caracterización de medios isotermos
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Jornada Andaluza en Metrología, Calibración y Ensayos (Almería 2007)
Caracterización de medios isotermos: introducción
Ponente:Jorge Rivera Silva
Almería, 22 de mayo de 2007
Jornada Andaluza en Metrología, Calibración y Ensayos (Almería 2007)
•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
Caracterización de medios isotermos: introducción
Contenido
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Jornada Andaluza en Metrología, Calibración y Ensayos (Almería 2007)
Caracterización de medios isotermos: introducción
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.
Jornada Andaluza en Metrología, Calibración y Ensayos (Almería 2007)
• 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, internacionales y/o los documentos sectoriales existentes
Caracterización de medios isotermos: introducción
Generalidades
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•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.)
Caracterización de medios isotermos: introducción
Generalidades
Jornada Andaluza en Metrología, Calibración y Ensayos (Almería 2007)
• 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, December1999, 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 OfThe Performance Of Environmental Chambers”. Issue 1. September 2003.
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Referencias
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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 consignaTemperatura deseada como fija por los controles de la cámara.
•Estabilización de la temperaturaTemperatura a la cual todos los puntos del espacio de trabajo han alcanzado y mantenido la temperatura del punto de consigna con una tolerancia dada.
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Definiciones
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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
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•Fluctuación de humedad relativa (estabilidad de hr)Fluctuación calculada a partir del sensor de temperatura que tiene mayorfluctuación.
•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 relativaLectura del indicador de temperatura o humedad relativa
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Definiciones
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Instrumentación de referencia empleada
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Descripción del proceso
Indicadores
•Indicadores de temperatura• Registradores de temperatura
(“data loggers”)
• Higrómetro óptico de punto de rocío• Indicadores de humedad relativa• Registradores de humedad relativa o punto de rocío
Sensores
•Termómetros de resistencia de platino (TRP)• Termopares de metal noble• Termopares de metal común
• Sensor óptico de punto de rocío • Sensores capacitivos de humedad relativa
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Operaciones previas
Caracterización de medios isotermos: introducción
Descripción del proceso
•Estado de los sensores de control•Instrumentos de control•Mandos de control•Resto de instrumentos (seguridad, registros, etc.)•Etc.
Inspección visual y revisión:
•Conjunto de la instalación•Mecanismos de apertura y cierre•Juntas de puerta•Hermeticidad•Interior del medio isotermo•Estado de las paredes (acumulación suciedad, hielo, etc.)•Resistencias de calentamiento, calderas•Compresores de refrigeración
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Operaciones previas
Caracterización de medios isotermos: introducción
Descripción del proceso
• 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.)
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• Ciclos de temperatura
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Proceso de ensayo
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Descripción del proceso
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
Sensores adicionales para la calibración de la indicación
1. Medición de dimensiones internas de la cámara
2. Colocación de la carga3. Medición de la disposición y
ubicación de la carga4. Conexión y colocación de los
sensores de referencia5. Puesta en marcha del medio
isotermo6. Espera de tiempo de
estabilización (fijado por la tolerancia)
7. Toma de datos
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Descripción del proceso
Figura 1. Zona de trabajo Tabla 1. Dimensiones prácticas de la zona de trabajo
Colocación de sensores de temperatura
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Descripción del proceso
Figura 3. Distribución de los sensores adicionales (V > 2 000 l)
Figura 2. Distribución de los sensores (V ≤ 2000 l)
Colocación de sensores de temperatura
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Toma de datos
Caracterización de medios isotermos: introducción
Descripción del proceso
Para cada temperatura (o hr) de consigna
1. Registro de lecturas de todos los sensores, al menos cada 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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Tratamiento de datos
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Descripción del proceso
Estabilidad:
Uniformidad:
Temperatura (o hr) media:
Indicación:
max( max( ) min( ) )medio ij ije x x= −
max( ) min( )i imedioun x x= −
ii
xx
n=∑
indicaciony y C= +
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Cálculo de incertidumbres
Caracterización de medios isotermos: introducción
Resultados
Estabilidad:
Uniformidad:
Temperatura (o hr) media:
Indicación:
22 2 / 2( )
3medio
e esteu x uδ ⎛ ⎞= + ⎜ ⎟
⎝ ⎠
22 ( )( ) su x
nδ =
22 2 / 2( )
3medio
un estunu x uδ ⎛ ⎞= + ⎜ ⎟
⎝ ⎠
2 2 2 2, ,( ) ( ) ( ) ( ) ( )x res rep x mi refu C u y u y u y u yδ δ δ= + + +
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Expresión de resultados
Caracterización de medios isotermos: introducción
Resultados
•Configuración de controladores• Si el ensayo es con o sin carga• En caso, características de la carga (m, V, superficie, material, etc.)•Ubicación de la carga•Dimensiones del espacio de trabajo•Resultados de cada uno de los sensores•Series temporales de datos (en caso necesario)•Incertidumbres expandidas
Los informes de ensayo deben incluir:Identificación del medio isotermo •Instrumentación de referencia• Condiciones ambientales• Temperaturas (o hr) de consigna• Parámetros caracterizados y definiciones• Tiempo de estabilización y/o tolerancias• Ciclos de temperatura•Parámetros de funcionamiento
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Incertidumbre total del medio isotermo en temperatura (sin indicación)
Caracterización de medios isotermos: introducción
Ejemplo
0.00090.031.00Normal0.03Temp. media
0.00360.061.00Normal0.06Estabilidad
0.22090.471.00Normal0.47UniformidadMedio isotermo
0.00030.021.73Rectangular0.01Resolución
0.00120.031.73Rectangular0.02Linealidad
0.02990.171.73Rectangular0.10Deriva
0.00030.021.73Rectangular0.01Efectos de la
temperatura
0.00010.011.00Normal0.01Repetibilidad
0.00040.022.00Normal0.01CalibraciónInstrumento de referencia
Cuadrado de la incertid.
Típica(ºC2)
Incertidumbre típica(k=1)
(ºC)
DivisorDistribución(ºC)
Valor(ºC)
Fuente de incertidumbre
Incertidumbre típica combinada (k=1) = 0.501 ºCIncertidumbre expandida (k=2) = 1.0 ºC
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