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


•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


Contenido

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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.


• 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


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.)


Generalidades


• 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.


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.


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.


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


Definiciones


Instrumentación de referencia empleada


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



•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


Operaciones previas



• 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



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




Figura 1. Zona de trabajo Tabla 1. Dimensiones prácticas de la zona de trabajo

Colocación de sensores de temperatura

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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


Toma de datos



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



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= +


Cálculo de incertidumbres


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


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


Incertidumbre total del medio isotermo en temperatura (sin indicación)


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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Ponente:Jorge Rivera Silva

Almería, 22 de mayo de 2007

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