UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
Metrología 203049A_474 2018-2
Unidad 2 Fase 3
SANDRA ISABEL VARGAS Directora
Presentado por: ADOLFO QUEZADA JOSE EDIER MERA MAURICIO ANDRES VASQUEZ HEIGLER ENRIQUE OSPINO JAIME JOSE JIMENEZ
GRUPO 203049_12
CEAD – Santander Santander de Quilichao Octubre de 2018
Introduccion: Para continuar en la busqueda de la solucion a la problemática planteada al inicio del curso Metrologia 203049A_474 donde se realiza un planteamiento inicial de la variacion de las medidas de capacitancia de un lote de condensadores fabricado, hemos estudiado el contenido de la Unidad 2: Fase 3 donde se investigan algunos conceptos fundamentales que nos ayudara a ir construyendo la solucion que se desea para el problema. Estos temas nos ayudaran a identificar de manera mas coherente donde puede estar la causa de la variavilidad en las medidas del proseso de fabricacion de condensadores y que instrumentos de medida son utiles para detectar dicha anomala; tambien nos muestra que requerimientos deben cumplir los equipos de mediciones involucrados en la fabricacion de condensadores para asegurar la calidad y la confiabilidad en las medidas.
Temáticas a desarrollar: Unidad 2 – Metrología dimensional: Instrumentos de medida, medidas de magnitudes lineales y angulares, medidas de formas y otras características geométricas, Ajustes – tolerancias y patrones de medición
PROBLE MA PLANTEADO
En una empresa fabricante de dispositivos electrónicos,
se estan elaborando
lotes de
condensadores para dispositivos de alta precisión, ultimamente se han recibido reportes de fallas en la coincidencia de la medida de la capacitancia de los condensadores en una misma referencia, las medidas reportadas para un lote de condensadores de 25 microfaradios ( µF ) son:
Medida 1 Medida 2 Medida 3 Medida 4 Medida 5 Medida 6 Medida 7 Medida 8
24.5 Medida 9 23.8 Medida 10 22 Medida 11 24.6 Medida 12 25 Medida 13 28.9 Medida 14 25.1 Medida 15 23 Medida 16
24.4 22.4 25 28 22.4 26 25.4 29.8
Medida 17 Medida 18 Medida 19 Medida 20 Medida 21 Medida 22 Medida 23 Medida 24
24.8 23.9 25.4 22.5 30 24.5 23.2 27.8
El propietario de la empresa desea realizar la medición de estas fallas y determinar en que grado se estan desviando las capacitancias, ya que debe disminuir los errores para garantizar la calidad de los dispositivos fabricados, para ello requiere:
1. Identificar los aspectos basicos de las medidas en su p roceso. 2. Realizar un analisis estadistico para determinar si las fallas son significativas 3. De acuerdo a esto elaborar un plan para reducirlas.
4. Adquirir equipos de medición y establecer protocolos que garanticen la exactitud en las medidas del producto elaborado. Se solicita al grupo de estudiantes analizar el problema y plantear una solución que permita la reducción de errores en el proceso aplicando los conceptos del curso Metrologia. Esto se debe realizar en 6 Fases:
Fase 1 – Leer y analizar el problema planteado Fase 2 – Realizar diagnóstico de necesidades de aprendizaje. Fase 3 - Realizar lluvia de ideas y selección de la idea adecuada para la solución del problema planteado. Fase 4 – Diseñar y ejecutar un plan para solucionar el problema planteado. Fase 5 – Practicar lo aprendido en la búsqueda de la solución del problema planteado mediante el desarrollo del Componente Práctico. Fase 6 – Presentar los resultados y comprobar la solución generada.
Pasos, fases o etapa de la estrategia de aprendizaje a desarrollar
En esta actividad se solicita que los estudiantes desarrollen la Fase 3 - Realizar lluvia de ideas y selección de la idea adecuada para la solución del problema planteado. Actividades a desarrollar El estudiante debe estudiar las temáticas correspondientes a la Unidad 2, y realizar las siguientes actividades:
1. Identificar los instrumentos necesarios para realizar las medidas de magnitudes en el proceso de fabricación de condensadores, y describir brevemente su uso.
Instrumento 1. Reglas de medición
2. Lainas
Imagen
Descripción de su uso La regla, también regla graduada, es un instrumento de medición con forma de plancha delgada y rectangular que incluye una escala de longitud graduada, por ejemplo, en centímetros o pulgadas; es útil para trazar segmentos con la ayuda de un bolígrafo o lápiz, y puede ser rígida, semirrígida o muy flexible, construida de madera, metal y material plástico, entre otros materiales. Su longitud total rara vez llega a un metro de longitud, y la mayoría se construyen de 30 centímetros. Suelen incluir graduaciones de diversas unidades de medida, como milímetros, centímetros y decímetros, aunque también las hay con graduación en pulgadas o incluso en ambas escalas. Es muy utilizada en los estudios técnicos y materias que tengan que ver con uso de medidas, como arquitectura, ingeniería y construcción. Consisten en láminas delgadas que tienen marcado su espesor y que son utilizadas para medir pequeñas aberturas o ranuras. El método de medición consiste en introducir una liana dentro de la abertura, si entra fácilmente, se prueba con la mayor siguiente disponible, si no entra, vuelve a utilizarse la anterior.
3. Medidores Vernier
Es un instrumento para medir longitudes que permite lecturas en milímetros y en fracciones de pulgada, a través de una escala llamada Nonio o Vernier. Está compuesto por una regla fija que es donde están graduadas las escalas de medición ya sea en milímetros, en pulgadas o mixtas.
4. Micrómetros
El micrómetro, que también es denominado tornillo de Palmer, calibre Palmer o simplemente 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). Para proceder con la medición posee dos extremos que se aproximan progresivamente. El tornillo micrométrico es un tornillo de rosca fina que dispone en su contorno de una escala grabada, la cual puede incorporar un nonio. La longitud máxima mensurable con el micrómetro de exteriores es normalmente de 25 mm, si bien también los hay de 0 a 30, siendo por tanto preciso disponer de un aparato para cada rango de tamaños a medir: 0-25 mm, 25-50 mm, 50-75 mm, etc. Además, suele tener un sistema para limitar la torsión máxima del tornillo, necesario, pues al ser muy fina la rosca no resulta fácil detectar un exceso de fuerza que pudiera ser causante de una perdida en la exactitud.
5. Goniómetro
El goniómetro o transportador universal es un instrumento de medición que se utiliza para medir ángulos. Consta de un círculo graduado de 180° o 360º, el cual lleva incorporado un dial giratorio sobre su eje de simetría, para poder medir cualquier valor angular. El dial giratorio lleva incorporado un nonio para medidas de precisión. Transportadores Universales (en este caso de Starrett) con vernier, pueden ser leídos precisamente con una aproximación de 5 minutos (5’) ó 1/12 de grado. El cuadrante está graduado a la derecha y a la izquierda del cero, hasta 90 grados. La escala del vernier está también graduada a la derecha y a la izquierda del cero, hasta 60 minutos (60’).
6. Medidor de capacitancia
El capacímetro es un equipo de prueba electrónico utilizado para medir la capacidad o capacitancia de los condensadores. Dependiendo de la sofisticación del equipo, puede simplemente mostrar la capacidad o también puede medir una serie de parámetros tales como las fugas, la resistencia del dieléctrico o la componente inductiva. Un medidor de ESR es un instrumento de medición electrónico diseñado para medir valores de resistencia bajos, como la resistencia serie equivalente (ESR) de los condensadores, por lo general sin necesidad de desconectarlos del circuito al que están asociados.
7. Medidor de ESR
Un condensador electrolítico de tira de aluminio ti ene una ESR relativamente alta que aumenta con la edad, la temperatura, y el rizado de la corriente que se le aplica; esto puede hacer funcionar mal el equipo que lo utiliza. En los equipos más viejos esto tendía a causar zumbidos y degradar el funcionamiento; per o en equipos modernos, en particular, una fuente de alimentación conmutada, es muy sensible a la ESR, y un condensador electrolítico con una ESR alta puede ser causa de que el equipo deje de funcionar o incluso de su destrucción. Este tipo de condensadores se utilizan muy a menudo ya que tienen una muy alta capacitancia por unidad de volumen o peso; típicamente la capacitancia es a partir de un microfaradio, llegando a valores bastante altos.
Funcionamiento: Un medidor de ESR es un instrumento de medición electrónico diseñado para medir valores de resistencia bajos, como la resistencia serie equivalente (ESR) de los condensadores, por lo general sin necesidad de desconectarlos del circuito al que están asociados. Un condensador electrolítico de tira de aluminio tiene una ESR relativamente alta que aumenta con la edad, la temperatura, y el rizado de la corriente que se le aplica;
esto puede hacer funcionar mal el equipo que lo utiliza. En los equipos más viejos esto tendía a causar zumbidos y degradar el funcionamiento; pero en equipos modernos, en particular, una fuente de alimentación conmutada, es muy sensible a la ESR, y un condensador electrolítico con una ESR alta puede ser causa de que el equipo deje de funcionar o incluso de su destrucción. Este tipo de condensadores se utilizan muy a menudo ya que tienen una muy alta capacitancia por unidad de volumen o peso; típicamente la capacitancia es a partir de un microfaradio, llegando a valores bastante altos. Funcionamiento:
1. Investigar los conceptos de ajuste y tolerancia según la ISO, y establecer su relación y aplicación con las medidas de los productos obtenidos en la fabricación de condensadores.
Respuesta/: Las Normas ISO 286 establecen: Un sistema de tolerancias. Un sistema de ajustes. Un sistema de calibres límites para la verificación y control de piezas.
La tolerancia es la cantidad total que le es permitido variar a una dimensión especificada, donde es la diferencia entre los límites superior e inferior especificados. _Las dimensiones deseadas llamadas DIMENSIONES NOMINALES, tienen que ir acompañadas de unos límites, que les definen un campo de tolerancia. _En la producción de materiales existe la necesidad de imponer un análisis cuidadoso para poder eliminar problemas de ensamble. El patrón debe ser el totalmente adecuado ya que determinara el tamaño en sus dimensiones. _Factores que afectan al resultado de lo que se desea obtener: calentamiento de la máquina, desgaste de las herramientas, así como problemas en los materiales, entre otros. _Es importante que se admitan algunas variaciones en las dimensiones especificadas tomando en cuenta que no alteren los requerimientos funcionales que se procuran satisfacer. 2
Al tratar este tema de Tolerancias, tendremos en cuenta los conceptos siguientes: Cota Nominal.Es el valor dimensional que se nos pide en el plano. Línea de Referencia.- Es la línea que corresponde a la Cota Nominal. Magnitud de Tolerancia.- Es la diferencia de las medidas de la Cota Máxima con la Cota Mínima. Para que una pieza, pueda considerarse bien fabricada, la medida de ésta debe estar comprendida dentro de d os dimensiones cercanas a la Medida Nominal. Estas dos dimensiones, son la Cota Máxima, y la Cota Mínima. _Otras definiciones: Eje.Llamamos eje a cualquier pieza que deba acoplarse dentro de otra. Agujero.- Llamamos agujero, al alojamiento donde se introduce el eje. 3
Tolerancias ISO. Se debe tener en cuenta 5 características importantes de las Tolerancias ISO. Estas son las siguientes: Posiciones de Tolerancia (PT).-El sistema de tolerancias ISO ha establecido 28 posiciones. Cada posición se denomina por una letra. Se utilizan letras mayúsculas para señalar la posición de la tolerancia en agujeros y letras minúsculas para indicar la posición de la tolerancia en ejes. Grado de Calidad (IT).- EI sistema de tolerancias ISO tiene establecido 18 calidades a las que designa por medio de las siglas IT seguidas de los números 1 al 18.Para una calidad determinada, la tolerancia varía, siendo tanto mayor cuanto más grande es la cota nominal. La calidad IT -1 corresponde a una elaboración de la más alta precisión, mientras que la calidad IT-18 corresponde a una calidad muy basta. Magnitud de Tolerancia (MT).- Es la diferencia de las medidas de la Cota Máxima con la Cota Mínima.
Las ventajas que se obtienen al implementar el sistema ISO son las siguientes:
Intercambiabilidad.- Característica de un sistema de fabricación en el que todas las piezas obtenidas responden a los requisitos fijados de antemano.
Economía de materias primas: menor cantidad de rechazos.
Aumento de la productividad.
Economía de mano de obra correctiva: se evitan los retoques y ajustes manuales en las superficies de asiento.
Facilidad de montaje: no hay dificultades por estar la pieza dentro de la tolerancia. Puede sistematizarse y/o automatizarse la operación.
El criterio fundamental sobre el que se basa la industria moderna es la producción en serie, es decir, la fabricación en grandes cantidades, de piezas de igual forma y dimensiones, con la característica adicional de su intercambiabilidad, esto es, que pueden intercambiarse entre sí sin necesidad de retoque alguno. Estrechamente ligada a la producción en serie, que permite grandes producciones con reducción del costo unitario, está la fabricación de piezas de recambio, o sea, de piezas que deberán sustituir en un conjunto, mecanismo o máquina dados, a los elementos originales rotos o desgastados. Teóricamente,
para
alcanzar
la
intercambiabilidad
sería
necesario que los elementos homólogos tuvieran exactamente las mismas dimensiones. En la práctica esto no es posible, ya sea porque las elaboraciones no alcanzan nunca una precisión absoluta, o ya porque las mediciones de control varían entre los límites de aproximación e incertidumbre de los aparatos de medida. Por dichos motivos se admite siempre un cierto campo de imprecisión. Para que las piezas sean realmente intercambiables, bastará que sus dimensiones estén comprendidas entre unos valores límites, máximo y mínimo, fijados en base a las condiciones de empleo, el grado de precisión requerido y las cotas nominales señaladas en los planos. Cuando no queden satisfechas estas condiciones, debe rechazarse la pieza. La intercambiabilidad, en un sentido más
amplio,
está
basada
además
en
la
tipificación
y normalización de materiales,
tolerancias, tratamientos térmicos, controles de dimensión y de calidad,. Como corolario de todo lo expuesto, se puede decir que para preparar una producción determinada, se debe conocer en todos sus detalles lo que sigue:
Las materias primas, su normalización y racionalización (tamaños, formas y/o tipos disponibles).
Los sistemas de dimensionamiento, ajustes y tolerancias requeridos en la técnica y su normalización para piezas y calibres.
Las máquinas-herramientas en que deberá ejecutarse cada operación del proceso de fabricación.
Las instalaciones complementarias necesarias.
El conocimiento de todas las posibilidades de medición con instrumentos y aparatos de metrología, y su uso racional en la preparación del utillaje y dispositivos auxiliares necesarios, y en la verificación de los calibres (pasa-no pasa) normales y especiales que se necesitan para la producción, deberán complementarse con conocimientos de estadística y control de calidad.
2. Relacionar los patrones primarios, secundarios y de trabajo para las medidas requeridas en el proceso de fabricación de condensadores.
Respuesta/: Patrón primario Patrón que es designado o ampliamente reconocido como poseedor de las más altas cualidades metrológicas y cuyo valor se acepta sin referirse a otros patrones de la misma magnitud.
Con base en el patrón nacional de capacitancia, el alcance de medición cubre un intervalo comprendido entre 1 pF (10-12F) a 1 F.
Para establecer los valores de capacitancia de
1 pF a 100 pF se emplean capacitores de dieléctrico de sálica fundida. Para el valor de 1 nF (10-9 F) se emplean capacitores de dieléctrico de nitrógeno seco, para valores de 10 nF a 1 μF (10-6 F) se utilizan capacitores de dieléctrico de mica, y Para valores de 10μF a 1 F se emplea un capacitor de cuatro terminales cuyo funcionamiento está basado en transformadores de relación. Para realizar el escalamiento a partir del patrón nacional, se utiliza un puente de capacitancia basado en un divisor inductivo de tensión y capacitores de balance, los cuales permiten realizar mediciones con relaciones de 1:1 y 10:1, con una resolución n de 0,1 aF.
Patrón secundario Patrón cuyo valor se establece por comparación con un patrón primario de la misma magnitud. Estos son los laboratorios industriales donde se fabrican los condensadores, y se deben de regir por la medida patrón de capacitancia que es suministrada o regulada por el patrón nacional de capacitancia
Patrón de trabajo Patrón que se utiliza corrientemente para calibrar o controlar medidas materializadas, instrumentos de medida o materiales de referencia. Los patrones de trabajo de capacitancia se pueden obtener en un amplio rango de valores. Por lo general los valores más pequeños son capacitores de aire, mientras que los capacitores más grandes utilizan materiales dieléctrico sólido. Las elevadas constantes dieléctricas y las capas dieléctricas muy delgadas son la base de los patrones más compactos. Los capacitores de nica-placa son excelentes patrones de trabajo, son muy estable y tienen un factor de disipación muy bajo, un coeficiente de temperatura muy pequeño y poco o nada de envejecimiento. Estos tres patrones se relacionan en la fabricación de un condensador
3. De acuerdo a lo investigado en los numerales anteriores, realizar una lluvia de ideas para proponer soluciones al problema plateado.
Respuesta/: Ideas generadas por: Adolfo
Quezada
1. Garantizar que el área las placas de los condensadores fabricados sean iguales 2. Garantizar que la distancia entre las Placas sean iguales 3. Garantizar que los patrones de trabajo y secundarios estén bien calibrados o cumplan con la norma que los regula Ideas generadas por: HEIGLER ENRIQUE OSPINO
Realizar los ajustes a las medidas de microfaradios en los condensadores
Utilizar patrones primarios para la medición de estas.
Reducir la tolerancia de cada medida, para que estos no varíen mucho respecto a la media.
Ideas generadas por: JOSE EDIER MERA
La calibración de los equipos de medición.
Las características del tipo de condensadores a fabricar.
La tolerancia que pueden tener los condensadores a fabricar.
El tiempo entre medidas debe ser de 30 minutos
Ideas generadas por: JAIME JOSE JIMENEZ a. Verificar que los patrones de trabajo y secundarios estén bien calibrados o cumplan con la norma que los regula. b. Controles de Calidad riguroso que garanticen un producto al 100%. c. Revisión y control de las placas de los condensadores fabricados sean iguales. d. Garantizar que las placas manejen un estándar de distancia entre las Placas.
Ideas generadas por:
4. Establecer criterios para evaluar cada una de las ideas generadas y seleccionar como grupo la idea que más se adecua para dar solución al problema planteado.
Respuesta: Una vez conocido el problema que ocurre con la variabilidad en la capacitancia del lote de condensadores, los procedimientos y los equipos que se involucran en la medición y la inspección de la calidad de estos componentes; se generó con todo el grupo una serie de ideas que nos permitirán detectar donde puede estar la falla en este proceso, para esto es necesario tener bien claro que los equipos de medición y de aseguramiento de la calidad estén bien calibrados y estén sujetos a los estándares según la norma lo exija.
Una vez se tengan dentro de los estándares de la norma los patrones secundarios como los patrones de trabajo; se puede analizar los aspectos que tienen que ver con el proceso de producción como tal. Todo lo expresado anteriormente no llevo a seleccionar como idesa principales las siguientes: I.
Garantizar que los patrones de trabajo y secundarios estén bien calibrados o cumplan con la norma que los regula
II.
Garantizar que el área las placas de los condensadores fabricados sean iguales
III.
Garantizar que la distancia entre las Placas sean iguales
IV.
Garantizar que todas las maquinas que están involucradas en el proceso estén en las condiciones deseadas para el proceso, es decir que todos los equipos y las variables cumplan con las exigencias del proceso
Conclucion Con el desarrollo de las actividades propuestas en la guia de actividades de la Unidad 2: Fase 3 del curso Metrologia 203049A_474 se aprende a utiliza los instrumentos y equipos de med ición de tipo dimensional de acuerdo a la magnitud a medir realizando los procesos de ajuste o calibración requeridos. Se realiza la comprencion y la apropiacion de los temas como: Instrumentos de medida, medidas de magnitudes lineales y angulares, medidas de formas y otras características geométricas, Ajustes – tolerancias y patrones de medición
Bibliografia: DocPlayer . (s.f.). Recuperado el 18 de Octubre de 2018, de https://docplayer.es/59717032Tolerancias-y-ajustes.html Escamilla, E. A. (2014). Metrología y sus aplicaciones. Méx ico: Larousse - Grupo Editorial Patria. Pág. 37-87. Recuperado de: https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/detail.action?docID=3227649# Chávez, A. F., Mejía, C. R., & Pacheco, D. G. (2009). Introducción a la metrología dimensional. México: Instituto Politécnico Nacional. Pág 23-76. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/detail.action?docID=3191644# Gallardo, R. F. L. (2012). Técnicas de mecanizado y metrología (uf1213). Pág. 111 – 122. Recuperado https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/detail.action?docID=3211756#
