Caracterización de medios isotermos

Jornada Andaluza en Metrología, Calibración y Ensayos (Almería 2007)

Caracterización de medios isotermos: introducción Almería, 22 de mayo de 2007

Ponente:Jorge Rivera Silva

Jornada Andaluza en Metrología, Calibración y Ensayos (Almería 2007) Caracterización de medios isotermos: introducción

Contenido

•Objeto •Generalidades •Referencias •Definiciones •Descripción del proceso – Instrumentación de referencia – Operaciones previas – Proceso de ensayo – Toma y tratamiento de datos

•Resultados – Cálculo de incertidumbre – Expresión de resultados

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Objeto •Hornos •Estufas •Incubadoras •Cámaras climáticas •Neveras •Arcones congeladores •Baños termostatizados •Calibradores de Temperatura de bloque seco •Cámaras asociadas a generadores de humedad •Autoclaves de esterilización •Otros autoclaves •Etc.


Generalidades

• Se consideran ensayos •Requisitos de caracterización muy diversos, dependiendo del uso al que se destine el medio isotermo •Fijar claramente el alcance de la caracterización (temperaturas de consigna, parámetros a caracterizar, estabilización, tiempo de registro, condiciones de carga, etc.) •Caracterizar el uso habitual del medio isotermo •Utilizar las normas nacionales, documentos sectoriales existentes

internacionales

y/o

los

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Generalidades

•Parámetros más habituales: •Fluctuación (o estabilidad) de la temperatura o humedad •Gradiente (o uniformidad) de la temperatura o humedad •Indicación de la temperatura o humedad •Otros parámetros temporales (inercia térmica, tiempos de recuperación, tiempo de transferencia, decremento térmico, tiempo de esterilización, etc.)


Referencias • UNE-EN 60068-3-5:2002 “Ensayos ambientales. Parte 3-5: Documentación de acompañamiento y guía. Confirmación de las prestaciones de las cámara de ensayo de temperatura”. • UNE-EN 60068-3-6:2002 “Ensayos ambientales. Parte 3-5: Documentación de acompañamiento y guía. Confirmación de las prestaciones de las cámara de ensayo de temperatura y humedad”. • UNE-EN 60068-3-7:2002 “Ensayos ambientales. Parte 3-5: Documentación de acompañamiento y guía. Medidas en las cámaras de ensayo de temperatura para los ensayos A y B (con carga)”. • ENAC NT-04 Rev. 2 “Caracterización de medios isotermos”. ENAC. Junio 2004. • CASA-1036. Rev. 5. "Clasificación de las instalaciones térmicas". EADS CASA. Junio 2006. • EA-4/02 “Expression of the Uncertainty of Measurement in Calibration, December 1999, European co-operation for Accreditation of Laboratories”, Rotterdam. • EA-4/02-S1 Supplement to EA-4/02 • The Society of Environmental Engineers “A Guide To Calculating The Uncertainty Of The Performance Of Environmental Chambers”. Issue 1. September 2003.

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Definiciones Según la norma UNE-EN-60068 •Espacio de trabajo (zona o volumen útil) Parte de la cámara en la cual pueden mantenerse las condiciones especificadas dentro de las tolerancias especificadas. •Temperatura del punto de consigna Temperatura deseada como fija por los controles de la cámara. •Estabilización de la temperatura Temperatura a la cual todos los puntos del espacio de trabajo han alcanzado y mantenido la temperatura del punto de consigna con una tolerancia dada.


Definiciones Según la norma UNE-EN-60068 •Fluctuación de temperatura (estabilidad de temperatura) Diferencia, después de la estabilización, entre las temperaturas máxima y mínima, en un punto cualquiera del espacio de trabajo, a lo largo de un intervalo de tiempo especificado. •Gradiente de temperatura (uniformidad u homogeneidad de temperatura) Diferencia máxima en valor medio en el tiempo, después de la estabilización y en cualquier momento, entre dos puntos distintos situados en el espacio de trabajo.

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Definiciones •Fluctuación de humedad relativa (estabilidad de hr) Fluctuación calculada a partir del sensor de temperatura que tiene mayor fluctuación. •Gradiente de humedad relativa (uniformidad de hr) Gradiente en el que la contribución principal proviene del gradiente de temperatura en el espacio de trabajo. La humedad absoluta del aire puede considerarse uniforme a través del espacio de trabajo. •Indicación de temperatura o humedad relativa Lectura del indicador de temperatura o humedad relativa


Descripción del proceso Instrumentación de referencia empleada Sensores

Indicadores

•Termómetros de resistencia de platino (TRP)

•Indicadores de temperatura

• Termopares de metal noble

• Registradores de temperatura (“data loggers”)

• Termopares de metal común • Higrómetro óptico de punto de rocío • Sensor óptico de punto de rocío

• Indicadores de humedad relativa

• Sensores capacitivos de humedad relativa

• Registradores de humedad relativa o punto de rocío

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Descripción del proceso Operaciones previas Inspección visual y revisión: •Conjunto de la instalación

•Estado de los sensores de control

•Mecanismos de apertura y cierre

•Instrumentos de control

•Juntas de puerta

•Mandos de control

•Hermeticidad

•Resto de instrumentos (seguridad, registros, etc.)

•Interior del medio isotermo •Estado de las paredes (acumulación suciedad, hielo, etc.)

•Etc.

•Resistencias de calentamiento, calderas •Compresores de refrigeración


Descripción del proceso Operaciones previas Registro de la condiciones del ensayo: • Identificación del medio isotermo • Instrumentación de referencia • Condiciones ambientales • Temperaturas (o hr) de consigna • Parámetros a caracterizar • Tiempo de estabilización y/o tolerancias

• Parámetros de funcionamiento seleccionados (programa, tiempo de ciclo, refrigeración, etc.) • Configuración de controladores • Si el ensayo es con o sin carga • En caso, características de la carga (m, V, superficie, material, etc.)

• Ciclos de temperatura

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Descripción del proceso Proceso de ensayo 1.

Medición de dimensiones internas de la cámara



2.

Colocación de la carga



3.

Medición de la disposición y ubicación de la carga

4.

Conexión y colocación de los sensores de referencia



5.

Puesta en marcha del medio isotermo

Sensores

6.

Espera de tiempo de estabilización (fijado por la tolerancia)

7.

Toma de datos

Mínimo de 9 sensores para temperatura (Fig. 1) Sensores adicionales de temperatura (según el volumen útil y el número de zonas de control (Fig. 2) Sensor o sensores de hr o punto de rocío adicionales para la calibración de la indicación


Descripción del proceso Colocación de sensores de temperatura

Figura 1. Zona de trabajo

Tabla 1. Dimensiones prácticas de la zona de trabajo

7


Descripción del proceso Colocación de sensores de temperatura

Figura 2. Distribución de los sensores (V ≤ 2000 l)

Figura 3. Distribución de los sensores adicionales (V > 2 000 l)


Descripción del proceso Toma de datos 1.

Registro de lecturas de todos los Para cada temperatura (o hr) de sensores, al menos cada consigna minuto hasta completar el ciclo definido (normalmente, al menos durante 30 minutos)

2.

Toma de datos de las lecturas de los indicadores del medio isotermo

3.

Toma de datos del resto de parámetros temporales considerados (tiempo de recuperación, transferencia, esterilización, etc.)

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Descripción del proceso Tratamiento de datos 

Estabilidad:



Uniformidad:

emedio = max( max( xij ) − min( xij ) ) unmedio = max( x i ) − min( x i )



Temperatura (o hr) media:



Indicación:

x =

∑ x

i

i

n

y = yindicacion + C


Resultados Cálculo de incertidumbres

⎛ emedio / 2 ⎞ u (δ xe ) = u est + ⎜ ⎟ 3 ⎠ ⎝ 2





Estabilidad:

/2⎞ ⎛ un u (δ xun ) = u est + ⎜ medio ⎟ 3 ⎝ ⎠ 2

Uniformidad:



Temperatura (o hr) media:



Indicación:

2

2

2

2

u (δ x) = 2

( s) 2 n

u (C ) = u 2 (δ y x , res ) + u 2 (δ yrep ) + u 2 (δ yx, mi ) + u2 ( yref )

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Resultados Expresión de resultados Los informes de ensayo deben incluir:

•Configuración de controladores

Identificación del medio isotermo

• Si el ensayo es con o sin carga

•Instrumentación de referencia • Condiciones ambientales

• En caso, características de la carga (m, V, superficie, material, etc.)

• Temperaturas (o hr) de consigna

•Ubicación de la carga

• Parámetros caracterizados y definiciones

•Dimensiones del espacio de trabajo •Resultados de cada uno de los sensores

• Tiempo de estabilización y/o tolerancias • Ciclos de temperatura

•Series temporales de datos (en caso necesario)

•Parámetros de funcionamiento

•Incertidumbres expandidas


Ejemplo Incertidumbre total del medio isotermo en temperatura (sin indicación) Fuente de incertidumbre

Valor (ºC)

Distribución (ºC)

Divisor

Incertidumbre típica (k=1) (ºC)

Instrumento de referencia

Medio isotermo

Cuadrado de la incertid. Típica (ºC2)

Calibración

0.01

Normal

2.00

0.02

0.0004

Repetibilidad

0.01

Normal

1.00

0.01

0.0001

Efectos de la temperatura

0.01

Rectangular

1.73 0.02

0.0003

Deriva

0.10

Rectangular

1.73

0.17

0.0299

Linealidad

0.02

Rectangular

1.73

0.03

0.0012

Resolución

0.01

Rectangular

1.73

0.02

0.0003

Uniformidad

0.47

Normal

1.00

0.47

0.2209

Estabilidad

0.06

Normal

1.00

0.06

0.0036

Temp. media

0.03

Normal

1.00

0.03

0.0009

Incertidumbre típica combinada (k=1) = 0.501 ºC Incertidumbre expandida (k=2) = 1.0 ºC

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