La unidad de medida de la magnitud fuerza, adoptada por los países firmantes de la Convención del Metro y de uso legal en España, es el “newton” (N), unidad derivada del S.I.
Este patrón se obtiene a través del Patrón Nacional de la unidad de Masa y de la medida de la aceleración de la gravedad local.
El principio de funcionamiento de los patrones nacionales de referencia de la magnitud fuerza, está basado en la acción directa de masas en el campo gravitatorio local, según la fórmula:
F = m·gl(1- ρa/ρm)
donde :
F es la fuerza generada
m es el valor de masa del (los) elemento(s) de carga que genera(n) la fuerza F
gl es el valor de la gravedad local
ρa es la densidad del aire
ρm es la densidad media del material del (los) elementos de carga que genera(n) la fuerza F.
La equivalencia de las fuerzas y de las masas de origen inercial y gravitacional permite asegurar que las fuerzas desarrolladas por las máquinas de carga directa (regidas por la ley de atracción universal) satisfacen la definición de la unidad de fuerza (regida por el postulado fundamental de la dinámica).
La unidad de fuerza, desde el año 1996, está desarrollada en el Centro Español de Metrología por medio de tres máquinas patrones de fuerza de carga directa, con alcances nominales de 500 kN, 20 kN y 1 kN ;que permiten generar fuerzas tanto a compresión como a tracción desde 10 N a 50 kN.
La incertidumbre típica relativa de medida (para k=1) en el campo de generación de fuerza de 10 N a 500 ;kN es de 1·10‑5F. Esta incertidumbre es constatada a través de la participación en diversas comparaciones internacionales y puede ser consultada en las tablas de de la base de datos del BIPM.
El rango de generación de fuerza se complementa con una máquina patrón hidráulica del tipo comparador para la generación de fuerzas hasta 2 MN a compresión con incertidumbre relativa (para k=1) de 1·10-4F.
Mantenimiento
El mantenimiento del Patrón Nacional de Fuerza se garantiza a través de los procedimientos de medida y comparaciones establecidos en el Sistema de Gestión de
la Calidad del CEM y en la participación en comparaciones internacionales de alto nivel entre Institutos Nacionales de Metrología.
Principales actividades y objetivos
En el Laboratorio de Fuerza se realizan las tareas que se detallan a continuación:
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Mantenimiento, custodia y conservación de los patrones de fuerza.
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Realización de calibraciones al más alto nivel metrológico.
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Realización de actividades formativas.
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Cooperación con organismos metrológicos, tanto a nivel nacional como internacional.
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Mantenimiento y mejora de las capacidades de medida.
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Desarrollo de software para la automatización de los procesos de medida mejorando de esta manera la calidad del sistema y los métodos de calibración.
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Estudios de procedimientos de calibración en un proceso de mejora constante de la trazabilidad de los patrones hasta la industria.
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Comparaciones nacionales e internacionales.
Trazabilidad
La generación de la fuerza de las máquinas patrón de carga directa de 500 kN, 20 kN y 1 kN están directamente trazadas al Patrón nacional de Masa del CEM y a la medida de la aceleración de la gravedad local.
La máquina patrón hidráulica del tipo comparador para la generación de fuerzas de hasta 2 MN a compresión, se traza a la máquina patrón de 500 kN de carga directa con la ayuda de un conjunto de tres transductores de referencia.
Proyectos e investigaciones:
Actualmente se está en fase de caracterización de una máquina patrón de fuerza de 10 MN, así como la instalación de un sistema adecuado para la colocación de los transductores en la máquina para su calibración.
A grandes rasgos, la máquina consta de un bastidor fijo de tres columnas y travesaño fijo y un bastidor móvil de tres columnas con un sistema "build up" formado por tres transductores de 3,3 MN cada uno.. La operación de la máquina se realiza manualmente vía cuadro de mandos o automáticamente vía PC por sistemas basados en PLC.
La máquina permitirá calibrar transductores de fuerza en tracción y compresión según las normas ISO 376 en el rango de 100 kN a 10 MN con una exactitud relativa esperada mejor o igual a 1·10-4 F (para k=1), dejando abierta la posibilidad de configurar cualquier norma o ensayo requerido.
Servicios
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Calibraciones de instrumentos de medida de fuerza con o sin puente de medida según ISO 376.
Nota: Estas calibraciones, en su caso, se llevan a cabo acorde a las capacidades de medida y calibración publicadas en la base de datos del BIPM. (http://kcdb.bipm.org).
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Asesoramiento en:
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procedimientos de calibración de instrumentos de medida de fuerza,
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evaluación de incertidumbres de medida en la magnitud fuerza,
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problemas de medida,
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requisitos de trazabilidad,
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implantación de sistemas de gestión de la calidad en la magnitud fuerza.
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Formación de expertos y cursos específicos hechos a medida.
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Evaluación de la capacidad óptima de medida de máquinas de calibración de fuerza de acuerdo al documento EURAMET cg-04.
Última actualización: 12/04/2021