Diseño de un sistema semiautomatizado para la lectura del menisco en pruebas de calibración de contenedores volumétricos

Abstract

En el presente documento de detalla el proceso de diseño de un sistema para la visualización de meniscos en pruebas de calibración de matraces aforados para el Laboratorio de Volumen del Laboratorio Costarricense de Metrología. El sistema desarrollado está conformado por componentes mecánicos, eléctricos y de programación que se combinan para brindar una solución que permite agilizar el procedimiento actual. Para lograr lo anterior se siguió el proceso de diseño de ingeniería, donde dadas las necesidades del cliente se investigaron las mejores opciones y finalmente se seleccionó la solución más factible para el problema. Mediante un diagnóstico del estado del arte del proceso actual realizado en el laboratorio, se identificaron los aspectos a mejorar, además, se evaluó el equipo disponible en el laboratorio para la construcción del prototipo. Con manufactura aditiva, corte láser, uso de un sistema de control electrónico y la programación en LabVIEW se implementó un prototipo funcional del Sistema Identificador de Menisco (SIM). Se realizó un análisis de los elementos mecánicos críticos para determinar el cuál determinó que se cuenta con un factor de seguridad mayor a 3. Finalmente se utilizó el sistema para realizar tres calibraciones de matraces aforados de 100 ml las cuales determinaron que el uso del mecanismo mejora la exactitud del proceso en un 35 % y una disminución en la incertidumbre final expandida del 40 % con respecto al proceso actual.

In the present document, the design process of a system for visualizing menisci in calibration tests of volumetric flasks for the Volumes Laboratory of the Costa Rican Metrology Laboratory is detailed. The developed system consists of mechanical, electrical, and programming components that combine to provide a solution aimed at streamlining the current procedure. To achieve this, an engineering design process was followed, where the best options were researched based on client needs, and the most feasible solution for the problem was ultimately selected. A diagnosis of the state of the art of the current laboratory process identified areas for improvement, and an evaluation of the available equipment in the laboratory was conducted for prototype construction. Using additive manufacturing, laser cutting, an electronic control system, and the programming in LabVIEW a functional prototype of the Meniscus Identification System Sistema Identificador de Menisco (SIM) was implemented. An analysis of critical mechanical elements was conducted to ensure a safety factor greater than 3. Finally, the system was used to perform calibration tests on three 100 ml volumetric flasks, demonstrating that the mechanism improves process accuracy by 35 % and reduces the final expanded uncertainty by 40 % compared to the current process.