laboratorio custodio de patrones nacionales de la magnitud fuerza

LABORATORIO CUSTODIO DE PATRONES NACIONALES DE LA MAGNITUD
FUERZA
1. INTRODUCCION
Se encuentra en desarrollo en Chile un sistema innovador denominado Red Nacional de
Metrología, cuya base está fundada en laboratorios que custodian, mantienen y operan los patrones
que el Estado ha designado como Patrones Nacionales.
En 1997 se firmó el protocolo entre el Ministerio de Economía y Cooperación de Alemania y
el Ministerio de Relaciones Exteriores de Chile, para un proyecto de cooperación técnica que
estableciera las bases del futuro desarrollo metrológico chileno. Como representantes de cada país y
ejecutores técnicos del proyecto, fueron nombrados el Laboratorio Nacional de Metrología Alemán,
y el Instituto Nacional de Normalización.
A partir de ese momento entonces, el Estado tomó un rol activo en el desarrollo metrológico y
a través del Fondo de Desarrollo e Innovación de CORFO apoyó al INN para el diseño de un
Sistema Nacional de Metrología acorde con las necesidades inmediatas del país. Como resultado de
este esfuerzo, hacia fines de 1997, se firmaron los contratos de asignación de subsidios para apoyar
la creación de los cuatro primeros Laboratorios Nacionales de Metrología. Entre las magnitudes
seleccionadas se encontraba, Fuerza, que fue asignada al Instituto de Investigaciones y Control del
Ejército, IDIC.
Como consecuencia de la asignación señalada se comenzó la implementación del Laboratorio
Custodio de Patrones Nacionales de la Magnitud de Fuerza, que al cabo de 3 años, cuenta con la
capacidad prevista instalada y funcionando.
Los Patrones Nacionales en la magnitud Fuerza, que cubren el rango entre 50 N y 3 MN, para
esfuerzos de tracción y compresión son cuatro, uno clasificado como patrón primario, denominado
Máquina de Masas Suspendidas y tres clasificados como patrones secundarios, denominados
Sistema de Aplicación de Fuerza con Transductor de Fuerza de Referencia.
2. SISTEMAS DE GENERACION DE FUERZAS
2.1 MÁQUINA DE MASAS SUSPENDIDAS, PATRÓN PRIMARIO
Una máquina de masas suspendidas o máquina de pesos muertos, es un dispositivo mecánico
que permite aplicar una fuerza conocida a un instrumento a calibrar, mediante la combinación de
masas patrón, cuyos valores están bien definidos, con la aceleración de gravedad local.
Las masas patrón, inicialmente soportadas por un marco fijo, son transferidas al instrumento a
calibrar por medio de un marco móvil, en éste las masas son sometidas a la aceleración de gravedad
local, generándose la fuerza conocida. Como el empuje del aire sobre las masas, genera una fuerza
ascendente sobre éstas, debe efectuarse una corrección.
Una máquina de masas suspendidas está compuesta por una estructura de soporte, un sistema
de generación de fuerza y un sistema de transmisión de fuerza. La estructura de soporte es la parte
que resiste los esfuerzos transmitidos por las masas, tanto en la fase pasiva y la activa (cuando las
masas están en descanso y cuando actúan sobre el sistema de transmisión, respectivamente). El
sistema de generación de fuerza incluye, además de las masas, el dispositivo para soportarlas y
transferirlas sobre el sistema de transmisión.
SISTEMA DE GENERACIÓN DE FUERZA CON TRANSDUCTOR DE FUERZA DE REFERENCIA,
PATRÓN SECUNDARIO
2.1.1 Descripción del sistema
Un sistema de generación de fuerza con transductor de fuerza de referencia (STFR), consiste
en un dispositivo, normalmente hidráulico o mecánico, generador de fuerza, la cual es medida y
controlada mediante un transductor de fuerza que se emplea como referencia.
Este transductor de referencia debe ser periódicamente calibrado en un patrón primario
(máquina de masas suspendidas) y el sistema completo debe ser caracterizado mediante un
procedimiento denominado determinación de la mejor capacidad de medición que se describe más
adelante.
2.1.1.1 Transductor de Fuerza
Un transductor de fuerza es un dispositivo para medir fuerza compuesto, en general, por un
elemento elástico, un conjunto de láminas de deformación adheridas firmemente al primero y los
dispositivos necesarios para el montaje, según su empleo.
En un transductor de fuerza, el elemento elástico normalmente es una pieza de metal, cuyo
objeto fundamental es deformarse bajo la acción de la carga aplicada. Son mecanizados de
diferentes formas, siendo las más típicas las de columna, viga en voladizo, viga binocular, rueda
con rayos, cilíndricas, tipo S, etc.
2.1.1.2 Dispositivo generador de fuerza
El dispositivo generador de fuerza consiste normalmente en un marco rígido fijo combinado
con otro móvil que, mediante la utilización de sistemas hidráulicos o mecánicos, posibilitan la
aplicación de una fuerza sobre el instrumento a calibrar. Dependiendo de su estructura podrán
aplicarse esfuerzos en compresión, en tracción o en ambos.
3. DECRETO DE NOMBRAMIENTO
Por resolución Nº 487 del 22 de septiembre de 2000, del Ministerio de Economía, Fomento y
Reconstrucción, Su Excelencia el Presidente de la República emitió el siguiente decreto:
ARTÍCULO PRIMERO: Reconócese como patrón nacional de medición, en la magnitud
fuerza, el juego de doce patrones denominados Máquina de Masas Suspendidas y Transductores de
Fuerza, clase 00, fabricados por IDIC y HBM e identificados mediante los números de serie que se
indican:
EQUIPO
MARCA
MODELO
Nº DE SERIE
CLASE
CAPACIDAD
Máquina de masa suspendidas
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
Transductor de fuerza
IDIC
HBM
HBM
HBM
HBM
HBM
HBM
HBM
HBM
HBM
HBM
HBM
-.Z3H2R
Z3H2R
Z3H2
Z3H2
Z3
C4
C4
C4
C4
KD/1MN
KD/1MN
001
H 38330
H 42039
H 24436
H 44249
H 34929
023530193
023630004
H 52954
H 58617
034040001
034140036
-.0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
1 kN
500 N
1 kN
5 kN
10 kN
20 kN
50 kN
100 kN
200 kN
500 kN
1 MN
3 MN
ARTÍCULO SEGUNDO: Los patrones nacionales de medición señalados en el artículo
precedente serán custodiados y administrados por la entidad denominada “Instituto de
Investigaciones y Control del Ejército, IDIC”, en virtud del convenio referido en los considerandos
de este decreto.
4. ORGANIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN
En atención a las necesidades detectadas en la industria nacional, a los recursos técnicos y
humanos disponibles para la implementación del proyecto y para obtener el máximo rendimiento
metrológico de los equipos nombrados en el Decreto Supremo, éstos se organizaron en cuatro
Patrones Nacionales que se indican en la Tabla siguiente:
TIPO DEL PATRÓN
CAP
ESFUERZOS
Maquina de Masas Suspendidas
Sistema con Transductor de Fuerza de Referencia
Sistema con Transductor de Fuerza de Referencia
Sistema con Transductor de Fuerza de Referencia
1 kN
50 kN
500 kN
3 MN
Tracción y Compresión
Tracción y Compresión
Tracción y Compresión
Compresión
En las siguientes fotografías se observa una vista general del área de calibración, en ella se
aprecian los tres sistemas de generación de fuerza con transductor de referencia y la máquina de
masas suspendidas.
4.1 MÁQUINA DE MASAS SUSPENDIDAS
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Fabricación
Principio
de
funcionamiento
Capacidad
máxima
Calibración en
Número de masas
: IDIC - CHILE
: Aplicación de masas en el
campo gravitatorio local
: 1 kN
: Tracción y compresión
: 1 marco de carga 50 N
9 masas de 50 N
5 masas de 100 N
Pasos de fuerza
: 0,05...0,10...0,15................1 kN
Mejor capacidad : 2 x 10-4
de medición
Nivel de confianza : 95 % (k=2)
4.2 SISTEMA DE GENERACIÓN DE FUERZA CON TRANSDUCTOR DE FUERZA DE REFERENCIA
PARA 50 KN
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Fabricación
: Morehouse - EE.UU.
Principio
de : Generación de fuerza con
funcionamiento
cilindro
pistón
hidráulico,
medida con transductor de
fuerza de referencia
Capacidad
: 50 kN
máxima
Calibración en
: Tracción y compresión
Pasos de fuerza
: 0,5 kN, 1 kN, …, 5 kN
1 kN, 2 kN, …, 10 kN
2 kN, 4 kN, …, 20 kN
5 kN, 10 kN, …, 50 kN
Mejor capacidad : 5 x 10-4
de medición
Nivel de confianza : 95 % (k=2)
4.3 SISTEMA DE GENERACIÓN DE FUERZA CON TRANSDUCTOR DE FUERZA DE REFERENCIA
PARA 500 KN
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Fabricación
: Morehouse - EE.UU.
Principio
de : Generación de fuerza con
funcionamiento
cilindro
pistón
hidráulico,
medida con transductor de
fuerza de referencia
Capacidad
: 500 kN
máxima
Calibración en
: Tracción y compresión
Pasos de fuerza
: 10 kN, 20 kN, …, 100 kN
20 kN, 40 kN, …, 200 kN
50 kN, 100 kN, …, 500 kN
Mejor capacidad : 5 x 10-4
de medición
Nivel de confianza : 95 % (k=2)
Foto N° 5: STFR de 500 kN
4.4 SISTEMA DE GENERACIÓN DE FUERZA CON TRANSDUCTOR DE FUERZA DE REFERENCIA
PARA 3 MN
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Fabricación
: Morehouse - EE.UU.
Principio
de : Generación de fuerza con
funcionamiento
cilindro
pistón
hidráulico,
medida con transductor de
fuerza de referencia
Capacidad
: 3 MN
máxima
Calibración en
: Compresión
Pasos de fuerza
: 0,1 MN, 0,2 MN, …, 1 MN
0,3 MN, 0,6 MN, …, 3 MN
Mejor capacidad : 5 x 10-4
de medición
Nivel de confianza : 95 % (k=2)