56 1.55

10 1.55 1.56 1.56 1.56 1.55

Promedio 1.56 1.56 1.56 1.56 1.55

Desviación estándar

6.67 x 10-3 6.67 x 10-3 5.77 x 10-3 4.71 x 10-3 8.16 x 10-3

Incertidumbre 4.00 x 10-3 4.00 x 10-3 3.00 x 10-3 2.00 x 10-3 6.00 x 10-3

Hora inicial: 1:45 pm

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Tabla 2. Resumen de lecturas de las mediciones realizadas para el anillo de acero en la balanza analítica digital.

Lectura Cuadrante superior derecho (kg) Cuadrante superior izquierdo (kg) Cuadrante inferior derecho (kg) Cuadrante inferior izquierdo (kg)

Centro (kg)

1 0 0 0 0 0

2 0 0 0 0 0

3 0 0 0 0 0

4 0 0 0 0 0

5 0 0 0 0 0

6 0 0 0 0 0

7 0 0 0 0 0

8 0 0 0 0 0

9 0 0 0 0 0

10 0 0 0 0 0

Promedio 0 0 0 0 0

Desviación estándar

0 0 0 0 0

Incertidumbre 0 0 0 0 0

Hora inicial: 1:35 pm

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Tabla 3. Resumen de lecturas de las mediciones realizadas para el anillo de acero con el pie de rey.

Lectura Altura (mm)

Diámetro interno

(mm)

Diámetro externo

(mm)

1 1.20 8.50 16.80

2 1.20 8.45 16.80

3 1.20 8.50 16.80

4 1.20 8.40 16.80

5 1.20 8.45 16.80

6 1.20 8.40 16.80

7 1.20 8.50 16.80

8 1.20 8.50 16.80

9 1.20 8.45 16.80

10 1.20 8.50 16.80

Promedio 1.20 8.46 16.80

Desviación estándar

0 4.10 x 10-2 0

Incertidumbre 0 5.00 x 10-3 0

Hora inicial: 1:00 pm

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Cuestionarios Cuestionario Previo:

1. Describe las características principales de los siguientes instrumentos de medida, balanza analítica, balanza analítica digital, pie de rey y micrómetro.

Resp//.

 Balanza analítica: La balanza analítica más común es la de un solo platillo cuya capacidad es de 100 a 200g y su sensitividad de 0.01 a 0.1 mg. Todas ellas están dentro de una caja de vidrio que se abren en la parte lateral y permiten la cómoda introducción de la muestra. En el interior se encuentra la balanza propiamente dicha. Las balanzas analíticas mecánicas están formadas por una barra horizontal. Las pesas forman parte integrante del instrumento, encontrándose suspendidas en la misma cuchilla que el platillo.

 Balanza analítica digital: se caracteriza por dos rasgos fundamentales: su gran rango de pesaje y su capacidad para obtener el peso con una precisión asombrosa

 Pie de rey: consta de una "regla" con una escuadra en un extremo, sobre la cual se desliza otra destinada a indicar la medida en una escala. Permite apreciar longitudes de 1/10, 1/20 y 1/50 de milímetro utilizando el nonio. Mediante piezas especiales en la parte superior y en su extremo, permite medir dimensiones internas y profundidades. Posee dos escalas: la inferior milimétrica y la superior en pulgadas.

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manera de limitar la torsión máxima del tornillo, dado que la rosca muy fina hace difícil notar fuerzas capaces de causar deterioro de la precisión del instrumento.

2. ¿Qué tipo de balanza utilizarías para medir 245 g de cloruro de potasio y 0.2345 g de ferrocianuro de potasio?

Resp//. De las balanzas usadas en la experiencia, es más conveniente utilizar la balanza analítica, puesto que la misma cuenta con un rango de medición que va desde 0.10 hasta 311.00 gramos y las cantidades a medir se encuentran dentro de ese rango, por lo tanto dicha balanza es la más precisa y adecuada para realizar esta medición.

3. Si la lectura que muestra una balanza digital con cuatro cifras significativas es de 0,3456 g, pero la última cifra decimal (6) varía entre los valores de 4 a 7 ¿cuál es la lectura correcta de esta balanza?

Resp//. La lectura correcta de esta balanza es 0.3456 ± 1.4142 x 10-4 g.

4. Si debes confirmar la confiabilidad de una balanza, ¿qué tipo de sistema utilizarías para realizar esta verificación?

Resp//. Como es de esperarse en toda experiencia práctica que se lleve a cabo, es casi imposible que una medición arroje resultados perfectos, es decir, generalmente se tiene un grado de error. Desde luego, se trata de que este error sea el mínimo posible es por esto que juega un papel importante la confiabilidad del instrumento (en este caso la balanza). Para llevar a cabo la verificación de la confiabilidad de una balanza es preciso que se realice repetidas mediciones del objeto con el fin de que se pueda determinar datos que permitan comparar dichos resultados y así demostrar que tan confiables son éstos.

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5. En que instrumento confiarías más, una balanza analítica digital y una balanza analítica. Explica el porqué de tu decisión.

Resp//. Nosotros confiamos más en una balanza analítica digital.

El porque de nuestra elección es muy sencilla, ya que en una balanza analítica digital solamente encontramos una fuente de error inherente, el cual es, el propio que tiene la maquina cuando fue construida. Mientras que en la balanza analítica de platillo, además del error inherente de la máquina, también se nos presenta el error por incertidumbre humano cuando observa la medida cuidando que el martillo de la maquina se encuentre en el punto de equilibrio estático.

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?

Resp//. Se utilizaría la balanza analítica ya que mide valores más pequeños con más exactitud que la balanza digital la cual esta diseña para valores de masa más grande.

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?

Resp//.

 Las balanzas analíticas deberán encontrarse en un lugar cerrado, cuando entremos en él no se deberá dejar nunca la puerta abierta, ya que el aire puede mover la balanza y por su alta sensibilidad puede alterarse la lectura correspondiente.

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 Antes de empezar a trabajar con la balanza se debe limpiar cuidadosamente el área de trabajo, es decir, el platillo, el área alrededor del platillo y la mesa en donde se encuentra, pues de otro modo el polvo o basuritas pueden introducirse en la balanza y afectar la medición.

 Nunca hay que recargarse ni escribir en la mesa de trabajo pues se puede descalibrar la balanza, produciéndose los consecuentes errores.

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?

Resp//. Antes de iniciar el proceso en el cual mediremos tamaños debemos:

 Saber qué instrumento utilizar para esta medición en este caso, el pie de rey.  Comprobar el estado general del instrumento a utilizar: inexistencia de partes

dañadas, libertad de movimiento.

 Debemos observar si el instrumento a utilizar esta calibrado, en caso de que no lo esté, calibrarlo correctamente.

4. De acuerdo con lo realizado en esta práctica, Describa la diferencia en precisión entre las mediciones de masa para instrumentos analizados en esta práctica.

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5. ¿Cuánto es el peso, el volumen y la densidad del anillo de acero con sus errores? Resp//. Para determinar el peso del cilindro que nos correspondió en esta experiencia, utilizamos las mediciones obtenidas por la balanza analítica de platillos; cuando el cilindro se encontraba en el centro del plato de la misma. Es preciso mencionar que no utilizamos la balanza analítica digital ya que su rango de medida estaba calibrado en kilogramos y el peso de nuestro cilindro era demasiado pequeño y nos dio como resultado cero.

Peso:

W= 0.015 ± 0.004 N Volumen:

Vtotal= 198.55 ± 0.10 mm3

Densidad:

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GRÁFICOS

MATERIALES

Pie de Rey

Dispositivo mecánico que se utiliza para medir longitudes pequeñas con cierta precisión.

Guantes de Látex

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Balanzas Analíticas

La balanza analítica es un instrumento utilizado en el laboratorio, que sirve para medir la masa. Su característica más importante es que poseen muy poca incertidumbre, lo que las hace ideales para utilizarse en mediciones muy precisas.

Anillo de Acero

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CÁLCULOS

Cuestionario Final (pregunta Nº5):

 MASA

M=1.55+1.55+1.56+1.55+1.5610 +1.56+1.55+1.55+1.55 M= 1.553g

Δm2= 0.0003 9 Δm= 0.006g

M= 1.553 ± 0.006 E-3 Kg  PESO

W= m.g

W= (1.553 E-3 Kg) (9.81 m/s2) W= 0.015 N

Δw= Δm

m

Δw= 0.0061.553EE−3−3

Δw= 0.004 N

W= 0.015 ± 0.004 N

 VOLUMEN V=❑4 h (D2 – d2)

V1= ❑4 h D2 V2=

4 h d2

V1= ❑4 (1.2) (16.8)2 V2=

4 (1.2) (8.46)2

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ΔV1= toleranciaaltura + 2 diametro externotolerancia ΔV2= toleranciaaltura + 2 diametro internotolerancia

ΔV1= 0.048 mm3 ΔV1= 0.053 mm3

Vtotal= V1 - V2 ± (ΔV1+ ΔV2)

Vtotal= 198.55 ± 0.10 mm3

 DENSIDAD D= mV

D= 198.551.553

D= 0.008 g/ mm3

ΔD= Δmm - ΔVV

ΔD= m0.0061.553 - 198.550.10

ΔD= 0.003 g/ mm3

D= 0.008 ± 0.003 g/ mm3

Cuestionario Previo (pregunta Nº3):

S=

(0.3454−0.3456)2+(0.3455−0.3456)2+(0.3456−0.3456)2(0.3457−0.3456)2

3 =1.4142x10

−4

g

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RECOMENDACIONES

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CONCLUSIONES

La cantidad de cifras significativas aumenta al utilizar instrumentos de mayor precisión, por lo que hay que utilizar el instrumento adecuado en cada tipo de mediciones para lograr una mayor precisión. Al realizar operaciones y cálculos numéricos que requieran de mucha exactitud y precisión es de gran importancia tomar en cuenta la cantidad de cifras significativas, para así tener un menor grado de incertidumbre al momento realizar cualquier medición u operación con cifras significativas.

Por otra parte, comúnmente usamos la regla de redondeo para eliminar algunos decimales pocos significativos y para dar una aproximación o estimación de cierta cantidad. Algunas veces con la ayuda de la regla de redondeo se nos hace más fácil realizar operaciones matemáticas, pero esto no quiere decir que los valores obtenidos son los más precisos, ya que mientras más decimales utilicemos más precisa será nuestra respuesta, porque se estarían utilizando los valores verdaderos. También se puede decir que la regla del redondeo resulta útil al momento de realizar cualquier tipo de cálculos porque se hace con el fin de adecuar los valores de manera que tengan la misma cantidad de decimales, cifras significativas y así poder desarrollar de una mejor manera las diferentes operaciones.

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posición al realizar la medición, la fuerza ejercida sobre el instrumento, el desgaste de los instrumentos mal calibrado y la falta de precisión a la hora de medir, por lo que antes de realizar cualquier medición es necesario determinar cuál es el instrumento o equipo de medición más adecuado, y de esa manera poder minimizar los errores que se cometen en el laboratorio y tener así una mayor precisión a la hora de realizar una medida.

BIBLIOGRAFÍA

 Raymond Serway, Física para Ciencia e Ingeniería, 5ta edición, McGraw-Hill, México (2002).

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Referencias

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