¿Qué es un pie de rey y para qué sirve?

Un pie de rey, también llamado calibrador o calibre con escala vernier, es un instrumento de medida de precisión.

El pie de rey incluye dos juegos de pinzas que sirven para medir exteriores e interiores. Además, gracias a la sonda de profundidad, el calibre tipo pie de rey también se puede usar para medir el fondo de un orificio ciego, ranuras, cavidades, etcétera.

Pie de rey analógico con escala graduada en pulgadas y en milímetros de 0.02 mm de apreciación (0.001 pulgadas)

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¿Por qué se llama pie de rey?

Antes de la invención del metro como unidad de medida, se usaban los pies y los palmos para tomar medidas. El pie no media en todas partes lo mismo: un pie de Inglatera no mide lo mismo que un pie de Castilla, por ejemplo. Y evidentemente, tampoco miden lo mismo los pies de todas las personas que viven en un lugar. El pie que se usaba como referencia era el pie del rey del lugar, es decir, el pie real.

El calibre con escala Vernier que se usa en ingeniería y arquitectura para medir longitudes medidas a 30 cm se llama pie de rey por referencia a esta antigua medida. Otros nombres que recibe este instrumento de medición son calibrador y calibre de corredera.

¿Para qué sirve un calibrador vernier?

Con este instrumento puedes medir elementos y piezas mecánicas u otros objetos con una gran precisión: muy superior a la que se consigue con una cinta métrica o regla.

La apreciación de un calibre pie de rey, es decir la medida más pequeña que es capaz de medir o apreciar el instrumento, va desde los 0.1 mm hasta los 0.02 mm, aproximadamente. En comparación una regla metálica o un flexómetro tienen una apreciación de 1 mm o 0.5 mm. En este último caso, además, apreciar los medios milímetros resulta muy complicado, puesto que las líneas de la escala graduadas están excesivamente juntas y se confunden unas con otras.

¿Qué tipo de objetos se pueden medir? Cualquier cosa que pueda alojarse entre sus mordazas. Es importante que el objeto sea rígido y no compresible, puesto que la medida se vería alterada. Tomar la medida del diámetro exterior de un tornillo roscado de métrica es una de los usos más comunes del pie de rey. También se puede medir el interior de una tuerca o cavidad roscada, vástagos y espárragos, la profundidad de una cavidad, por ejemplo, el fondo de un cilindro de un motor de explosión, etc.

En todos los ejemplos del párrafo anterior, se puede aproximar su medida usando el metro o una regla graduada. Sin embargo, estos instrumentos de medida carecen de la apreciación necesaria para que la medida sea realmente útil. Por ejemplo, a la hora de tallar una rosca o buscar un tornillo en la ferretería, no es admisible siquiera un error de 2 o 3 décimas de mm y la apreciación del metro o la regla es aún muy inferior a dicha tolerancia.

Por otro lado, el calibrador no sirve para medir aquellos elementos que requieren aún de una precisión mayor de medida. Es decir, el pie de rey deja de ser adecuado cuando su apreciación no es lo suficientemente pequeña. En este caso el siguiente instrumento de medida a considerar sería el micrómetro, cuya apreciación es igual o superior a 10 micras (1 micra = µ = 1 / 1000 mm).

En resumen: el calibre tipo pie de rey sirve para medir piezas con más precisión que el metro o la regla y con menos precisión que el micrómetro. En la práctica, algunos de los usos más habituales del calibrador vernier son la toma de medidas de elementos de ferretería: tornillos, clavos, tuercas, alambre, remaches, brocas, etc. También resulta muy útil en la mecánica del automóvil, en mantenimiento industrial, fontanería, electricidad y muy especialmente en mecanizado: tareas de torneado, fresado, taladrado, etc.

Si quieres ampliar información sobre el pie de rey vernier, en esta publicación de demaquinasyherramientas.com encontrarás mucha información adicional sobre el calibre. Sin duda, una de las páginas más completas en castellano sobre esta herramienta de metrología.

Partes del calibre pie de rey con escala vernier

Un calibre está formado por una parte fija y una corredera móvil que desplaza, al mismo tiempo, la mordaza de medir exteriores, la de interiores y la sonda de profundidad.

Partes de un pie de rey

En la parte fija del calibre encontramos:

• La escala principal de medida (en milímetros o pulgadas)
• La boca fija de las mordazas

En la corredera móvil encontramos:

• La boca móvil de las mordazas
• La sonda de profundidad
• La escala auxiliar o nonio
• El freno para bloquear la apertura del calibradoj

Tipos de medidas

El pie de rey tiene dos juegos de pinzas de diferente tamaño y una sonda de profundidad. Las pinzas más grandes se usan para medir exteriores, las pequeñas para interiores y la sonda para medir profundidad.

Medidas de exteriores

Las pinzas más grandes del pie de rey se usan para medir exteriores. Se deben usar las caras interiores planas de las pinzas y no su extremo biselado, pues puede falsear la medida y solo se ha de usar cuando la parte plana no permita hacer la medición.

Por ejemplo, puedes usar las caras de exteriores para tomar la la medida entre las caras de una tuerca hexagonal:

Medida de exteriores con un calibre pie de rey

Medida de interiores

La medición de una distancia situada entre dos paredes no la podrás hacer con las pinzas de exteriores. En este caso debes usar las caras para medir interiores.

Por ejemplo, con las pinzas de interiores del calibre puedes medir la boca de una llave fija:

Medida de interiores con un calibre con escala Vernier

Medida de escalones

Las caras para medir escalones permiten tomar medidas entre dos superficies paralelas que se encuentran a distinta altura.

Un ejemplo: medición de piezas escalonadas. Esta pieza también se puede medir con la sonda de profundidad.

Medida de escalones o peldaños con el calibrador pie de rey

Medida de profundidad

La varilla o sonda de profundidad de un pie de rey permite medir ranuras y la distancia que hay desde la superficie hasta el fondo de una pieza con un agujero ciego, por ejemplo.

Medida de profundidad o peldaños con la varilla de un pie de rey

¿Qué es un nonio?

El nonio es una escala auxiliar que tienen algunos instrumentos de medida que permite aumentar la apreciación de su escala principal. ¿Qué quiere decir esto? Veamoslo con un ejemplo.

Si coges una regla graduada en milímetros y mides un objeto cuya medida no sea un numero redondo, sobrará o faltará una fracción de milímetro para que la medición del objeto coincida con una de las unidades de la regla. En otras palabras, diremos que el objeto en cuestión mide 10 mm y un poquito más, o lo contrario, que le falta un pelín para llegar a los 10 mm. Ese poquito que no podemos apreciar con la vista, aunque sabemos que está ahí, es, precisamente, lo que mide un nonio.

El nonio fue inventado en 1515 por el portugués Pedro Nunes, también conocido por su nombre latino Petrus Nonius. Nonius era un geografo y matemático que inventó el nonio para medir fracciones angulares con la ayuda de un astrolabio. Su sistema usaba un conjunto de escalas paralelas que permitían apreciar con mayor precisión la escala principal de medida.

¿Cómo funciona un nonio? El nonio requiere de una escala auxiliar, que está impresa o grabada en relieve sobre la parte móvil del instrumento de medida. El fabricante del instrumento de medida hace coincidir el cero del nonio (escala auxiliar), con el cero de la regla (escala principal). Después se toma un número de unidades y la línea final de estas unidades en la regla se hace coincidir con la linea final del nonio. El nonio tiene un mayor número de divisiones que las correspondientes en la regla.

En el siguiente ejemplo, para verlo con más claridad, se muestra lo opuesto a lo descrito en el párrafo anterior, esto es, un nonio con menos divisiones que las correspondientes de la regla. En la figura, se han tomado 6 unidades en la escala principal y se han hecho cuatro divisiones en el nonio. El resultado es que la longitud de cada división del nonio es de 1.5 veces la medida principal (6 / 4 = 1.5). Como puedes comprobar, 6 veces la unidad de la escala principal (6 x 1) es equivalente a 4 veces la unidad del nonio (4 x 1.5).

Nonio y regla graduada

En la realidad, el nonio de un pie de rey está dividido en más partes que las unidades tomadas de la escala principal. La consecuencia de esto es que cada raya del nonio corresponde a una fracción de la unidad principal. Lo que sigue es que si el cero del nonio coincide con el de la regla, la primera linea quedará desfasada, pero la última de ambas líneas coincidirá. En otras palabras, se aprovecha el desfase y la diferencia de medidas de las dos escalas para poder apreciar de manera precisa esos poquitos que nos faltan para que la medida sea redonda.

Por ejemplo, si se toman 9 mm de un pie de rey y se divide en 10 partes su nonio, cada una de las unidades inferiores tendra un tamaño de 0.9 mm (9 / 10 = 0.9 mm). En reposo el cero de ambas escalas coincidirá. En cambio, el número uno del nonio quedará 0.1 mm desfasado respecto al numero uno de la escala (1 mm - 0.9 mm = 0.1 mm). Si abrimos ligerísimamente la corredera hasta el punto en que ambas marcas coincidan, la separación entre las mordazas del calibre será, precisamente de 0.1 mm. Y en efecto: 0.1 mm de separación entre las mordazas + 0.9 mm = 1 mm.

En el ejemplo anterior, la apreciación de dicho pie de rey será de 0.1 mm. Es decir, podremos medir décimas de milímetro. ¿Cómo see la medida? Si medimos una tuerca de 25.4 mm, por ejemplo, el número cero del nonio superará ligeramente el numero 25 en la regla. Para averiguar cuánto más mide dicha tuerca, solo tienes que observar qué marca del nonio coincide de manera perfecta con la regla: esa es la fracción adicional que has de sumar a la medida. En este caso verías que es la marca del 4 la que coincide. El 5 se aproximaría mucho, pero quedaría ligeramente desviado, al igual que el 6. El 7 y el 3 tendrían un desfase aún mayor, etc.

Cómo leer un calibre con escala vernier tipo pie de rey

Usaremos como ejemplo este calibre pie de rey con nonio vernier de 0.1 mm (1/10 mm = diez divisiones).

Cómo leer el calibre pie de rey con escala vernier

En la escala vernier auxiliar podemos apreciar que:

• El cero del nonio supera la marca de la escala principal de 15 mm
• El cero del nonio no llega a la marca de 16 mm

Por tanto, la medida estará comprendida entre 15 y 16 mm, además se puede observar que:

• La marca del nonio que mejor se ajusta a alguna marca de la regla es la del 8
• Tanto la marca del 7 como la del 9 están ligeramente desviadas

Luego: si sumamos el desfase del nonio (0.8 mm) a la medida de la escala principal (15 mm), obtenemos que la medición es de 15.8 mm. Y en efecto: puedes apreciar a simple vista como la marca del cero del vernier está mucho más próxima a los 16 mm que a los 15 mm. Esta verificación adicional te asegura que la interpretación de la medida es correcta.

Vídeo: cómo medir con un calibre pie de rey

Cómo conservar un pie de rey

Para la buena conservación del pie de rey, debes limpiar al calibre cuando hayas terminado de usarlo, especialmente en el caso de que se haya manchado de grasa, taladrina u otros líquidos de corte / refrigerantes. Además, periódicamente debes aplicar una fina lámina de aceite o vaselina en sus guías y secar el exceso con un papel absorbente. Y, por supuesto, guardarlo en su funda.

Guarda el calibre pie de rey en su funda cuando termines de usarlo

En cuanto al uso, debes evitar que el calibre sufra golpes o que se caiga al suelo. Además, nunca debes medir con los extremos de las puntas de exteriores, sino con su superficie plana. Tampoco debes usar las puntas de interiores como compás.

Y otra cosa que jamás debes hacer es medir la pieza con el torno en marcha. Hacer semejante cosa desgastará rápidamente la superficie de referencia del calibre y además te expones a sufrir un accidente.

Errores de medida con el pie de rey

A la hora de medir con un pie de rey, la precisión será mayor o menor, en función de varios factores. Los errores de medida pueden deberse principalmente a dos causas:

• Error humano: puede ser un error de interpretación de la medida (error de lectura) o un error de medición (mal uso del instrumento).
• Error del calibre

El calibre puede tener diferentes errores de medida. Por ejemplo, el desgaste de las guías puede inclinar la boca móvil distorsionando la medición. Otra posibilidad es que las caras de referencia estén ya desgastadas o con falta de planitud, defectos de paralelismo, etcétera. El tornillo de freno también puede alterar la medida si la fricción que hace contra la regla desplaza accidentalmente la boca móvil.

En cuanto a los errores humanos, los más comunes son los siguientes. Aplicar un exceso de fuerza en la medida puede deformar la regla del calibre y alterar la medición. No colocar perfectamente plano el calibre es otro error común, como también lo es usar las puntas de las pinzas para exteriores, en vez de su parte plana. Además, aplicar un defecto de fuerza también puede alterar la medida, al igual que el mal uso del tornillo de ajuste.

Los anteriores son errores relativos a la forma de medir. Otro tipo de error humano es hacer una mala lectura de la medida indicada por la escala vernier. Las condiciones de iluminación, el estado superficial de la regla del calibre y su acabado (brillante o mate), así como la graduación de la vista del operario son tres factores que influyen en la interpretación de la lectura del calibre. Por ejemplo, para la misma medida, dos personas pueden considerar que la marca del nonio que mejor coincide con la escala principal no es la misma.

El efecto paralax es uno de los factores que puede introducir un error de medida. Este consiste en una mala apreciación de la posición de la escala auxiliar sobre la principal y ocurre cuando no se mira de manera perpendicular el calibre. El efecto paralax también se da en los relojes analógicos. Si el minutero no lo miramos de manera perpendicular a la esfera, sino ladeado, nos dará la impresión de que la aguja apunta a otro número. Y por eso hay que situarse de frente para leer un pie de rey.

También es importante tener en cuenta el principio de Abbe. Este principio dice que solo se podrá medir con precisión aquello cuyo eje coincida de manera lineal con el instrumento usado para la medición.

Es decir, en el pie de rey el eje del instrumento es el de la escala principal, sin embargo, la medición se hace con las pinzas, las cuales no coinciden con el eje, sino que están separadas de este. Eso quiere decir que si existe holgura en la corredera con respecto a la regla fija, se producirá un error de medida. De hecho, este es uno de los defectos de algunos calibradores baratos.

Otro error relacionado con el principio de Abbe es la aplicación de una fuerza excesiva por parte del usuario que mide con el pie de rey. En este caso puede suceder que como resultado de la presión ejercida la regla se curve y altere la medida (pensemos en un sargento de carpintería: al apretar el tornillo la corredera de sección rectangular se traba sobre la pletina y así es como se ejerce la presión).

El principio de Abbe no distorsiona, sin embargo, la medición con el micrómetro de herradura, puesto que en este caso el eje de la pieza y del instrumento si coinciden, es decir, sí son paralelos. Puedes aprender más sobre el principio de Abbe en este artículo del Centro Español de Metrologia.

También es importante que la pieza que se mide y el pie de rey estén a la misma temperatura, pues de lo contrario la medición quedará alterada debido al diferente grado de dilatación de los materiales.

En conclusión, aunque la lectura e interpretación de la medida sea correcta, y sin duda lo será en un calibre digital, la medición puede no ser perfecta debido al estado del desgaste del calibre, falta de paralelismo, etc.

Cómo comprobar que un calibre pie de rey mide correctamente

Hay dos comprobaciones rápidas que puedes hacer para chequear el estado de tu calibre.

Primero, cuando está cerrado no debe haber paso de luz entre las bocas fija y móvil. Segundo, para comprobar la medida puedes usar galgas o calas de referencia. Estas piezas están mecanizadas con una alta precisión, lo que te permite averiguar si el calibre está midiendo bien o no. También puedes comparar la medición con un micrométro o bien con otro calibre.

Principio de funcionamiento de un calibre

¿Por qué funciona el pie de rey? Ya hemos visto que el principio de funcionamiento de este aparato se basa en la escala Vernier pero ¿en qué consiste esta escala?

La escala Vernier o nonius está impresa o grabada en relieve en la corredera del calibre. En esta escala cada una de las divisiones son menores a un milímetro. En función de la apreciación del calibre, serán de 0.95 mm (si el calibre aprecia 0.05 mm) o de 0.98 mm (si es de 0.02 mm).

Lo anterior implica que si abrimos la mandíbula del instrumento 0.05 mm, la segunda línea de la escala vernier coincidirá con la segunda de la escala principal. Si lo abrimos 0.10 mm, lo hará la tercera y así sucesivamente.

Esta acumulación de fracciones de 0.05 mm es la que permite saber cuánto mide la parte decimal de la pieza. Para que sea más fácil de leer, los fabricantes de calibres pies de rey añaden un par de detalles:

• Imprimen la escala vernier en fracciones de milímetro
• Aumentan de manera proporcional el tamaño del nonio para que las divisiones de la escala sean más grandes (sin que ello afecte a la medida)

Ventajas y desventajas del calibre frente al micrómetro

El micrómetro de arco es un instrumento de medición más preciso que un calibre, sin embargo el calibre tiene tres ventajas:

• Los pies de rey son más baratos que los micrómetros
• El calibre puede abarcar un mayor rango de medidas mientras que el micrómetro se ve muy limitado (se requieren varios juegos de instrumentos para poder medir el mismo rango de piezas que con el calibre)
• El calibre universal puede medir exteriores, interiores y ranuras, mientras que el micrómetro convencional solo sirve para exteriores

Pero también inconvenientes:

• El calibre se ve afectado por el error de Abbe, no así el micrómetro que tiene el eje de medida paralelo al de la pieza
• La apreciación del calibre no solo es menor, también más difícil de leer (especialmente si se compara un calibres de 0.02 mm con un micrómetro de 0.01 mm)