Metrología y medición

Bloques patrón: uso, cuidado y verificación, con composición de pilas y error por temperatura (con simulador)

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¡Bienvenidos nuevamente al blog de Welectronic! En las hojas anteriores vimos la rugosidad de una superficie y los ajustes y tolerancias entre un eje y un agujero. Todo ese mundo de micrómetros descansa sobre una pregunta incómoda: ¿quién garantiza que el micrómetro, el comparador o el calibre que usamos miden bien? La respuesta de taller es un juego de piezas de acero que parecen simples tacos pulidos: los bloques patrón. Son la referencia de longitud del taller: con ellos se ajustan, se verifican y se calibran los instrumentos. Esta es la hoja 41 de la serie (la ficha impresa lleva el número 91 en el pie) y cubre qué es un bloque, cómo se elige el juego, cómo se adhieren, cómo se comparan longitudes y cómo se limpian y guardan; yo la amplío con los grados de precisión, la composición de pilas, el error por temperatura y la verificación de comparadores y micrómetros.

Qué vas a aprender


Mapa visual del tema

Mapa conceptual de bloques patrón con nodo central y seis ramas: qué es, selección, adherencia, comparación, temperatura y cuidado
Mapa visual de bloques patrón (diagrama original Welectronic).

Un bloque patrón es la forma más práctica de «tener un metro en la mano»: un paralelepípedo de acero endurecido (o carburo, o cerámica) cuyas dos caras de medición, lapeadas, están separadas por una longitud conocida con una incertidumbre del orden de décimas de micrómetro. Con un solo bloque se verifica un instrumento en un punto; con una pila de varios bloques adheridos se construye casi cualquier medida. Nada de eso sirve si el bloque está sucio, caliente, rayado o sin certificado: la medida vale lo que valen la trazabilidad, la temperatura y el cuidado.

Cinco ideas para empezar

  1. Un bloque no «mide»: es una longitud. Se usa para comparar, no para leer una escala.
  2. El certificado es parte del bloque. Sin certificado vigente y trazable, es solo un taco de acero bonito.
  3. Más grado, más precisión y más cuidado. Los grados K y 0 se reservan para calibrar; los 1 y 2 para trabajar.
  4. 20 °C o nada. Una pieza y un bloque a distinta temperatura dan un error que supera la tolerancia del bloque.
  5. Pocos bloques, mejor. Cada bloque añadido suma incertidumbre y una película de adherencia.

1. Qué es un bloque patrón

Ficha: qué es un bloque patrón; patrones de longitud de alta precisión para ajustar, verificar y calibrar instrumentos; calibrados y trazables a estándares nacionales o internacionales; bloques marcados 50, 20, 10 y 5; superficies de medición lapeadas con alta planicidad y paralelismo; marcado láser con tamaño y número de serie; acero estable y resistente al desgaste; temperatura de referencia 20 grados Celsius cuando la norma aplique
Qué es un bloque patrón. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Los bloques patrón (en inglés gauge blocks o slip gauges) fueron ideados por el sueco Carl Edvard Johansson hacia 1896–1901: pulió dos caras de un bloque de acero tan planas y paralelas que, al deslizarlas una contra otra, se «pegaban». Su juego permitió construir casi cualquier medida con pocas piezas y se convirtió en la base de la intercambiabilidad industrial. Hoy están normalizados internacionalmente por ISO 3650 (en Estados Unidos, ASME B89.1.9).

1.1 Anatomía de un bloque

1.2 Materiales

MaterialDilatación α (µm/m·°C), orientativaVentajaInconveniente
Acero endurecido11,5Se dilata como las piezas de acero; económicoSe oxida; hay que protegerlo
Carburo de tungsteno4 a 5Muy resistente al desgaste; no se oxidaSe dilata distinto del acero; caro
Cerámica (circonio)9 a 10Resistente al desgaste y a la corrosión; dilatación cercana a la del aceroFrágil ante golpes

1.3 Trazabilidad: de dónde sale la longitud

Cadena de trazabilidad en escalera: definición del metro, instituto nacional de metrología, laboratorio acreditado, bloques de taller e instrumentos y piezas, con una flecha que indica que cada eslabón suma incertidumbre
Cadena de trazabilidad de un bloque patrón (diagrama original Welectronic).

La ficha dice «calibrados, trazables a estándares nacionales o internacionales». Trazabilidad significa una cadena ininterrumpida de comparaciones, cada una con su incertidumbre documentada, que une el bloque con la definición del metro (realizada con luz láser de longitud de onda conocida). Un laboratorio nacional de metrología calibra por interferometría los bloques de referencia; un laboratorio acreditado calibra los de la empresa comparándolos con aquellos; y el taller calibra sus micrómetros y comparadores con sus bloques. Si un eslabón falta o está vencido, la cadena se rompe aunque el bloque «se vea perfecto».

Corrección técnica 1 (sección 1): la ficha pone «20 °C cuando la norma aplique», como si fuera optativo. La temperatura de referencia de las dimensiones geométricas es siempre 20 °C (ISO 1); lo que cambia es cuánto error se tolera por no estar a esa temperatura. Además, «calibrado» no basta: hace falta un certificado vigente y los datos del bloque (desviación de longitud real) dentro de la validez del intervalo de calibración. Y el material no es solo «acero»: también se fabrican bloques de carburo de tungsteno y de cerámica, que se dilatan de forma distinta.

2. Selección del conjunto

Ficha: selección del conjunto; elegir el conjunto según el rango de medidas y las tolerancias requeridas; los conjuntos típicos incluyen bloques en medidas cortas y largas; estuche de madera con bloques; verificar que el conjunto esté completo y sin daños, confirmar el certificado de calibración y trazabilidad, seleccionar grados y tolerancias adecuados a la aplicación y manejar los bloques con cuidado para evitar golpes y rayaduras
Selección del conjunto. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Los bloques se venden en juegos dentro de un estuche. El juego métrico más difundido tiene 87 bloques, organizados en cuatro series aritméticas:

SeriePasoMedidas (mm)Bloques
10,001 mm1,001 a 1,0099
20,01 mm1,01 a 1,4949
30,5 mm0,5 a 9,519
410 mm10 a 10010
Total87

Con ese juego se componen centenares de miles de medidas distintas, de milésima en milésima. Existen también juegos de 47, 32, 112 o 122 piezas, y juegos especiales de bloques largos (125 a 1000 mm) y de protectores (bloques de 2 mm que protegen los extremos de la pila del desgaste).

2.1 Grados de precisión: K, 0, 1 y 2

La norma ISO 3650 define cuatro grados según cuánto puede desviarse la longitud real de la nominal (±te) y cuánto puede variar la longitud dentro del bloque (v, que mide el paralelismo). Valores a 20 °C, en µm:

Longitud nominal (mm)K ±te / v0 ±te / v1 ±te / v2 ±te / v
0,5 a 100,20 / 0,050,12 / 0,100,20 / 0,160,45 / 0,30
más de 10 a 250,30 / 0,050,14 / 0,100,30 / 0,160,60 / 0,30
más de 25 a 500,40 / 0,060,20 / 0,100,40 / 0,180,80 / 0,30
más de 50 a 750,50 / 0,060,25 / 0,120,50 / 0,181,00 / 0,35
más de 75 a 1000,60 / 0,070,30 / 0,120,60 / 0,201,20 / 0,35

(En Estados Unidos, ASME B89.1.9 emplea otra denominación, con los grados 0,5, 1, 2 y 3; no son equivalentes uno a uno con los de ISO.)

2.2 Cómo elegir el grado: relación de precisión

Regla de la metrología de taller: el patrón debe ser mucho más exacto que lo que se verifica. Una relación mínima habitual es 4 a 1 y la deseable es 10 a 1 entre la tolerancia del instrumento y la incertidumbre del bloque. Un micrómetro de exteriores de 0 a 25 mm con error permitido de ±4 µm pide bloques de ±0,4 µm o mejor para llegar a 10:1: el grado 1 (±0,30 µm a 25 mm) cumple, el grado 2 (±0,60 µm) solo llega a 6,7:1.

Corrección técnica 2 (sección 2): la ficha dice «seleccione grados y tolerancias adecuados» pero no nombra ningún grado, y en la práctica es la decisión más importante: sin conocer K, 0, 1 y 2 no se puede aplicar la relación de precisión. Tampoco menciona que el certificado caduca: hay que confirmar la fecha de calibración y recalibrar el juego a intervalos definidos según el uso (a menudo de uno a tres años; el intervalo depende de la frecuencia de uso y de la política de calidad de la planta). Y «conjunto completo» incluye los protectores, si el juego los lleva.

3. Adherencia de bloques

Ficha: adherencia de bloques; fenómeno de atracción molecular entre superficies lapeadas; es un efecto técnico, no es pegamento; esquema con flechas de presión sobre dos bloques; pasos: limpie las superficies antes de unir, alinee las caras cuidadosamente, deslice suavemente para expulsar el aire, separe con un movimiento lateral, nunca levante; mano enguantada uniendo dos bloques
Adherencia de bloques. Fuente: ficha técnica Welectronic.

La adherencia (en inglés wringing) es la propiedad que permite construir pilas: dos bloques lapeados, apoyados con una presión ligera y un pequeño deslizamiento, quedan unidos con una fuerza que puede superar los 300 N (decenas de kilogramos), pese a que no hay pegamento ni imán. Se explica por la combinación de dos efectos: una película extremadamente fina de aceite o de humedad (de pocas decenas de nanómetros) que llena las irregularidades y actúa por tensión superficial, y las fuerzas de atracción molecular entre dos superficies casi perfectamente planas. El mecanismo exacto sigue siendo estudiado, pero no es un simple vacío.

3.1 Por qué no es succión de vacío

Un ejemplo numérico lo aclara. Un bloque rectangular de 9 × 35 mm tiene unos 315 mm² de contacto. Si fuera succión total, la presión atmosférica (0,1 MPa) daría solo 0,1 × 315 ≈ 31 N. Pero los bloques bien adheridos soportan del orden de 300 N, diez veces más. Por eso la explicación debe incluir la película y las fuerzas moleculares, y se ha observado adherencia también con presión reducida.

Adherencia en tres tiempos: limpiar y cruzar los bloques, presionar y girar hasta alinear las caras y pila adherida con una película de 0,02 a 0,03 micrómetros entre ambos
Cómo se adhieren dos bloques: tres tiempos (diagrama original Welectronic).

3.2 Método correcto, paso a paso

  1. Limpiar las caras con un paño sin pelusa y un solvente adecuado; dejar que se evapore.
  2. Revisar que no haya rebabas ni rayaduras (si hay una, no adherirá bien: puede pasarse con cuidado una piedra de lapear fina o un plano óptico).
  3. Apoyar el primer bloque en cruz sobre el segundo, con una presión ligera, sin golpes.
  4. Deslizar y girar suavemente hasta que las caras queden alineadas; se siente una resistencia creciente.
  5. Comprobar que quedaron adheridos: no deben separarse al levantar el de arriba.
  6. Separar con un deslizamiento lateral, nunca tirando en vertical.

3.3 El efecto sobre la medida

La película de adherencia tiene un espesor del orden de 0,02 a 0,03 µm por cada unión y su valor se considera, según la norma, dentro de la longitud certificada de cada bloque (que se calibra adherido a una placa auxiliar). En una pila de n bloques hay n − 1 uniones, y sus películas suman unas centésimas de micrómetro: despreciable frente a la tolerancia de los grados 0 a 2, pero no frente a una calibración de grado K. Una unión mal hecha, con polvo, puede añadir varios micrómetros: por eso se limpia siempre.

Corrección técnica 3 (sección 3): la ficha dice que la adherencia es «atracción molecular» y que el deslizamiento sirve «para expulsar el aire». Es una simplificación: la adherencia combina la película de líquido y la atracción molecular; no es una ventosa de vacío (la presión atmosférica solo explicaría unos 31 N, y se miden unos 300 N). El deslizamiento sirve sobre todo para repartir y exprimir el exceso de película y alinear las caras. Falta además el método de la cruz (apoyar los bloques cruzados y girar) que protege las caras, y la advertencia de que los bloques no se dejan adheridos mucho tiempo (corrosión por contacto y dificultad para separarlos).

4. Comparación dimensional

Ficha: comparación dimensional; los bloques patrón se usan para verificar instrumentos comparando longitudes; asegurarse de que el instrumento esté limpio, estabilizado térmicamente y sin carga lateral; pasos: seleccionar la longitud del bloque, colocar el bloque en la superficie de referencia, realizar la medición sin forzar el palpador, comparar la lectura con el valor nominal; comparador de carátula sobre una pila de bloques; medición correcta con el palpador perpendicular y medición incorrecta con el instrumento inclinado
Comparación dimensional. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Un comparador de carátula (o de pluma, o un palpador electrónico) no mide longitudes absolutas: mide el desplazamiento de su palpador respecto de un punto de partida. Para usarlo en una medición se monta en un soporte rígido sobre una superficie de referencia (granito o plano de fundición), se coloca debajo una pila de bloques con la medida deseada y se pone la aguja en cero: esa es la referencia. Se retira la pila, se coloca la pieza y la lectura es la diferencia entre la pieza y la pila (por ejemplo +12 µm significa 12 µm más larga).

Comparación con pila de bloques: en el primer paso la aguja del comparador se pone a cero sobre la pila; en el segundo paso se mide la pieza y la lectura es la diferencia con la pila
Comparar con bloques: cero con la pila, después la pieza (diagrama original Welectronic).

4.1 Dos usos que no hay que confundir

4.2 Qué se evalúa

Para un comparador de 0,01 mm de resolución y 10 mm de recorrido es común exigir un error total del orden de 15 µm y una histéresis de unos 5 µm (valores de referencia: el criterio exacto lo fijan la norma de fabricación y la planta).

4.3 Condiciones de la medición

Corrección técnica 4 (sección 4): los cuatro pasos de la ficha mezclan los dos usos. «Compare la lectura con el valor nominal» solo vale para verificar el instrumento; para medir una pieza hay que poner el cero con la pila y leer la diferencia. Falta, además, la instrucción de poner a cero antes de colocar la pieza, la de verificar en subida y bajada y la regla de que el error que crece con el recorrido no se corrige con el cero. «Estabilizado térmicamente» merece números: ver la sección siguiente.

5. La temperatura: el enemigo silencioso

La longitud de un metal depende de la temperatura: ΔL = α · L · ΔT. Para el acero (α ≈ 11,5 µm/m·°C) una pieza de 100 mm cambia 1,15 µm por cada °C, una cifra mayor que la tolerancia de un bloque grado 0 de esa longitud (±0,30 µm). Si un bloque y una pieza se dilatan igual (mismo material y misma temperatura), la comparación sigue siendo correcta; el error aparece cuando no están a la misma temperatura o no son del mismo material.

Gráfico del error de longitud en micrómetros frente a la diferencia de temperatura con 20 grados para bloques de acero de 25, 100 y 200 milímetros, con rectas de pendiente 0,0115 micrómetros por milímetro y por grado y la tolerancia de un bloque de grado 0 de 25 milímetros marcada
Error por temperatura en bloques de acero (diagrama original Welectronic).

La diferencia aparente entre una pieza y un bloque, ambos de nominal L, es:

δ = L · (αpieza · (Tpieza − 20) − αbloque · (Tbloque − 20))

con L en mm, α en µm/m·°C y δ en µm tras dividir entre 1000. De aquí salen reglas de taller muy concretas:

6. Componer una pila

La ventaja del juego de 87 bloques es que casi cualquier medida con tres decimales se obtiene con cuatro o cinco bloques. El método es sistemático: se resta, en este orden, el decimal más fino primero.

  1. Milésimas: si la última cifra no es cero, se toma el bloque 1,00x que la elimina.
  2. Centésimas: el bloque 1,xx de la serie 1,01–1,49 que deja un resto terminado en 0 o en 5 décimas.
  3. Medios: el bloque de la serie 0,5–9,5 que deja un resto múltiplo de 10 mm.
  4. Decenas: los bloques de 10 a 100 mm necesarios, empezando por los mayores.

Ejemplo clásico: 178,231 mm = 1,001 + 1,23 + 6 + 70 + 100 (cinco bloques). Y el de la imagen, 63,847 mm:

Pila de 63,847 milímetros formada por un bloque de 60, uno de 1,5, uno de 1,34 y uno de 1,007, con los cuatro pasos de resta y la longitud total acotada
Pila de 63,847 mm con el juego de 87 bloques (diagrama original Welectronic).

6.1 Reglas de buena práctica

6.2 Cuánto error se acumula

El peor caso es la suma directa de las tolerancias de cada bloque (Σ te). La combinación estadística, más realista, es la raíz de la suma de cuadrados. Para la pila de 63,847 mm en grado 0: 3 × 0,12 + 0,25 = 0,61 µm en el peor caso y √(3 · 0,12² + 0,25²) = 0,33 µm estadístico. En grado 2: 2,35 µm y 1,27 µm. Esta es la razón por la que, para calibrar, se usan pilas cortas de grado 0 o K.

7. Limpieza y almacenamiento

Ficha: limpieza y almacenamiento; la limpieza y el almacenamiento adecuados mantienen la precisión y prolongan la vida útil; limpie con paño libre de pelusa y solvente adecuado; guarde los bloques ligeramente separados para facilitar su uso; almacene en su estuche original, en lugar seco y protegido del polvo; evite el calor de las manos, sujete por los bordes; no deslice sobre superficies rugosas; inspeccione regularmente en busca de rayaduras y rebabas
Limpieza y almacenamiento. Fuente: ficha técnica Welectronic.

7.1 Después de cada uso

  1. Separar las pilas deslizando lateralmente; no dejarlas adheridas.
  2. Limpiar cada bloque con un paño sin pelusa y un solvente adecuado (por ejemplo alcohol isopropílico o un limpiador específico).
  3. Proteger con una película muy fina de aceite o vaselina neutra apta para bloques, y secar el exceso.
  4. Guardar en su alveolo del estuche, cerrado, en un lugar seco, sin polvo y sin variaciones de temperatura.

7.2 Qué evitar

7.3 Inspección periódica

Se revisan las caras con un plano óptico (un disco de vidrio o cuarzo muy plano): al apoyarlo sobre un bloque limpio aparecen franjas de interferencia; si son rectas y paralelas, la cara está bien; si se curvan o se rompen, hay rebaba, rayadura o desgaste. Las rebabas se eliminan con cuidado con una piedra de lapear fina; un bloque rayado o desgastado se retira o se manda a recuperar y recalibrar.

Corrección técnica 5 (sección 5): la ficha dice «guarde los bloques ligeramente separados» y dibuja una pila escalonada: son dos ideas distintas. En el estuche cada bloque va en su alveolo, sin tocar a los demás; una pila escalonada es la posición de uso, no de almacenamiento. Falta la película protectora (el acero sin protección se oxida con la humedad de las manos), la advertencia de no dejarlos adheridos y la recalibración periódica. «Solvente adecuado» no debe ser agua ni un disolvente agresivo que deje residuos.

8. Recomendación técnica

Ficha: recomendación técnica; usar siempre bloques patrón calibrados y trazables; mantener la temperatura de referencia cuando la norma aplique; evitar el calor de las manos y superficies con rebabas; la disciplina en el uso y cuidado garantiza mediciones confiables
Recomendación técnica. Fuente: ficha técnica Welectronic.

La recomendación es correcta en el fondo y se resume en tres palabras: trazable, a 20 °C y limpio. Dos matices para aplicarla bien: la temperatura no se «mantiene» solo en la sala, sino que se iguala en pieza, instrumento y bloque; y las rebabas se detectan antes de adherir, no después.

Corrección técnica 6 (recomendación): «mantenga la temperatura de referencia cuando la norma aplique» debe leerse como «iguale las temperaturas de bloque, pieza e instrumento, idealmente a 20 °C» (ver la sección 5), y «superficies con rebabas» incluye también las del propio bloque y las de la superficie de referencia, que se comprueban con plano óptico. La ficha tampoco indica el intervalo de recalibración del juego.

9. Procedimientos paso a paso

9.1 Preparar un puesto de comparación

  1. Sacar bloques, pieza y comparador y dejarlos estabilizar en el local.
  2. Limpiar la superficie de referencia y el palpador.
  3. Componer la pila (sección 6) y adherirla con el método de la cruz.
  4. Colocar el comparador en su soporte rígido, perpendicular, con una precarga ligera.
  5. Poner el cero sobre la pila; comprobar dos veces la repetición del cero.
  6. Medir la pieza; leer con el ojo frente a la aguja (sin paralaje).

9.2 Verificar un comparador de carátula

  1. Escoger cinco puntos repartidos en el recorrido (1; 2,5; 5; 7,5; 10 mm).
  2. Colocar cada bloque o pila en subida y anotar la lectura; después en bajada.
  3. Calcular el error (lectura − nominal) en cada punto.
  4. Calcular el error total (mayor − menor) y la histéresis máxima.
  5. Comparar con el criterio y registrar; si no cumple, ajustar o retirar el instrumento.

9.3 Verificar un micrómetro de exteriores

  1. Cerrar el micrómetro y revisar el cero (tope sin pieza); corregir si no marca cero.
  2. Medir bloques de varias longitudes distintas (por ejemplo 2,5; 5,1; 7,7; 10,3; 12,9; 15; 17,6; 20,2; 22,8 y 25 mm) para recorrer varios puntos de la rosca y de las vueltas.
  3. Con cada bloque, apretar con el trinquete (presión de medida constante) y leer.
  4. Calcular el error de cada punto y compararlo con el error máximo permitido (por ejemplo ±4 µm en un micrómetro de 0 a 25 mm, valor a confirmar con la norma de fabricación).
  5. Revisar también el paralelismo de los topes (con plano paralelo óptico) si el instrumento lo exige.

10. Casos reales de planta

Caso 1: el comparador que «medía bien» solo al principio

En el control de ejes de una línea, el comparador daba lecturas correctas en el cero y descuadradas cuando la pieza medía unos milímetros más. Con una pila de cinco bloques se vio un error de +3 µm en 1 mm que crecía hasta +19 µm a 10 mm: error de escala por desgaste de la cremallera. Poner el cero cada vez no lo corregía; el instrumento se cambió.

Caso 2: la pila «sudada»

Un operario armaba pilas con la mano desnuda y las dejaba sobre la máquina mientras cortaba. Las piezas salían 3 a 5 µm distintas de las del turno siguiente. Con guantes, pinzas y estabilización de 30 minutos los resultados se igualaron. El error de temperatura de una pila de 100 mm calentada 4 °C es de unos 4,6 µm.

Caso 3: los bloques que no se separaban

Un juego se guardó con una pila de 50 mm adherida durante un fin de semana en un estuche húmedo. El lunes los bloques tenían una mancha de óxido de contacto y hubo que recuperarlos con lapeado. Moraleja: separar, limpiar, proteger.

Caso 4: calibrar un micrómetro con el grado equivocado

Un taller calibraba micrómetros de ±4 µm con bloques grado 2 (±0,60 µm a 25 mm): relación de 6,7:1. En una auditoría se pidió 10:1 y se compró un juego de grado 1, con relación de 13:1. El coste fue pequeño frente al de las piezas aceptadas por error.

11. Errores comunes que conviene evitar

  1. Usar el bloque como calzo o tope. Rayas en las caras.
  2. No limpiar antes de adherir. Una partícula de 1 µm cambia la pila en 1 µm.
  3. Tocar las caras de medición. Calor, sudor y grasa.
  4. Separar tirando en vertical. Puede desportillar el canto; se desliza lateralmente.
  5. Usar siempre los mismos bloques. Los de uso frecuente (1,0; 1,5; 10) se desgastan primero; hay que rotarlos o usar protectores.
  6. Olvidar la temperatura. Es el error más grande y el menos visible.
  7. No poner el cero con la pila al comparar piezas.
  8. No guardar con película protectora. Se oxidan.
  9. No recalibrar. Un certificado vencido no garantiza nada.
  10. Usar un grado inadecuado. Sin relación de precisión, la verificación no verifica.

Resumen rápido (cheat-sheet)

TemaDato clave
Bloque patrónPatrón de longitud; caras lapeadas; calibrado y trazable
Grados (ISO 3650)K (calibración), 0, 1, 2; ±te a 25 mm: 0,30 / 0,14 / 0,30 / 0,60 µm
Juego de 87 bloques9 + 49 + 19 + 10 bloques; medidas de 0,001 mm en 0,001 mm
Temperatura de referencia20 °C (ISO 1)
Dilatación del acero11,5 µm/m·°C → 1,15 µm cada 100 mm y °C
AdherenciaPelícula de ≈ 0,02 a 0,03 µm + atracción molecular; fuerza del orden de 300 N
Componer pilaMilésimas → centésimas → medios → decenas; máximo 5 bloques
Verificar un instrumentoError = lectura − nominal; subida y bajada; error total e histéresis
Relación de precisiónMínimo 4:1, deseable 10:1
Después de usarSeparar, limpiar, proteger con película, guardar en el estuche

Glosario breve

Normas y datos a validar


12. Taller de bloques patrón

El taller tiene tres mesas. En Armar pila escribes una medida (hasta tres decimales) y ves qué bloques del juego de 87 hacen falta, el esquema de la pila y el error acumulado según el grado. En Temperatura eliges longitud, materiales y temperaturas de pieza y bloque y ves la diferencia aparente frente a la tolerancia del bloque. En Comparador escribes las lecturas de subida y bajada con cinco bloques y obtienes errores, error total e histéresis, comparados con el criterio que fijes.

Pruebas sugeridas:

Qué hace el modelo: la primera mesa resta en orden milésimas, centésimas, medios y decenas con bloques distintos del juego de 87, y suma las ±te del grado elegido (peor caso y raíz de la suma de cuadrados) más 0,025 µm por unión. La segunda calcula δ = L · (αpieza · ΔTpieza − αbloque · ΔTbloque) / 1000 y la compara con ±te. La tercera calcula error = lectura − nominal, error total = mayor − menor e histéresis = |subida − bajada|. Es una herramienta didáctica: no sustituye el certificado de calibración.

Ejercicios

✅ 5 Problemas Resueltos

Problema 1: Con el juego de 87 bloques, compone una pila de 63,847 mm con el menor número de bloques y comprueba la suma.
Solución:
Milésimas: la última cifra es 7, así que se usa el bloque 1,007: 63,847 − 1,007 = 62,840.
Centésimas: el resto 62,840 tiene 0,34 que no es múltiplo de 0,5; se usa el bloque 1,34: 62,840 − 1,34 = 61,500.
Medios: 61,5 termina en 1,5 sobre las decenas; se usa el bloque 1,5: 61,5 − 1,5 = 60,0.
Decenas: queda 60 mm: se usa el bloque de 60.
Pila: 60 + 1,5 + 1,34 + 1,007 = 63,847 mm con 4 bloques. La suma coincide.
Problema 2: Para la pila del problema 1, calcula el error acumulado en el peor caso y estadístico con bloques de grado 0 y de grado 2, y el aporte de las películas de adherencia (0,025 µm por unión).
Solución:
Tolerancias: los tres bloques de 1,007; 1,34 y 1,5 mm están en el rango hasta 10 mm: grado 0 ±0,12 µm; grado 2 ±0,45 µm. El de 60 mm está entre 50 y 75 mm: grado 0 ±0,25 µm; grado 2 ±1,00 µm.
Grado 0: peor caso = 3 · 0,12 + 0,25 = 0,61 µm; estadístico = √(3 · 0,12² + 0,25²) = √(0,0432 + 0,0625) = √0,1057 = 0,33 µm.
Grado 2: peor caso = 3 · 0,45 + 1,00 = 2,35 µm; estadístico = √(3 · 0,2025 + 1) = √1,6075 = 1,27 µm.
Películas: 4 bloques tienen 3 uniones: 3 · 0,025 = 0,075 µm, despreciable frente a 0,61 µm, pero no tanto frente a una calibración de grado K.
El grado 2 acumula casi 4 veces más error que el grado 0 (2,35 ÷ 0,61 = 3,85).
Problema 3: Una pieza de acero de 100 mm se compara con una pila de bloques de acero de 100 mm a 20 °C. Calcula la diferencia aparente si (a) la pieza está a 27 °C; (b) pieza y bloques están a 27 °C; (c) la pieza es de aluminio (α = 23 µm/m·°C) a 27 °C; (d) pieza de acero y pila de carburo de tungsteno (α = 4,5 µm/m·°C) están ambas a 23 °C. Usa α del acero 11,5 µm/m·°C.
Solución:
Dato útil: el acero cambia 11,5 · 10⁻⁶ · 100 mm · 1000 = 1,15 µm por °C en 100 mm.
(a) ΔT = 7 °C: δ = 1,15 · 7 = 8,05 µm. Es más de 25 veces la tolerancia de un bloque grado 0 de 100 mm (±0,30 µm).
(b) Ambos cambian 8,05 µm: la diferencia es 0. Al ser del mismo material y estar a la misma temperatura, la comparación es válida.
(c) Aluminio: 23 · 0,1 = 2,3 µm por °C; con 7 °C: 16,1 µm (el bloque de acero sigue a 20 °C).
(d) ΔT = 3 °C. Pieza de acero: 3,45 µm. Pila de carburo: 4,5 · 0,1 · 3 = 1,35 µm. Diferencia: 3,45 − 1,35 = 2,1 µm. Aunque estén a la misma temperatura, el material distinto produce un error: hay que corregirlo o trabajar a 20 °C.
Problema 4: Se verifica un comparador de 10 mm de recorrido con bloques de 1; 2,5; 5; 7,5 y 10 mm. Lecturas de subida: 1,003; 2,508; 5,012; 7,516 y 10,019 mm. El criterio de la planta es un error de indicación total máximo de 15 µm. (a) Calcula el error en cada punto. (b) ¿Cumple? (c) ¿Qué tipo de defecto indica y se corrige con el cero?
Solución:
(a) Error = lectura − nominal: +0,003 mm = +3 µm; +0,008 mm = +8 µm; +0,012 mm = +12 µm; +0,016 mm = +16 µm; +0,019 mm = +19 µm.
(b) Error de indicación total = mayor − menor = 19 − 3 = 16 µm. Supera los 15 µm: no cumple (por 1 µm). El error máximo absoluto es 19 µm.
(c) El error crece con el recorrido de forma casi lineal: de 3 a 19 µm en 9 mm, es decir unos (19 − 3) ÷ 9 = 1,8 µm/mm. Es un error de escala (por ejemplo, cremallera o piñón desgastados) y no se corrige poniendo el cero: se ajusta el mecanismo o se retira el instrumento.
Problema 5: Un micrómetro de exteriores de 0 a 25 mm tiene un error máximo permitido de ±4 µm. (a) ¿Qué ±te máximo debe tener el bloque con relaciones de 10:1 y de 4:1? (b) Con las tolerancias a 25 mm (más de 10 a 25 mm), ¿qué grados sirven en cada caso? (c) ¿Qué relación da el grado 2?
Solución:
(a) Con 10:1: ±4 ÷ 10 = ±0,4 µm. Con 4:1: ±4 ÷ 4 = ±1,0 µm.
(b) A 25 mm: grado K ±0,30 µm; grado 0 ±0,14 µm; grado 1 ±0,30 µm; grado 2 ±0,60 µm. Para 10:1 sirven los grados K, 0 y 1 (todos ≤ 0,4 µm); el grado 2 no. Para 4:1 sirven todos, incluido el 2.
(c) Grado 2: 4 ÷ 0,60 = 6,7:1, aceptable como mínimo (≥ 4:1) pero por debajo de lo deseable (10:1). Con el grado 1 se llega a 4 ÷ 0,30 = 13,3:1.

🏋️ 5 Ejercicios Propuestos

Ejercicio 1: Compone 148,563 mm con el juego de 87 bloques y comprueba la suma.
Milésimas: 148,563 − 1,003 = 147,560. Centésimas: 147,560 − 1,06 = 146,500. Medios: 146,5 − 6,5 = 140. Decenas: 140 = 100 + 40. Pila: 100 + 40 + 6,5 + 1,06 + 1,003 = 148,563 mm con 5 bloques.
Ejercicio 2: Compone 29,370 mm con el juego de 87 bloques.
Milésimas: la última cifra es 0, no hace falta bloque de la serie 1,00x. Centésimas: 29,37 − 1,37 = 28,00. Medios: 28 − 8 = 20. Decenas: un bloque de 20. Pila: 20 + 8 + 1,37 = 29,37 mm con 3 bloques.
Ejercicio 3: Una pila de bloques de acero de 50 mm se sostiene con la mano y sube 2,5 °C. Calcula el error de longitud (α = 11,5 µm/m·°C) y compáralo con la tolerancia de un bloque grado 0 de 50 mm (±0,20 µm).
δ = 11,5 · 10⁻⁶ · 50 mm · 1000 · 2,5 = 0,575 · 2,5 = 1,44 µm. Es 1,44 ÷ 0,20 = 7,2 veces la tolerancia del bloque grado 0: la mano estropea la medida; hay que esperar a que se estabilice o manipular con pinzas.
Ejercicio 4: Un bloque de 80 mm tiene tolerancia ±te de 0,30 µm en grado 0 y de 1,20 µm en grado 2. Escribe los límites de longitud de cada uno y la relación entre ambas tolerancias.
Grado 0: 80,00000 ± 0,00030 mm, es decir de 79,99970 a 80,00030 mm. Grado 2: 80,00000 ± 0,00120 mm, de 79,99880 a 80,00120 mm. Relación: 1,20 ÷ 0,30 = 4: el grado 2 admite una desviación 4 veces mayor.
Ejercicio 5: Un comparador se verifica con bloques de 2,5; 5 y 7,5 mm. Lecturas de subida: 2,502; 5,004 y 7,506 mm. Lecturas de bajada: 2,509; 5,011 y 7,512 mm. El criterio es un error total máximo de 15 µm y una histéresis máxima de 5 µm. ¿Cumple?
Errores de subida: +2, +4 y +6 µm. Errores de bajada: +9, +11 y +12 µm. Histéresis: 9 − 2 = 7; 11 − 4 = 7; 12 − 6 = 6, es decir, máxima 7 µm. Error total = mayor − menor = 12 − 2 = 10 µm (cumple, ≤ 15 µm). Pero la histéresis de 7 µm supera los 5 µm: no cumple. El mecanismo tiene rozamiento o juego; se limpia, se lubrica y se vuelve a verificar, o se retira.
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