EMPRESA NACIONAL DE AERONAUTICA ENAER CHILE

Transcripción

1 EMPRESA NACIONAL DE AERONAUTICA ENAER CHILE

2 En esta exposición n se describe el plan de desarrollo que propone el Laboratorio de Humedad de ENAER, para atender las demandas existentes referentes al establecimiento de patrones de medición n y la atención de las necesidades de los servicios de calibración n y trazabilidad. El delineamiento Proyectado para el Laboratorio en formación n consiste en implementar Patrones de Referencia para: Humedad relativa y temperatura del aire y gases. Humedad en Granos. Humedad en sólidos. s

3 ESQUEMA JERARQUICO DE METODOS PARA DETERMINAR HUMEDAD HUMEDAD DEL AIRE Y GASES HUMEDAD SOLIDOS HUMEDAD EN GRANOS METODO PRIMARIO (GENERA DOR PUNTO ROCIO) METODO SECUNDARIOS (CAMARA -SENSOR) METODO PRIMARIO (GRAVIMETRICO ) METODOS SECUNDARIOS (SIMULACION ELECTRICA) METODO PRIMARIO (GRAVIMETRICO) METODO SECUNDARIOS GENERADOR ENAER PUNTO ROCIO (GE -SENSING) RTD (ENAER) MULTIMETRO CAMARA T - HUMEDAD SALES PUNTOS FIJOS SENSOR TRABAJO HIGROMETROS COMPARADOR MASAS MASAS ESTUFA SENSORES TEMPERATURA DATA LOGGER DECADA RESISTIVA DECADA CAPACITORES MULTIMETRO PATRONES MEDICION ABSORCION ATOMICA EQUIPOS MICROONDAS COMPARADOR MASAS MASAS ESTUFA SENSORES TEMPERATURA DATA LOGGER Equipos INFRARROJOS EQUIPOS CAPACITIVO EQUIPO ULTRASONIDO ABSORCION ATOMICA EQUIPOS MICROONDAS EQUIPO AUXILIAR PARA CONTRASTAR, CALIBRAR, CHEQUEAR SENSORES HUMEDAD, TEMPERATURA, FLUJO (BANCO DE PRUEBAS) EQUIPO DATA LOGGER PARA CALIBRAR CAMARAS Y SENSORES INDUSTRIALES EQUIPO DATA LOGGER PARA CALIBRAR CAMARAS MASAS PARA CALIBRAR BALANZA Equipos Para ef ectuar Pruebas y Contrstar resultados con equipo de Cliente

4 Humedad en Gases Este laboratorio de Referencia mantiene el Patrón Nacional de Humedad ( ENAER), el cual comprende las magnitudes de humedad relativa y temperatura de punto de rocío. o.

5 Equipo Generador de Temperatura y Humedad Relativa Medidor de Punto de Rocío Unidad: Humedad relativa (% HR),Temperatura de punto de rocío o ( C)( Generación: n: Se consigue mediante un generador de humedad que opera siguiendo el principio fundamental de dos presiones, esto permite la medición n de humedad en gases. Alcance: 10% HR a 95%HR; 0 C 0 C A 64 C C en temperatura de punto de rocío Incertidumbre: + 0.2%HR a + 1.5% HR; C C en temperatura de punto de rocío o (k=2, con un nivel de confianza de aproximadamente 95%).

6 DESCRIPCIÓN El Patrón n Nacional de Humedad. Esta descrito por las magnitudes de humedad relativa y temperatura de punto de rocío. o. Se realiza mediante un generador de humedad que opera siguiendo el principio fundamental de dos presiones. Este principio consiste en hacer circular aire seco a alta presión n (aproximadamente 1.5 MPa) en un saturador, el cual se encuentra a a temperatura y presión controlada, posteriormente el aire saturado pasa a través s de una válvula v de expansión, n, la cual reduce su presión n del aire hasta aproximadamente la presión n atmosférica. Finalmente el aire se circula hacia una cámara c de prueba. Las mediciones de presión n y temperatura, tanto del saturador como en la cámara, c permiten determinar, usando relaciones de gases ideales, el el contenido de vapor de agua que contiene el aire en la cámara c de prueba. La cantidad de vapor de agua presente en la cámara c puede expresarse como humedad relativa o temperatura de punto de rocío. o. APLICACIÓN El patrón n nacional de humedad se ha establecido con el fin de dar trazabilidad a las mediciones de humedad que se realizan en el país. La humedad junto con la presión n y la temperatura son de las magnitudes mayormente medidas y controladas en la industria, por lo cual resulta imperante a las mediciones de estas magnitudes. El principio con el que opera este sistema de humedad, lo hace totalmente t confiable y compatible con patrones de otros países.

7 Psicrómetros Medidores De punto De rocío Higrotermógrafos Patrón Nacional de Humedad Termohigrómetros Sensores capacitivos Sensores resistivos

8 Patrón n Secundario. Para Calibrar equipos de menor exactitud se implementó una cámara Generadora de Humedad que permitirá Calibrar los equipos de la Industria, a través del esquema adjunto:

9 Cámara Generadora de Humedad para Calibrar equipos de la Industria Nacional.

10 HUMEDAD EN GRANOS.- 1.-INTRODUCCI INTRODUCCIÓN El contenido de humedad en un material se puede entender como la cantidad de agua presente en éste y determina en gran parte las propiedades de materiales como: : alimentos, granos, cereales, harinas, materiales para la construcción, n, madera, azúcar, etc. Estas propiedades afectan, entre otras, la calidad, textura, sabor, resistencia y durabilidad, razón n por la cual es necesario contar con instrumentos que permitan hacer mediciones confiables de su contenido de humedad. 2.-LA IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN N DE HUMEDAD EN GRANOS La medición n de humedad en granos es de gran importancia a nivel internacional nal por su impacto económico, prueba de ello son los datos presentados para el arroz, uno o de los principales granos que se producen en el mundo. Para una carga de toneladas de grano que contiene 14% de humedad h le corresponde 3500 toneladas de agua. En 13.5% de humedad el contenido de agua equivaldría a a 3375 toneladas. Si el precio comercial de 1 kg. De arroz es de aproximadamente U$ 0.6 (dólares americanos), el costo (ganancia pérdida),por p la diferencia obtenida de 0.5% de humedad es de $75000 USD. Este problema se puede presentar en las transacciones comerciales s debido a que los instrumentos comerciales existentes, en su mayoría, a, tiene errores de medición n en ese orden de magnitud.

11 Implementación n de un sistema de medición n de humedad basado en el método m Gravimètrico para granos y materiales sólidos. s Estufa de Secado de Muestras Comparadora de Masas Masas Patrones Desecador

12 Implementación n de un sistema de referencia de medición n de humedad en granos basado en el método m de capacitancia eléctrica empleando un equipo comercial.-

13 Humedad en SólidosS En este laboratorio se realizan actividades enfocadas a dar la trazabilidad a las mediciones de contenido de humedad en sólidos s que se realizan en el país. Entre las actividades que se realizan actualmente se identifican las siguientes: - Implementación n de un sistema de referencia de medición n de humedad en sólidos s basado en el método m de capacitancia eléctrica empleando un equipo comercial.- - Implementación n de un sistema de medición n de humedad basado en el método m gravimètrico para materiales sólidos. s - Estudio de un sistema para acondicionamiento del contenido de humedad de muestras con la técnica t de soluciones saturadas de sales.

14 Implementación n de un sistema de medición n de humedad basado en el método m Gravimétrico para materiales sólidos. s Estufa de Secado de Muestras Comparadora de Masas y Masas Patrones Desecador

15 Implementación n de un sistema de referencia de medición n de humedad en sólidos s basado en el método m de capacitancia eléctrica empleando un equipo comercial.- En la actualidad, a nivel internacional el campo de medición n de humedad en sólidos s ha sido atendido por medio del desarrollo de patrones de medición n confiables, y es respaldo por un número n extenso de instrumentos comerciales para distintas aplicaciones de medición. Equipo medidor de Humedad Patrones de Resistencia de sólidos y capacitancia

16 CALIBRACION DE MEDIDORES DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA 1.- OBJETIVO Establecer un procedimiento general para la calibración n de equipos medidores de temperatura y humedad ambiental en el Laboratorio de Metrología. 2.- APLICABILIDAD Este procedimiento es aplicable a instrumentos de medición n multifuncionales como a instrumentos que sean capaces de medir humedad y temperatura ambiental con lecturas tanto digitales como analógicas que se utilizan en ENAER. 3.- CONDICIONES GENERALES Los instrumentos, deben permanecer en el área de trabajo el tiempo necesario (12 horas) para que se estabilicen a temperatura de referencia antes de proceder a su calibración Las condiciones ambientales de trabajo serán: Temperatura : 20 ± 5 ºC Humedad Relativa : 50 ± 20 % HR Para realizar la calibración, son necesarios los siguientes elementos: Generador de temperatura y Humedad con trazabilidad. Fabricante :Thunder Scientific Modelo :2500 Benchtop-Mobile Alcance :10-95 % H.R C Resolución :0.02 % 0.02 C Exactitud :± 0.5 % H.R. Y ± 0.06 C

17 CALIBRACION DE MEDIDORES DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA

18 4.0.- ANTECEDENTES PREVIOS DEFINICIONES: Humedad Se denomina humedad ambiental a la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Humedad Relativa Se define como la proporción n de la presión n parcial efectiva del vapor de agua relacionada con la presión n parcial de dicho vapor de agua si el espacio de aire estuviese saturado a la misma temperatura seca. La humedad relativa depende de la presión n del vapor de agua presente y de la temperatura seca. Se mide en porcentaje entre 0 y 100, donde el 0% significa aire seco y 100% aire saturado. Ejemplo: una humedad relativa del 70% quiere decir que de la totalidad de vapor de agua (el 100%) que podría contener el aire a esta temperatura, solo tiene el 70%. Humedad absoluta Se llama Humedad absoluta es el peso efectivo del vapor de agua por unidad de volumen de aire. Esta depende solamente de la temperatura del punto del rocío, o, y se expresa normalmente en gramos de vapor por kilogramo de aire seco. Temperatura Es la propiedad de un sistema que relaciona su habilidad para comunicar calor a su entorno Temperatura de Punto de Rocío Es la temperatura a la cual las gotas de rocío o o de agua empiezan a condensar en una muestra de aire seco y vapor de agua cuando se enfría.

19 5.- PROCEDIMIENTO DE CALIBRACION 5.- Método. CALIBRACIÓN N DE TEMPERATURA Y HUMEDAD. USANDO UN GENERADOR DE HUMEDAD Se debe realizar los siguientes procedimientos en forma preliminar: Verificación n funcional del Instrumento a calibrar (en ensayo). Revise la condición n de las pilas ó de la batería a según n sea el caso Ingresar el instrumento bajo calibración n en la cámara c generadora de humedad y temperatura Seleccionar tres valores de temperatura y humedad de acuerdo al rango de uso Programar el primer valor de temperatura y humedad seleccionados de acuerdo al paso Permitir a la cámara c generadora estabilizar Las indicaciones del instrumento bajo calibración n deben estabilizar para poder compararse con la temperatura y humedad generada por la cámarac

20 6.- NÚMERO DE PUNTOS DE CALIBRACIÓN CALIBRACIÓN N DE TEMPERATURA Y HUMEDAD. USANDO UN GENERADOR DE HUMEDAD Para la calibración n de estos instrumentos los puntos nominales serán: Tabla N N 1 TEMPERATURA HUMEDAD ºC ºF % HR OBSERVACIÓN: Los puntos de calibración lo puede determinar el técnico calibrador teniendo en cuenta las características del equipo, rangos de medición a cubrir o la solicitud del usuario.

21 7.- METODO PARA LA DETERMINACION DEL ERROR SISTEMATICO DEL INSTRUMENTO NTO (Es( Es) En donde: Xij n Vvc = Valor de cada una de las series medidas (j), para un mismo nominal (i). = Número de mediciones o series realizadas en cada punto. = Valor verdadero convencional (para efectos prácticos, valor indicado por su patrón n de referencia) EXPRESION GENERAL DE INCERTIDUMBRE En donde: Es = n j = 1 Xijn n Vvc U = ku U = Incertidumbre expandida de la calibración K = factor de cobertura (en nuestro caso k = 2, lo que corresponde a un nivel de confianza de un 95,45%). up = Incertidumbre del patrón n de calibración ures = Distribución n rectangular tipo B, división n de la escala del instrumento en calibración; la resultante de la máxima m desviación n debido a la resolución n finita del instrumento. u res = DMS 3 en donde DMS representa al dígito d menos significativo.

22 Nota: Una fuente de incerteza de un instrumento digital es la resoluci ción n de su indicación. n. Por ejemplo; si cada una de las indicaciones repetidas fueran todas idénticas, la incerteza de la medición atribuible a la repetibilidad no será cero, porque hay un rango de señales de entrada para el instrumento que se extiende en un intervalo conocido el cuál l dará la misma indicación. n. Así,, basado en la resolución del instrumento esta incerteza se describe de acuerdo a la siguiente manera: u res = DMS 2 3 En donde DMS representa al dígito d menos significativo u (rep) Incertidumbre Tipo A, se evalúa a como una desviación n estándar, corregida por el factor de Student a fin de minimizar los efectos debido al escaso número n de mediciones hechas por el equipo bajo calibración n en cada punto. t S ( x ) u rep = n en donde: t = factor de Student (ver Tabla Nº N 1) n = número n de mediciones de cada punto.

23 Nota: Una fuente de incerteza de un instrumento digital es la resoluci ción n de su indicación. n. Por ejemplo; si cada una de las indicaciones repetidas fueran todas t idénticas, la incerteza de la medición n atribuible a la repetibilidad no será cero, porque hay un rango de señales de entrada para el instrumento que se extiende en un intervalo conocido c el cuál l dará la misma indicación. n. Así,, basado en la resolución n del instrumento esta incerteza se describe de acuerdo a la siguiente manera: u res = DMS En donde DMS representa al dígito d menos significativo 2 3 u (rep) Incertidumbre Tipo A, se evalúa a como una desviación n estándar, corregida por el factor de Student a fin de minimizar los efectos debido al escaso o número n de mediciones hechas por el equipo bajo calibración n en cada punto. t S ( x ) u rep = n Donde: t = factor de Student (ver Tabla Nº N 1) n = número n de mediciones de cada punto. S n i = 1 ( x ) = x i n 1 x 2

24 en donde xi = representa c/u de los valores leídos por el instrumento en cada punto; _ x = representa el valor medio de los valores leídos en cada punto. ESTIMACION DE INCERTIDUMBRE Tabla Nº 1 NÚMERO DE OBSERVACIONES t k=1 P=68,27% n 2 1,84 3 1,32 4 1,20 5 1,14 6 1,11 7 1,09 8 1,08 9 1, , ,005 1,000 p = nivel de confianza