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.

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Generalidades

• Se consideran ensayos •Requisitos de caracteriza caracterización ción muy d diversos iversos,, dependiendo del uso al que se destine el medio isotermo •Fijar claramente el alcance de la caracterización (temperaturas de consigna consigna,, parámetros a caracterizar, estabilización estabilización,, tiempo de registro,, condiciones de carga registro 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.)

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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 “E “Expr xpres essio sion n of the the Unce Uncert rtain ainty ty of Measu Measure reme ment nt in Calib Calibra rati tion on,, Dece Decemb mber  er  1999,, Europe 1999 European an co-op co-operatio eration n for Accred Accreditation itation of Labor Laboratorie atories”, s”, Rotter Rotterdam. dam. • EA-4/02-S1 Sup Supple plemen mentt to EA-4 EA-4/02 /02 • The The So Soci ciet ety y of En Envi viro ronm nmen enta tall En Engi gine neer ers s “A Guid Guide e To Ca Calc lcul ulat atin ing g The The Un Unce cert rtai aint nty y Of  The Per Perform formanc ance e Of Env Enviro ironme nmenta ntall Cha Chambe mbers” rs”.. Issu Issue e 1. September September 200 2003. 3.

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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.

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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

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Descripción del proceso Instrumentación de referencia empleada Sensores

Indicadores

•Termómetros de resistencia de platino (TRP)

•Indicadores de temperatura

• Termo Termopares pares de metal metal noble

• Regis Registrado tradores res de tempe temperatur ratura a (“data loggers”)

• Termo Termopares pares de metal metal común • Higrómetro óptico de p punto unto de rocío • Senso Sensorr óptico de punto de rocí rocío o

• Indica Indicadores dores de humeda humedad d relativa

• Sensor Sensores es c capacit apacitivos ivos de h humeda umedad d 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

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Descripción del proceso Operaciones previas Registro de la condiciones del ensayo: • Identi Identificaci ficación ón del medio isotermo • Instru Instrumenta mentación ción de referencia referencia • Condi Condiciones ciones ambie ambientales ntales • Temper Temperatura aturas s (o hr) de consigna • Parám Parámetros etros a caracte caracterizar  rizar  • Tiempo de est estabiliz abilización ación y/o tolerancias

• Parám Parámetros etros de funciona funcionamiento miento seleccionados (programa, tiempo de ciclo, refrigeración, etc.) • Conf Configurac iguración ión de contr controlador oladores es • Si el ens ensayo ayo es con o s sin in carg carga a • En caso, carac característ terísticas icas de la carga (m, V, superficie, material, etc.)

• Ciclos de ttempera emperatura tura

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Proceso de ensayo

Descripción del proceso Mínimo de 9 sensores para temperatura (Fig. 1)

1.

Medi Medici ción ón de di dime mens nsio ione nes s internas de la cámara



2.

Col oloc ocac ació ión nd de e la la car carga ga



3.

Medi Medici ción ón de la di disp spos osic ició ión ny ubicación de la carga

4.

Co Cone nexi xión ón y c col oloc ocac ació ión n de de los los sensores de referencia



5.

Pues Puesta ta en marc marcha ha de dell m med edio io isotermo

Sensores

6.

Esper spera a de ti tiem empo po de estabilización (fijado por la tolerancia)

7.

Toma de datos

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

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Descripción del proceso Colocación de sensores de temperatura

Figu Figura ra 1. Zona Zona de trab trabaj ajo o

Tabl Tabla a 1. 1. Dim Dimen ensi sion ones es pr prác ácti tica cas sd de e lla az zon ona ad de e tra traba bajo jo

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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 > 2 000 000 l)

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Descripción del proceso Toma de datos 1.

Regi Regist stro ro de le lectu ctura ras sd de e tod todos os lo los s 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 Toma de da dato tos s de de llas as le lect ctur uras as 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 

Estabilidad:



Uniformidad:

Descripción del proceso

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

∑ x 



 x =

Temperatura (o hr) media:

i

i

n

 y = yindicacion + C 

Indicación:

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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

    (s)2 u (δ  x ) = n 2

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 ens ensayo ayo es con o s sin in carg carga a

•Instrumentación de referencia • Condi Condiciones ciones ambie ambientales ntales

• En caso, carac característ terísticas icas de la carga (m, V, superficie, material, etc.)

• Temper Temperatura aturas s (o hr) de consigna

•Ubicación de la carga

• Parám Parámetros etros carac caracteriza terizados dos y definiciones

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

• Tiempo de esta estabiliza bilización ción y/o tolerancias • Ciclos de ttempera emperatura tura

•Series temporales de datos (en caso necesario)

•Parámetros de funcionamiento

•Incertidumbres expandidas

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

Valor  (ºC)

Distribución (ºC)

Divisor 

Incertidumbre típica Incertidumbre (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

Deriva

0.10

Rectangular 

1.73

0.02

0.0003

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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