Realización de un sistema de expansión estática como patrón nacional de presión absoluta en la región de vacío en el rango de 10-4 Pa a 1000 Pa.

Transcripción

1 Jornada de Difusión de Resultados de Proyectos CEM Realización de un sistema de expansión estática como patrón nacional de presión absoluta en la región de vacío en el rango de 10-4 Pa a 1000 Pa. D. Herranz & A. Pérez

2 INDICE 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El Sistema de Expansión Estática 4. Resultados 5. Conclusiones

3 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 1. Estado del arte 4. Resultados 5. Conclusiones

4 Aplicaciones de la tecnología de vacío en la investigación: Biología y medicina Química Óptica y electrónica Física nuclear Otros En industria y servicios: Alimentaria y farmacéutica Plásticos Otros

5 Centros nacionales de metrología como PTB (Alemania), NPL (Reino Unido),CENAM (México), NIST (EEUU), poseen patrones nacionales primarios de presión, basados todos ellos en diferentes diseños de sistemas de expansión dinámicos y estáticos.

6 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 5. Conclusiones Sistema de expansión dinámica (10-6 a 10-1 Pa) Sistema de Expansión Estática Medidores capacitivos (10-2 a 10 2 Pa) (10-4 a 10 3 Pa) Balanza dinamométrica (10-1 a 10 4 Pa)

7 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 2. La Ley de Boyle 4. Resultados 5. Conclusiones

8 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 5. Conclusiones "El volumen de una determinada masa de gas, varía de modo inversamente proporcional a la presión a la cual se somete" La expresión matemática de esta ley es: P V = cte es decir, se cumple que: P o V o = P f V f (si Tª y n constantes) (si Tª y n constantes)

9 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 3. El Sistema de Expansión Estática 5. Conclusiones

10 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 5. Conclusiones Características: El SEE es un sistema de expansión en serie Basado en la Ley de Boyle Es un sistema de medición primario Rango de medida 10-4 Pa a 1000 Pa Dará trazabilidad en ese rango Patrón nacional de medida

11 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 5. Conclusiones Funcionamiento: Consta de 5 cámaras, una pequeña, dos medianas y dos grandes Un pequeño volumen a una presión conocida, relativamente alta, es expandido a un volumen mayor, previamente evacuado, con lo que la presión inicial se reduce en un factor (f) Registro de temperaturas entre expansiones

12 P V0 = P f V f 0 Tª y n constantes 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 5. Conclusiones P f dónde V0 = P0 = P0 V + V f 1 f = 0 V 0 V 1 V0 + V V V f Razón de expansión Fundamental! 0 1 = Razón de volumen

13 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE Ejemplo: Ruta de expansión de V2 a V4: V2 1 f6 = = = 0, 01 V + V V c V c 4. Resultados 5. Conclusiones Si P 0 = Pa P f = 100 Pa Una reducción del 99%!

14 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 5. Conclusiones Determinación de la razón de expansión: Técnica o método gravimétrico Técnica o método de expansión Mediante la utilización de dos patrones de presión calibrados Mediante acumulaciones sucesivas de gas

15 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 5. Conclusiones Técnica o método de expansión (CEM): Mediante la utilización de dos patrones de presión calibrados (Método de expansión única): Se mide la presión inicial con la balanza de pesos muertos (estabilizar la presión) Después de la expansión se mide la presión final con una balanza dinamométrica (FPG 8601) y un CDG Se corrige el gradiente de Tª entre las paredes de los volúmenes y los cambios de Tª a lo largo del tiempo mediante sensores pt100 colocados en los volúmenes

16 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE Técnica o método de expansión (CEM): Mediante la utilización de dos patrones de presión calibrados (Método de expansión única): El modelo matemático es 4. Resultados 5. Conclusiones f = V p V p + V G = P P f 0 T T 0 f

17 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 5. Conclusiones Técnica o método de expansión (CEM): Mediante acumulaciones sucesivas de gas: Se mide la presión inicial con la balanza de pesos muertos (estabilizar la presión) Después cada expansión se mide la presión final con una balanza dinamométrica (FPG 8601) y un CDG Se corrige el gradiente de Tª entre las paredes de los volúmenes y los cambios de Tª a lo largo del tiempo mediante sensores pt100 colocados en los volúmenes

18 Técnica o método de expansión (CEM): Mediante acumulaciones sucesivas de gas: El modelo matemático es: Dónde alfa es: Técnica o método de expansión (CEM): Mediante acumulaciones sucesivas de gas: El modelo matemático es: Dónde alfa es: ( ) n n f P P f f = α 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 4. Resultados 5. Conclusiones 3. El SEE ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Δ Δ + + Δ + + Δ = T T V V V T T V V V T T V V V T T n n G p G n n G p G n n G p G n α

19 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 4. Resultados 4. Resultados 5. Conclusiones

20 Razones de expansión del SEE del CEM Método de acumulación

21 Razones de expansión del SEE del CEM Método de expansión única

22 1. Estado del arte 2. La Ley de Boyle 3. El SEE 5. Conclusiones 4. Resultados 5. Conclusiones

23 Las incertidumbres obtenidas con el método de acumulación de gas utilizando dos balanzas de presión, una de pesos muertos y otra dinamométrica, son similares a las obtenidas por otros laboratorios nacionales. La variedad del método de acumulación de gas propuesto por el CEM para el cálculo de la razón de expansión no mejora la incertidumbre final pero se obtiene una trazabilidad directa a las unidades de masa y longitud.

24 La incertidumbre final de uso del Sistema de Expansión Estática depende de la Presión inicial generada y del nº de expansiones realizadas: Para 1 sola expansión Entre 1000 Pa y 37,4 Pa; obtenemos: U = 0,003 x Pf Para 2 expansiones Entre 37,4 Pa y 0,29 Pa; obtenemos: U = 0,004 2 x Pf Para 3 expansiones Entre 0,29 Pa y 0, Pa; obtenemos: U = 0,009 2 x Pf

25 Se ha elaborado el certificado de calibración CEM- PT-0119 por lo que el SEE del CEM está a punto y listo para utilizar Con la realización de este patrón primario se podrá dar trazabilidad a empresas como EADS-CASA, IBERIA, así como al INTA.

26 Una de las principales enfermedades del hombre es su inquieta curiosidad por conocer lo que no puede llegar a saber B. Pascal Muchas Gracias!!!

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