Metnor3 comp

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MATERIA: METROLOGIA Y NORMALIZACION

DEPARTAMENTO DE INGENERIA INDUSTRIAL

UNIDAD III

METROLOGIA OPTICA E INSTRUMENTACION BASICA

Introducción a la óptica.

La óptica es la ciencia de controlar la luz. La luz es parte de un tipo de energía llamada
“radiación electromagnética” (EM). La luz es la parte de las ondas EM que podemos ver
y forma los colores del arcoíris.
Hablando más formal, la óptica es el campo de la ciencia y la ingeniería que comprende
los fenómenos físicos y tecnologías asociadas con la generación, transmisión,
manipulación, uso y detección de la luz.
La luz (viaja a 300 000km/seg) es una onda electromagnética, esto significa que es una
combinación de una onda eléctrica y una onda magnética (y una onda electromagnética
viaja a la velocidad de la luz).
Las ondas electromagnéticas pueden ser muchas, como se muestra en la siguiente
figura:

Existen tres formas de controlar la luz:
1. Bloqueándola con algo.

2. Reflejándola (conocido como reflexión).

3. Doblándola, es decir, la luz cambia su dirección pasando de un medio
transparente a otro de diferente densidad, como aire o agua (conocido como
refracción).

Para nosotros los seres humanos es muy importante controlar la luz, ya que los usos que
le hemos dado son tan variados, como:
• Lentes de contacto
• Fotocopiadoras
• Microscopios y lupas

AUTOR: ING. ROBERTO J. TREVIÑO VALENZUELA

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• Proyectores
• Reproductores de cd
• Rayos X
• Laser (Luz Amplificada por Efecto de Radiación Estimulada)
Cabe mencionar que este último se utiliza en la industria con fines de medición, cortar,
soldar, etc.
Instrumentos ópticos.
Espejo: Dispositivo óptico, generalmente de vidrio, con una superficie lisa y pulida, que
forma imágenes mediante la reflexión de los rayos de luz. Además de su uso habitual en
el hogar, los espejos se emplean en aparatos científicos; por ejemplo, son componentes
importantes de los microscopios y los telescopios.
Prisma (Óptica): Bloque de vidrio u otro material transparente que tiene la misma
sección transversal (generalmente un triángulo) en toda su longitud. Los dos tipos de
prisma más frecuentes tienen secciones transversales triangulares con ángulos de 60 o
de 45º. Los prismas tienen diversos efectos sobre la luz que pasa a través de ellos.
Cuando se dirige un rayo de luz asia un prisma, sus componentes de distintos colores
son refractados (desviados) en diferente medida al pasar a través de cada superficie, con
lo que se produce una banda coloreada de luz denominada espectro. Este fenómeno se
conoce como dispersión cromática, y se debe al hecho de que los diferentes colores de
la luz tienen distintas longitudes de onda, y son más o menos frenados al pasar a través
del vidrio: la luz roja es la que resulta menos frenada, y la violeta la que más.
Fibra Óptica: Fibra o varilla de vidrio u otro material transparente con un índice de
refracción alto que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los
extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté
curvada. El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión
interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie
externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja
sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia
reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a
impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una
capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en
la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento. La aplicación más sencilla
de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de
otro modo.
También pueden emplearse para transmitir imágenes, cada punto de la imagen
proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se
reconstruye la imagen, que puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de
imágenes se utiliza mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo
humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas de reproducción mediante
facsímil y fotocomposición, en gráficos de ordenador o computadora y en muchas otras
aplicaciones. Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores,
que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo
casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a
numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la
deformación, además del calor y el movimiento.
Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían
hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso.


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También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para
cortar y taladrar materiales. La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación,
debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para
transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se
emplean sistemas de láser con fibra óptica.
Microscopio: Cualquiera de los distintos tipos de instrumentos que se utilizan para
obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los
mismos. El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico, que se sirve de
la luz visible para crear una imagen aumentada del objeto.
El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble con una distancia focal
corta. Estas lentes pueden aumentar un objeto hasta 15 veces. Por lo general, se utilizan
microscopios compuestos, que disponen de varias lentes con las que se consiguen
aumentos mayores. Algunos microscopios ópticos pueden aumentar un objeto por
encima de las 2000 veces.
El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes, el objetivo y el ocular,
montados en extremos opuestos de un tubo cerrado. El objetivo está compuesto de
varias lentes que crean una imagen real aumentada del objeto examinado. Las lentes de
los microscopios están dispuestas de forma que el objetivo se encuentre en el punto
focal del ocular. Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen virtual aumentada
de la imagen real. El aumento total del microscopio depende de las distancias focales de
los dos sistemas de lentes.

Telescopio: Es un instrumento óptico empleado para observar objetos muy grandes que
se encuentran a muy lejanas distancias como por ejemplo estrellas, cometas, planetas,
entre otros.
Cristal: Porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida
y con forma externa limitada por superficies planas y uniformes simétricamente
dispuestas. Los cristales se producen cuando un líquido forma lentamente un sólido;
esta formación puede resultar de la congelación de un líquido, el depósito de materia
disuelta o la condensación directa de un gas en un sólido. Los ángulos entre las caras
correspondientes de dos cristales de la misma sustancia son siempre idénticos, con
independencia del tamaño o de la diferencia de forma superficial.


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Interferómetro: Instrumento que emplea la interferencia de ondas de luz para la medida
ultra precisa de longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas y de
determinados fenómenos ópticos. Existen muchos tipos de interferómetros, pero en
todos ellos hay dos haces de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas
determinadas por un sistema de espejos y placas que finalmente se unen para formar
franjas de interferencia. Para medir la longitud de onda de una luz monocromática se
utiliza un interferómetro dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria
de uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia pequeña que puede medirse
con precisión y varía así la trayectoria óptica del haz. Cuando se desplaza el espejo una
distancia igual a la mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo completo
de cambios en las franjas de interferencia. La longitud de onda se calcula midiendo el
número de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una distancia determinada.
Red De Difracción: Dispositivo óptico empleado para separar las distintas longitudes de
onda (colores) que contiene un haz de luz. El dispositivo suele estar formado por una
superficie reflectante sobre la que se han trazado miles de surcos paralelos muy finos.
Espectroheliógrafo: Elemento importante del equipo utilizado en astronomía para
fotografiar las protuberancias del Sol, como la fotosfera (la capa interior de gases
calientes más cercana a la superficie del Sol) y la cromosfera (la capa exterior más fría).
El espectroheliógrafo, junto con un telescopio, fotografía el Sol en luz monocromática
(con una única longitud de onda).
Mediciones con óptica física.
La flexibilidad es el tema clave en la tecnología de multisensores. La flexibilidad en el
mundo de la metrología significa tener la libertad de elegir entre medición por contacto
y medición óptica, con sólo un sistema de medición. Por lo tanto, un único sistema es
suficiente para la medición por contacto y la medición óptica de todas las características
de inspección en una pieza de trabajo.
Para la medición de materiales sensibles al tacto, la solución ideal son los sistemas de
medición óptica. Estos sistemas miden de forma no destructiva y con precisión. Gracias
al versátil rango de sistemas de medición ópticos disponemos de la solución correcta
para cada tarea de medición.

Fotometría.
Se conoce por fotometría a la parte de la Física que estudia las medidas de las
magnitudes que están asociadas a la luz, de la misma forma que Radiometría es la parte
de la Física que estudia las medidas de las magnitudes que están asociadas con la
energía radiante.
Una magnitud fotométrica es una magnitud radiométrica ponderada teniendo en cuenta
la sensación visual que provoca en el ojo.
La unidad fundamental de fotometría del Sistema Internacional es la Candela.
A continuación en la siguiente tabla se resumen todas las magnitudes, tanto
radiométricas como fotométricas, indicando las unidades en las que se miden, así como
las relaciones entre ellas.


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Instrumentos mecánicos

Medidores de presión

Definición de presión.- La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede
expresarse en unidades tales como pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro
cuadrado y psi. (libras por pulgada cuadrada)

Tipos de presión

1.- Presión absoluta.- Se mide con el cero absoluto de presión

2.- Presión atmosférica.- Es la presión ejercida por la atmosfera terrestre.

3.- Presión relativa.- Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la
presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se ejecuta la medición


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4.- Presión diferencial.- Es la diferencia entre dos presiones.

Representación de las presiones

Tipos de medidores de presión

Mecánicos, Electromecánicos, Neumáticos, Electrónicos.

Mecánicos
• Primario de Medida Directa
• Primarios Elásticos
Electromecánicos
• Transmisores electrónicos de equilibro de fuerza
• Resistivos
• Magnéticos
• Capacitivos
• Extensiométricos
• Piezoeléctricos
Neumáticos
• Utilizan elementos mecánicos con desplazamiento de gases
Electrónicos
• Mecánicos
• Medidor McLeod
• Térmicos
• Ionización

Medidores mecánicos

Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la
ejercida por un liquido de densidad y altura conocidas.


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DEPARTAMENTO DE INGENERIA I
INDUSTRIAL

Ejemplos barómetro cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado,
manómetro de toro pendular, manómetro de campana.

Elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que
contienen.

Ejemplos : tubo de Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el
fuelle.

El tubo de Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi
completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en le interior del tubo,
errado
este tiende enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja.
El elemento espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral
alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando mas de una espira en forma
helicoidal
de hélice.

El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre
si por la soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma
de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas.
desplazamientos

El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible
axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.

Medidores de presión absoluta

Los medidores de presión absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle opuesto
a un fuelle opuesto sellado al vacío absoluto. El movimiento resultante de la unión de
los dos fuelles equivale a la presión absoluta del fluido.


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INDUSTRIAL

Medidores Electromecánicos

Para este tipo de medidores se utiliza un transmisor electrónico que genera una
señal en base a la posición de un sensor.
La posición del sensor determina la presión ejercida sobre la misma.


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INDUSTRIAL

Transductores Resistivos

En este tipo de Transductores se aprovecha un cambio de resistencia (del sensor
o del circuito en que esta) para medir la presión del sistema.
Para esto el puente de Wheastone es muy utilizado.

Transductores Magnéticos

Existen dos tipos de Transductores Magnéticos

• Transductores de inductancia variab
variable
• Transductores de reluctancia variable

Transductores de inductancia y reluctancia variable

Inductancia Variable

Núcleo Magnético en un Campo electromagnético


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INDUSTRIAL

Reluctancia Variable

Núcleo Magnético en un Campo Magnético

Transductores Capacitivos

Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al
desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene
forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas.
Pueden ser de dos tipos:
• Capacidad fijfija
• Capacidad variable


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INDUSTRIAL

Galgas Extensométricas

Se basan en la variación de longitud y de diámetro, por lo tanto de resistencia,
que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una
tensión mecánica por la acción de una presión.
Puente de Wheastone es usado.

Puente de Wheastone

Transductores Piezoeléctricos


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INDUSTRIAL

Son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión,
general una señal eléctrica.

Medidores de torsión

Se dice que una barra esta en torsión cuando esta rígidamente sujeta en uno de sus
extremos y torcida en el otro extremos y torcida en el otro extremo por un par mecánico
o torque (t(=fd)) aplicar en un plano perpendicular al eje de la barra
barra.
EFECTOS DE LA TORSION
Los efectos de la carga tors
torsional aplicados a una barra son:
1.-Impartir un desplazamiento angular en la sección transversal de un extremo
Impartir
con respecto al otro.
2.- Registrar un esfuerzo cortante sobre cualquier sección transversal de la
barra perpendicular a su eje.
MOMENTO DE TORSION ON
Ocasionalmente un número de pares actúan a lo largo de un eje. En este caso es
conveniente introducir una nueva cantidad. El momento de torsión para cualquier
sección a lo largo de la barra se define como la suma algebraica de los momentos de los
pares aplicados que yacen a un lado de la sección en cuestión.
La elección del lado siempre es arbitraria.
MOMENTO POLAR DE INERCIA
Para un eje circular hueco de un diámetro exterior Do, y con el orificio circular
concéntrico de diámetro Di, el momento polar de inercia del área de sección transversal.
Que desplegando algebraicamente son:
J = (D2 –D2) (D2 –D2) = J = (D2 +D2) (Do +Di) =(Do -Di)
D2)
ESFUERZO CORTANTE TORSIONAL
Ya sea solido o hueco el eje circular sujeto a un momento de torsión T, el esfuerzo
cortante torsional Ss a una distancia p del centro del eje esta dado por:
orsional
Ss = Tp


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DEFORMACION AL CORTE
Una línea generadora a-b marcada en la superficie de una barra sin carga se moverá a
una posición como la mostrada a-b después de aplicar un momento de torsión T. El
ángulo, medido en radiantes, entre las posiciones final e inicial de la línea generadora se
define como la deformación al corte en la superficie de la barra; la misma definición
podría mantenerse en cualquier punto interior de la barra.
MODULO CORTANTE DE ELASTICIDAD
La razón del esfuerzo cortante Ss entre el ángulo de deformación al corte y es llamado
el modulo cortante de la elasticidad G.
G=Ss
ANGULO DE TORSION
Si un eje de longitud L Está sujeto a un momento de torsión constante T a lo largo de su
longitud.
Entonces el ángulo _ en que un extremo de la barra se tuerse en forma relativa y
respecto al otro es:
φ= TL = 32 T L
GJ = πG D4 –D4)

FRENO DE PRONY
Para medir el momento de torsión y la disipación de potencial se ha usado el freno de
prony (GCFM Riche, barón de prony [1755-1839]) . Este se muestra en la figura 15.6 .
El par o momento de torsión ejercida en el freno del prony lo da la formula T= LL y la
potencial era P=2πTN.

Medidores de esfuerzos mecánicos
Hay distintas clases de fuerzas o ¨esfuerzo que se representa al tratar las propiedades
mecánicas de los materiales .En general, se define el esfuerzo como una fuerza que
actúa sobre el área unitaria en la que se aplica .en la figura 6-3(a) se ilustra los fuerzas
de tensión ,comprensión ,corte, flexión .La deformación unitaria se define como el
cambio de dimensión por unidad de longitud .El esfuerzo se suele expresar en Pa
(pascales)o en psi(libras por pulgadas cuadradas ,por su siglas en ingles ).


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La deformación unitaria no tiene dimensiones y con frecuencia se expresa en pulg/pulg
o en cm/cm.
Al describir el esfuerzo y al deformación unitaria ,es útil imaginar que el esfuerzo es la
causa y la deformación unitaria es el efecto .normalmente ,los esfuerzos de tensión y de
corte se presenta con los símbolos y respectivamente .Las deformaciones de tensión y
de corte se representa con los símbolos £ y _ ,respectivamente .En muchas aplicaciones
sujetas a cargas dinámicas ,intervienen esfuerzos de tensión o de compresión .Los
esfuerzos cortantes o decizallamiento, suelen encontrar en el procesamiento de
materiales en técnicas como la extrusión de polímeros .También se encuentran en
aplicaciones estructurales .0bservese que aun esfuerzo tensión simple, aplicado en una
dirección ,causa un esfuerzo cortante en componentes con otras direcciones (parecidos
al caso descrito en la ley se schmid.
La deformación (unitaria ) elástica se define como una deformación restaurable debido a
un esfuerzo aplicado .La deformación es la ¨elásticas se desarrolla en forma instantánea;
es es decir, se presenta tan pronto como se aplica la fuerza, permanece mientras se
aplica el esfuerzo y desaparece tan pronto como se retira la fuerza .Un material sujeto a
una deformación elástica no muestra deformación permanente ; es decir ,regresa asu
forma original cuando se retira la fuerza o el esfuerzo .imagínate que resorte metálico
rígido se estira una cantidad pequeña y entonces se suelta .Si regresa con rapidez a sus
dimensiones originales, la deformación que se produjo en el resorte era elástica.
En muchos materiales ,el esfuerzo y la deformación elástico siguen una ley lineal. La
pendiente en la porción lineal de la curva esfuerzo y la contra deformación unitaria a
tensión define al modulo de Young o modulo de elasticidad (E)de un material [fig.6-
3(b).Las unidades de E se mide en pascales (pa) o libras por pulgadas cuadrada (psi),las
mismas que las del esfuerzo .En los elastómeros se observa deformaciones elásticas
grandes, como en el hule natural o las siliconas, donde la relación entre esfuerzo y
deformación elásticos no es lineal .
En ellos ,los enormes deformacion elásticas se explica por el enredado y desenredado de
moléculas semejante a resortes (capítulos 15).Al manejar esos materiales ,se usa la
pendiente de la tangente en cualquier valor determinado del esfuerzo o d ela
deformacion ,y se le considera como una cantidad variable que reemplaza al modulo de
Young.[6-3(b)].el inverso del modulo de Young se llama flexibilidad (o capacidad
elástica de deformación) del material. De forma parecida ,se define al modulo de
elasticidad cortante (G) como la pendiente de la parte lineal de la curva de esfuerzo
cortante contra deformacion cortante.
La deformacion permanente en un material se llama deformacion plástica .En este caso,
cuando s e quita el esfuerzo ,el material no regresa a su forma original. La abolladura en
un auto es deformacion plásticas plásticas. Observa que aquí la palabra ¨plastica ¨ no
indica deformación.
En un material plástico o polímero, sino mas bien una clase deformacion en cualquier
material.
La rapidez con que se desarolla la deformacion en unmaterial se define como velocidad
de deformacion (€ o y, respectivamente ,para la velocidad de formación por tensión y
por cortantes).
Un material viscosos es un en cual se desarolla la deformacion durante ciertos tiempo ,y
el material no regresa a su forma original al quitar el esfuerzo. El desarrollo de la
deformacion toma tiempo ,y no esta en fase con el esfuerzo aplicado (es decir , la


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deformacion es plástica)Un material viscoelastico(o anelastico) puede concebirse como
uno cuya respuesta es intermedia entre la de un material elástico.
En un material viscoelastico ,el desaroollo de una deformacion permanente se parece a
un material viscoso .sin embargo ,a diferencia de un material viscoso ,cuando se quita el
esfuerzo aplicado ,parte de la deformacion desaparece después de cierto tiempo.
Una descripción cualitativa del desarrollo de la deformacion en función del tiempo ,e
relación con una fuerza aplicada en los materiales elásticos,viscosos y viscoelastico.En
los materiales viscoelastico mantenidos dajo deformación constante,al pasar el tiempo
,la magnitud del esfuerzo disminuye.
Al tratar materiales fundidos ,liquidos y dispersiones ,como pinturas o geles ,se
requieren una descripción de la resitencia al flujo o corrimiento bajo la acción de un
esfuerzo aplicado y la velocidad de deformacion cortante es lineal el material
newtoniado .

Medidores de dureza
Otra propiedad mecánica que puede ser sumamente importante considerar es la dureza
,la cual es una medida de la resistencia de un material ala de formación plástica
localizada (por ejemplo, una pequeña abolladura o rayadura ).los primeros ensayos de
dureza se basaban en el comportamiento de los minerales junto con una escala
construida según la capacidad de un material para rayar a otro más blando .Un método
cualitativo de ordenar de forma arbitraria la dureza es ampliamente conocido y se
denomina escala de Mohs la cual va desde 1 en el extremo blando para el talco hasta 10
para el diamante .A lo largo de los años se han ido desarrollando técnicas cuantitativas
de dureza que se basaban en un pequeño penetrador que es forzado sobre una superficie
del material a ensayar en condiciones controladas de carga y velocidad de aplicación de
la carga .En estos ensayos se miden la profundidad o tamaño de la huella resultante ,lo
cual se relaciona con un numero de dureza ;cuanto más blando es el material ,mayor y
más profunda es la huella ,y menor es el numero de dureza.las dureza. Las dureza
medidas tienen solamente un significado relativo (y no absoluto),y es necesario tener
precaución al comparar dureza obtenidas por técnicas distintas.
Ensayos de dureza Rockwell
El ensayo de dureza de Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza
debido a que es muy simple de llevar acabo y no requiere conocimientos especiales. Se
puede utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas
combinaciones de penetradores y cargar, lo cual permite ensayar virtualmente cualquier
metal desde el más duro al más blando. Los penetradores son bolas esféricas de acero
endurecido que tienen diámetros de
1/16,1/6,1/4y1/”pulg.(1,588,3,175,6,350y12,70mm)y un penetrador cónico de diamante
(Brale),el cual se utiliza para los materiales más duros .
Con este sistema ,se determina un numero de dureza a partir de la diferencia de
profundidad de penetración que resulta al aplicar primero una carga inicial pequeña y
después una carga mayor ;la utilización de la carga pequeña aumenta una exactitud de la
medida .Basándose en la magnitud de las cargas mayores y menores ,existen dos tipos
de ensayo :Rockwell y Rockwell superficial .En el ensayo de Rockwell ,la carga de
menor es de 10kg, mientras las cargas mayores son 60,100y150kg.cada escala está
representada por una letra del alfabeto ;en las tablas 6.4y 6.5ª se indican varias formas.


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Esta escala junto con los penetradores y cargas correspondiente .para ensayos
superficiales, la carga menor es de 3kg, mientras que el valor de la carga mayor puede
ser 15,30 o 45kg.esta escala se identifica mediante un numero (15.30 o 45 según la
carga )y una letra (N,T,W,o Y, según el penetrador).Los ensayos superficiales se
realizan frecuentemente en probetas delgadas .La tabla 6.5b presenta varias escalas de
dureza superficiales.
Cuando se especifican dureza Rockwell y superficiales ,debe indicarse, además del
numero de dureza , el símbolo de la escala utilizada .la escala se designa por el símbolo
HR seguido por una identificación de la escala ,por ejemplo,80HRB representa una
dureza Rockwell de 80 en la escala B,y60 HR30W indica una dureza superficial de 60
en las escalas 30W.
Para cada escala las durezas pueden llegar a valores de 130; sin embargo a medida que
la dureza alcanza valores superiores a 100 o inferiores a 20 en cualquier escala , estos
son pocos exactos; debido a que las escalas se solapan en esta situación es mejor utilizar
la escala vecina más dura o vecina más blanda respectivamente
También se producen inexactitudes si la muestra es demasiado delgada, si la huella se
realiza demasiado cerca de un borde, o bien si dos huellas están demasiado próximas .El
espesor de la probeta debe ser por lo menos alrededor de 10 veces la profundidad de la
huella, también debe haber un espacio de tres diámetros de huella entre el centro de una


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huella y el borde de la probeta, o bien con el centro de la otra indentacion. Además los
ensayos de probeta apiladas una sobre otra no es recomendable. La exactitud también
depende de si la dureza se toma sobre una superficie perfectamente lisa.
Los equipos modernos para la medida de la dureza Rockwell, esta automatizados y son
de muy fácil utilización; la dureza es medida directamente, y cada medida requiere
únicamente unos pocos segundos.
Los equipos modernos de ensayo también permiten la variación del tiempo de
aplicación de la carga .Esta variable debe ser considerada al interpretar los resultados de
los ensayos de dureza.
Ensayo de dureza de Brinell
En los ensayo de dureza de brinell .así como en las dureza de Rockwell, se fuerza un
penetrador duro esférico en la superficie del metal a ensayar .El diámetro del penetrador
de acero endurecido (o bien de carburo de tungsleno)es de 10,00mm(0,394pulg).Las
cargas normalizadas están comprendidas entre 500y 3000kg en incremento de
500kg:durante un ensayo ,la carga se mantiene constante durante un tiempo
especificado (entre 10 y 30s).Los materiales más duros requieren cargas mayores .El
numero de dureza brinell.HB,es una función de tanto la magnitud de la carga como del
diámetro de la huella resultante (véase la tabla 6.4).Este diámetro se mide con una lupa
de pocos aumentos ,que tienen una escala graduada en el ocular.
El diámetro medido entonces convertido a un numero HB aproximado usando una tabla;
en esta tecnica solamente se utiliza una escala.
Los requerimientos de espesor de la muestra, de posición de la huella (relativa a los
bordes de la muestra) y de separación mínima entre huellas son los mismos que en los
ensayos Rockwell .Además, se necesita una huella bien definida, lo cual exige que la
superficie sobre la cual se realiza la huella sea perfecta lisa.
Ensayo de micro dureza vickers y knoop
Otra dos técnicas de ensayo son la dureza knoop y la dureza vickers (también a veces
denominas pirámide).En estos ensayos, un penetrador de diamante muy pequeño y de
geometría piramidal es forzado en la superficie de la muestra .Las cargas aplicadas
,mucho menores que en las técnicas Brinell y Rockwell ,están comprendidas entre 1y
1000g.La marca resultante se observa al microscopio y se mide; esta medida entonces
convertidas en números de dureza (tabla 6.4)es necesario que la superficie de la muestra
haya sido preparada cuidadosamente (mediante desbaste y pulido)para poder asegurarse
una huella que pueda ser medida con exactitud.
Las durezas knoop y vickers se designan por Hk y HV, respectivamente, y las escalas de
dureza para ambas técnicas son aproximadamente equivalente. Las técnicas knoop y
vickers se consideran ensayos de micro dureza debido A la magnitud de la carga y al
tamaño del indentador .Ambas son muy convenientes para la medida de dureza de
pequeñas regiones seleccionadas en la superficie de la muestra ;además ambas técnicas
knoop y vickers son utilizadas para el ensayo de materiales frágiles ,tales como las
cerámicas.


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Conversión de la dureza
Es muy conveniente disponer de métodos para convertir la dureza de unas escalas a otra
.Sin embargo, puesto que la dureza no es una propiedad del material muy bien definida
,y debido a las diferencias experimentales de cada técnicas , no se ha establecido un
método general para convertir las durezas de una escala a otra .Los datos de conversión
han sido determinados experimentalmente y se han encontrado que son dependientes del
tipo de material y de las características .La escala de conversión más fiable que existe es
la que corresponde a aceros .Estos dato se presentan en la figura 6.17para las durezas de
knoop y brinell y de las dos escalas de Rockwell;también se incluye la escala de Mohs
,como resultado de lo que se ha dicho anteriormente debe tenerse mucho cuidado al
extrapolar estos datos a otras sistemas de aleaciones.
Correlación entre dureza y la resistencia a la tracción


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Tanto la resistencia a la tracción como la dureza son indicadores de la resistencia de un
metal a la deformación plástica. Por consiguiente, estas propiedades son, a grandes
rasgos, proporcionales ,tal como se muestra en la figura .18 para la resistencia a la
tracción en función de la HB en el caso de la fundición,aceros y latones.Tal como se
indica en la figura 6.18, la relación de proporcionalidad no es la misma para todos los
metales .Como regla general ,para la mayoría de los aceros ,el numero HB y la
resistencia a la tracción están relacionados de acuerdo con:
Ts (psi)=500Xhb (6.19a)

Ts (MPa)=3,45Xhb (6.19b)

Los ensayos de dureza se realizan con mucha mayor frecuencia que cualquier otro
ensayo por varias razones:
1. Son sencillo y baratos, y ordinariamente no es necesario preparar una muestra
Especial

MAQUINA DE MEDICION POR COORDENADAS.
La Máquina de Medición por Coordenadas (CMM) puede ser definida como "una
máquina que emplea tres componentes móviles que se trasladan a lo largo de guías con
recorridos ortogonales, para medir una pieza por determinación de las coordenadas X, Y
y Z de los puntos de la misma con un palpador de contacto o sin él y sistema de
medición del desplazamiento (escala), que se encuentran en cada uno de los ejes".
Como las mediciones están representadas en el sistema tridimensional, la CMM puede
efectuar diferentes tipos de medición como: dimensional, posicional, desviaciones
geométricas y mediciones de contorno.
Los procedimientos de medición y procesamiento de datos de las CMM, poseen una
serie de características que se describen a continuación: Primeramente se tiene un
sistema de posicionamiento que provoca que el palpador alcance cualquier posición en
X, Y o Z; este sistema de posicionamiento ser accionado a través de unos motores, que
a su vez, poseen unos codificadores ópticos rotatorios, los que producirán una señal
adecuada para activar un contador que incrementar su número en relación a la posición
del eje con respecto de su origen.
En este sistema como en otros es de primordial importancia la existencia de un origen
para poder determinar la posición.
El sistema dispondrá además de un palpador que al ser accionado, hará que los datos del
contador del sistema de posicionamiento sean trabajados por la unidad principal de la
CMM y sean transformados en coordenadas X, Y y Z y además se apliquen las fórmulas
programadas para después desplegar los datos en una pantalla de cristal líquido.
El sistema también posee una palanca de control que accionar directamente los
servomotores provocando un desplazamiento manual de cada uno de los ejes.
Este sistema CMM en particular poseer teclado para introducción de datos, un monitor
que proporcionar la visualización de ellos ya sea que se introduzcan o se generen por la
CMM.
Como se mencionó anteriormente el palpador que se encuentra en el extremo inferior
del eje Z, se accionar al toque de la pieza que se desea medir.


117



La particularidad de este sistema CMM es su configuración a base de un
microcontrolador de Motorola, el MC68HC711E9, que proporcionar el control y
desarrollo del manejo de dicho sistema.
Utilizando el sistema de desarrollo, es decir, el M68HC11EVBU conectado a un
circuito de expansión nos da mayor versatilidad a nuestro fin, ya que es la única
limitante por la baja cantidad de memoria RAM que posee.
Las Máquinas de Medición por Coordenadas (MMC) son instrumentos que sirven para
realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de la regularidad geométrica de
objetos con forma simple o compleja.
Las hay de distintas dimensiones, tipos, materiales y exactitudes de medición y para
aplicación en laboratorios de metrología, laboratorios industriales y en las líneas de
producción.
Aunque las Máquinas de Medición por Coordenadas son diferentes entre sí,
dependiendo del volumen de medición y la aplicación para las que son fabricadas, todas
operan bajo el mismo principio: el registro de una pieza con una técnica de medición
punto a punto, asignando a cada uno de éstos una terna de coordenadas referido a un
sistema coordenado en 3D; y la vinculación numérica de las coordenadas asignadas a
los puntos, con una geometría espacial completa de la pieza a través de un software de
medición en un equipo de procesamiento de datos.
Los softwares comerciales básicos de MMC cuando menos, manejan los elementos
geométricos regulares como son el punto, la línea, el plano, el círculo, la esfera, el
cilindro y el cono ·
DEFINICIÓN DE MÁQUINA DE MEDIR POR COORDENADAS La
posición de un punto en el espacio está definido, en coordenadas cartesianas, por
los valores relativos de los tres ejes X, Y y Z con respecto a un sistema de
referencia. Usando series de puntos, es posible construir el elemento geométrico
que pase por ellos o que se aproxime al máximo.
Una máquina de medir tridimensional es capaz de definir unívocamente y con
extrema precisión la posición de estos puntos en un espacio tridimensional, y de
calcular los parámetros significativos de las figuras geométricas sobre las que
han sido tomados estos puntos.
Una máquina de medida por coordenadas es pues un instrumento de medida
absoluta de precisión capaz de determinar la dimensión, forma, posición y
"actitud" (perpendicularidad, planaridad, etc.) de un objeto midiendo la
posición de distintos puntos de su propia superficie.
APLICACIONES DE LAS MÁQUINAS DE MEDIR POR
COORDENADAS Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan
para las siguientes aplicaciones:
• Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones teóricas
(expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos de dimensiones,
forma, posición y actitud.
• Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones, forma, posición
y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas características teóricas son
desconocidas.

INSTALACIÓN DE UNA MMC: atención al entorno


118



Los costes asociados a una máquina de medir por coordenadas van generalmente
más allá de la propia máquina. En efecto, la ubicación de la misma y las
condiciones de su entorno deben cumplir diversos requisitos para que los
resultados de la medición sean fiables.
Una MMC puedee ser instalada en distintos ambientes de trabajo, que en mayor
o menor medida estarán bajo la influencia de los siguientes factores externos:
1. Suciedad
a. Ambientes limpios
b. Ambientes contaminados: partículas en suspensión (humedad, aceite, polvo, otras

partículas)
2. Temperatura / humedad
a. Gradientes térmicos temporales
b. Gradientes térmicos espaciales
c. Humedad relativa

3. Vibraciones
a. Frecuencia
b. Amplitud

En función de estas tres variables puede actuarse de distintas maneras. Una de
ellas es utilizar una máquina adecuada, pensada para que su comportamiento sea
inerte frente a alguno de estos parámetros. La otra, acondicionar el ambiente
para dejar la máquina a salvo de estos factores perturbadores.
Para contrarrestar los efectos de las partículas en suspensión puede carenarse la
máquina, o incluso ser presurizada internamente para evitar que penetren las
partículas. Por el contrario, puede aislarse la máquina en una cabina.
En el caso de la compensación térmica se puede hablar de compensación térmica
lineal o compensación térmica estructural. La compensación lineal sólo
considera la variación que puede experimentar el sensor lineal en función de la
temperatura mientras la estructural, más completa, tiene en cuenta el efecto de
las variaciones de la temperatura en la estructura mecánica.
La opción de emplear cabinas con tempertura y humedad controladas depende
del tamaño de la máquina, pues para grandes volúmenes la opción puede
acarrear un coste demasiado elevado, mientras que para volúmenes de unos 100
m2 puede ser la opción más adecuada. Hay que señalar que, para evitar los
gradientes espaciales, es decir, para garantizar que la temperatura sea idéntica en
cualquier punto de la mecánica evitando así deformaciones estructurales, es
preciso conseguir una elevada recirculación del aire.
Para eliminar el efecto de las vibraciones existen dos opciones: emplear una
cimentación o masa sísmica o bien aislar exclusivamente la máquina mediante
elementos antivibrantes activos o pasivos (amortiguadores neumáticos, resortes,
elementos viscosos, etc.). Su utilización depende de las dimensiones de la
máquina, y de la amplitud y frecuencia de las vibraciones. Cuando se plantea la
instalación de una máquina de medir en un ambiente industrial (prensas de
estampación, inyección, líneas de mecanizado, forja, etc.), es conveniente
realizar un estudio detallado de las vibraciones.


119



TRANSDUCTORES
Es un dispositivo al que se aplica una energía de entrada y devuelve una energía de
salida; esta energía de salida suele ser diferente al tipo de energía de entrada. Por
ejemplo, en un medidor de temperatura una espiral metálica convierte la energía térmica
aplicada, en el movimiento mecánico de la aguja del marcador.
Debido a la facilidad con la que se transmite y amplifica la energía eléctrica, los
transductores más utilizados son los que convierten otras formas de energía, como calor,
luz o sonido, en energía eléctrica.
Algunos ejemplos son los micrófonos, que convierten la energía sonora en energía
eléctrica; los materiales fotoeléctricos, que convierten la luz en electricidad, y los
cristales piroeléctricos, que convierten calor en energía eléctrica.
Los aparatos electrónicos para música o sonido se pueden clasificar en los siguientes
grupos: generadores, procesadores, grabadores, reproductores y transductores. Cada uno
de ellos tiene una misión determinada: los generadores producen un sonido, los
procesadores lo modifican, los grabadores lo almacenan en un medio determinado para
su posterior reproducción en los reproductores. Lo que tienen todos en común, es que
operan o producen sonido no como onda de presión, sino como una representación de
esta en forma de fluctuación de tensión eléctrica. El enlace entre ambas se realiza
mediante transductores
Un transductor es un dispositivo que convierte una señal de un tipo de energía en otra.
La base es sencilla, se puede obtener la misma información de cualquier secuencia
similar de oscilaciones, ya sean ondas sonoras (aire vibrando), vibraciones mecánicas de
un sólido, corrientes y voltajes alternos en circuitos eléctricos, vibraciones de ondas
electromagnéticas radiadas en el espacio en forma de ondas de radio o las marcas
permanentes grabadas en un disco o una cinta magnética.
Existen diferentes tipos de transductores electroacústicos que se basan en leyes y
propiedades físicas diferentes. A continuación vamos a describir los más importantes.
Podríamos hacer una lista similar para los denominados transductores electromecánicos,
cuya misión es convertir oscilaciones de ciertos sólidos en oscilaciones eléctricas. Este
tipo de transductores tiene importancia en la construcción de instrumentos musicales
eléctricos.


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