Universidad Tecnológica de Panamá Sede Regional de Azuero Facultad de Ingeniería Civil Licenciatura en Ingenier í ía Civil Código: 7IC131
Laboratorio # 1 Calibración de equipo de laboratorio Materia: Materiales de Construcción y Normas de Ensayo
Integrantes: Fernando Nieto 7-711-984 Franklin Barba 6-717-512 Héctor Espino 7-711-965 Marcos Moreno 6-721-371 Randy Hernández 6-721-1106
Profesor: Francisco Cedeño
Fecha: Martes, 10 de abril del 2018.
Introducción
La metrología y su concepción son tan antigua como la propia humanidad, ya que desde un principio el ser humano tuvo la necesidad de cuantificar todo aquello que lo rodea de tal manera que se pudiese llegar a un gran alcance de entendimiento en lo que se refiere a el uso de esas cantidades con los demás países y llegase así a formar un sistema el c ual le permitiese al hombre cuantificar lo que le rodea para que entre ellos pudiese ser posible el cambio y uso de los mismos para un mayor desarrollo de la comprensión de lo que tenemos. Los científicos y las industrias utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo sus mediciones. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta po tentes microscopios, medidores de láser e incluso avanzadas computadoras muy precisas. La metrología permite asegurar la comparabilidad internacional de las me diciones y por tanto la intercambiabilidad de los productos a esca la internacional. Pero esto no quiere decir que todo lo que usamos para medir sea totalmente exacto, por lo tanto la tecnología se ve obligada a crecer en el ámbito de la medición y cuantificación creando así aparatos más exactos o con menos errores a las anteriores generaciones. Objetivos: La finalidad de esta primera sesión de laboratorio es dar a los alumnos una visión general de los principales conceptos de metrologí a y normalización. El objetivo de 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.
Calibración de equipo de Laboratorio
La calibración corresponde al conjunto de operaciones estableciendo, 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. Para calibrar un instrumento o patrón es necesario disponer de uno de mayor precisión que proporcione el valor convencionalmente verdadero que es el que se empleará para compararlo con la indicación del instrumento sometido a calibración. En un laboratorio acreditado. Su tarea será la de controlar el instrumento con patrones trazables a patrones internacionales o nacionales establecidos, con procedimientos estandarizados y validados. Si fuera necesario, realizará los ajustes necesa rios al instrumento para dejarlo en las condiciones de funcionamiento apropiadas a los requerimientos establecidos o sugerirá dejarlo fuera de servicio, según sea el caso. El servicio contratado estimará el valor convencionalmente verdadero de una medida materializada y los errores de indicación del equipo entre otras características metrológicas, tales como sensibilidad, fidelidad, control del rango de uso, movilidad, error de excentricidad, histéresis, etc. Al finalizar la calibración se debe colocar alguna etiqueta con la indicación “CALIBRADO” y demás indicaciones al efecto. Claramente, siempre qu e se contrate un laboratorio acreditado para este tipo de tarea, habrá que cerciorarse que la incertidumbre de medición que pueda alcanzarse sea la adecuada para el uso previsto del instrumento a calibrar
Sistema Internacional de unidades
Magnitud Física
Unidad
Símbolo
Longitud
Metro
m
Segundo Tiempo
s
Masa
Kilogramo
kg
Intensidad de corriente eléctrica
Amperio
A
Temperatura
Kelvin
K
Cantidad de sustancia
Mol
mol
Intensidad luminosa
Candela
cd
Materiales:
Balanza analítica. Balanza analítica digital. Pie de rey. Arandela.
Cuestionario Previo 1. Describe las características principales de los siguientes instrumentos de medida, balanza analítica, balanza analítica digital, pie de rey y micrómetro. 2. ¿Qué tipo de balanza utilizarías para medir 245 g de cloruro de potasio y 0.2345 g de ferrocianuro de potasio? 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? 4. Si debes confirmar la confiabilidad de una balanza, ¿qué tipo de sistema utilizarías para realizar esta verificación? 5. En que instrumento confiarías más, una balanza analítica digital y una balanza analítica. Explica el porqué de tu decisión. Respuestas 1. Las principales características principales de cada objeto son: Balanza Analítica: Utilizada principalmente para medir objetos pequeños inferiores a los 200 gramos y su precisión. Balanza Analítica Digital: Tiene como característica principal su precisión, Su margen de error es ínfimo, por lo general y sensibilidad. Pie de Rey: Mide principalmente de diámetros exteriores, interiores y profundidades; permitiendo en ella una lectura de fraccionales exactas. Micrómetro: Sirve para valorar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro. 2. Para medir los 245g de cloruro de potasio y 0.2345 g usaríamos la balanza digital que es más exacta. 3. Si la balanza tiene una lectura de 0,3456 la lectura correcta seria 0,345 puesto que la cifra que está variando es el número seis, que dependiendo de que sea mayor de 5 se le agregara un gramo más al 5 y seria 0,346.
4. Haríamos varias pruebas del objeto, para hacer un promedio total, el cual será válido para saber la precisión, si no ha cambiado mucho en todas las pruebas demostrara la confiabilidad. Aunque también habría que revisar factores que influyan en la calibración de la balanza y otros. 5.
Confiaríamos más en una balanza analítica digital, ya que su margen de error es mínimo, tiene mayor precisión con más decimales, que hacen más preciso el cálculo, en cambio en una balanza analítica la cantidad a pesar debe ser mínima.
Procedimiento
1- Divide el plano de la balanza con la que vas a iniciar las mediciones como se muestra en la figura. Se tomó una hoja blanca 8 ½ x 11” y se trazó un plano cartesiano en medio de la misma. 2- Ajustar 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. Al momento de realizar cada repetición pesando el anillo de acero pero antes se ponía la balanza en cero para asegurar una exacta medición. 3- El anillo de acero debe estar perfectamente limpio y seco y debe manipularse únicamente por medio de los guantes de látex. El anillo fue limpiado primero antes de empezar el laboratorio en cada uno de los procedimientos. 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. Se colocaba el anillo de acero en cada uno de los cuadrantes uno a la ves y se tomaba los respectivos pesos, como también se colocó el anillo de acero en medio del plano cartesiano ubicado en el centro de la balanza. 5- Repite el procedimiento de pesado hasta completar diez ciclos. Se realizó cada repetición con sus respectivos pasos, cuidando no alterar los pesos en cada medición.
6- Registra los datos en las tablas correspondientes. Se tomaron cada uno de los datos, y se registraron en la tabla con su respectivo orden.
7- Mide la altura, el diámetro interno y externo del anillo de acero con el pie de rey.
Se procedió a medir cuidadosamente el anillo de acero con el pie de rey, midiendo su altura y sus diámetros interno y externo.
8- Repite el procedimiento de medición hasta completar diez ciclos. Se tomó cada medida del anillo de acero, con su secuencia y proceso.
9- Registra los datos en las tablas correspondientes. Los datos obtenidos al medir el anillo de acero se registraron en las tablas, obteniendo un orden de cada resultado.
Tablas Tabla #1. Resumen de lectura de las mediciones realizadas para el anillo de acero en la balanza analítica digital de mayor capacidad. Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Promedio Desviación estándar Incertidumbre
Cuadrante superior derecho (g) 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 0.0
Cuadrante superior Izquierdo (g) 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 0.0
0.001
0.001
Hora inicial: 8:47 am Hora final: 8:51 am
Cuadrante inferior derecho (g) 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 0.0 0.001
Cuadrante inferior izquierdo (g) 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 0.0 0.001
Centro (g) 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 0.0 0.001
Tabla #2. Resumen de lectura de las mediciones realizadas para el anillo de acero en balanza analítica digital de menor capacidad. Lectura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Promedio Desviación estándar Incertidumbre
Cuadrante superior derecho (g) 29.18 29.17 29.20 29.20 29.17 29.17 29.20 29.18 29.17 29.18 29.182 0.01317
Cuadrante superior Izquierdo (g) 29.19 29.16 29.21 29.18 29.20 29.17 29.17 29.18 29.20 29.18 29.184 0.01578
0.001
0.001
Hora inicial: 8:52 am Hora final: 8:59 am
Cuadrante inferior derecho (g) 29.17 29.18 29.21 29.21 29.20 29.20 29.19 29.16 29.17 29.20 29.189 0.01792 0.001
Cuadrante inferior izquierdo (g) 29.18 29.18 29.20 29.20 29.17 29.16 29.21 29.20 29.20 29.19 29.189 0.01595 0.001
Centro (g) 29.18 29.20 29.20 29.22 29.20 29.20 29.19 29.21 29.18 29.20 29.198 0.01229 0.001
Tabla #3. Resumen de lectura de las mediciones realizadas para el anillo de acero con el pie de rey. Lectura
Altura(mm)
Diámetro interno (mm)
Diámetro externo
1
3.7
24.5
43.9
2
3.7
24.4
44.1
3
3.7
24.6
43.4
4
3.7
24.2
43.6
5
3.7
24.5
44.1
6
3.7
24.5
44.1
7
3.7
24.2
43.4
8
3.7
24.6
43.9
9
3.7
24.2
44.1
10
3.7
24.4
43.9
Promedio
3.7
24.41
43.85
Desviación estándar
0.0
0.16583
0.28382
Incertidumbre
0.1
0.1
0.1
Hora inicial: 8:25 am Hora final: 8:40 am
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 m asa que requieren de una alta exactitud, ¿cuál de los instrumentos analizados en esta práctica utilizarías? 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? 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? 4.
De acuerdo con lo realizado en esta práctica, Describa la diferencia en precisión entre
en las mediciones de masa para instrumentos analizad os en esta práctica. 5.
¿Cuánto es el peso, el volumen y la densidad del anillo de acero con sus errores?
Respuestas: 1. Al requerir mediciones de masas en intervalos pequeños como 1 mg, al igual que conseguir una alta exactitud. El instrumento más indicado seria la balanza digital pequeña ya que nos proporciona mayor precisión y mejor rango de medida. 2. Los cuidados requeridos según lo realizado en esta práctica para obtener resultados más confiables son: poner en 0 la balanza previa a la puesta del objeto a medir, poner el objeto con mucho cuidado en la balanza para no descalibrarla, ubicar el mismo en el centro de la balanza para una mejor precisión ya que este es el punto de trabajo de ella, no mover la superficie donde está montada la balanza. 3. Los cuidados de acuerdo a la práctica realizada con el pie de rey, para medir las dimensiones del objeto (arandela) y así cerciorarse de obtener buenos resultados se debe verificar lo siguiente: la posición del pie de rey digital este en 0 (ya que en ocasiones podría moverse), medir en la posición correcta, no mover el pie de rey y el objeto al momento de tomar la medida y utilizar las partes adecuadas del pie de rey dependiendo la medida que se desea tomar (profundidad, diámetros internos y externos).
4. Según lo realizado en el laboratorio se pudo observar que la balanza pequeña es más
precisa y exacta, ya que posee mayor cantidad de cifras decimales que la balanza grande. Las dos mostraron 29 gramos, pero en la balanza pequeña proporciono 2 cifras decimales 5.
En esta pr áctica de laboratorio tomamos 10 mediciones de masa y el promedio más acertado fue 29.198 gramos (valor promedio de la medición central, balanza pequeña), con una desviación estándar de 0.01229. Las los datos promedio fueron:
Masa: 29.198 gramos Peso: (0.029198 kg x 9.81m/s2) = 0.2864 N Altura: 3.7 mm Diámetro interno: 24.41 mm Diámetro externo: 43.85 mm Volumen: 3.7 mm x 24.41 mm x 43.85 mm= 3960.40045 mm3 = 0.003960 m3 Densidad: ρ=m/V
ρ=29.198g/(
3960.401 mm)= 0.00737 g/mm 3
Conclusión
En base al laboratorio desarrollado en clases, su in terpretación y búsqueda de información, podemos concluir lo siguiente:
Gracias a dichos instrumentos de medición hoy en día es más fácil poder cuantificar las cantidades de cosas que nos rodean de una forma en la que muchos lo acepten y podamos llegar a entender a la hora de usar y dar (o vender) tales cosas de nuestro entorno. Dependiendo del manejo que se tenga y el cuidado con los instrumentos usados en el laboratorio podemos saber con exactitud la medida, ya que de lo contrario al estar los instrumentos mal calibrados o no saber usarlos, se cometerán errores en la hora de obtener la medida. Cada instrumento tiene sus ventajas y desventajas. Al momento de usar la balanza analítica digital para pesar objetos más grandes nos daba solo dos cifras, sin decimales en cambio la balanza analítica digital para pesar objetos pequeños nos dio más decimales. La medición y calibración a lo largo del tiempo ha ido evolucionando, a medida que la tecnologí a avanza nos provee de mayor precisión y certeza de la toma de datos obtenida. Gracias a ello en clase se utilizó instrumentos digitales (pie de rey y las balanzas) que nos proporcionan cantidades exactas de medidas ya sea de masa o dimensiones con un grado de error relativamente bajo, comparado con los instrumentos analí ticos; estos podr í an dar cabida a mayores errores que los digitales.
Referencias http://www.educando.edu.do/articulos/estudiante/uso-de-los-instrumentos-de-medidas-en-ellaboratorio/ http://www.fisica.uson.mx/manuales/mecyfluidos/mecyflu-lab001.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Metrolog%C3%ADa#Objetivo_y_aplicaciones https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades
Anexos
Objeto de estudio (Arandela de metal) digital
Medición de dimensiones con pie de rey
Medición de masa en balanza digital (grande)
Medición de masa en balanza digital (pequeña)
