Billy Quispe Cusipuma

Transcripción

1 VI Simposio de Metrología en el Perú 21 y 22 de mayo de 2015 SISTEMA GENERADOR DE HUMEDAD Billy Quispe Cusipuma Responsable del Laboratorio de Termometría Lima, 21 de Mayo de 2015

2 Introducción Humedad - El vapor de agua (humedad) se encuentra presente a nuestro alrededor. Presión Flujo Humedad Temperatura Masa Otras

3 Introducción Aplicaciones - Industria de alimentos: elaboración, empaquetamiento y conservación. - Industria farmacéutica: elaboración y conservación de los medicamentos. - Aire acondicionado: control de condiciones ambientales en almacenes, laboratorios, oficinas, hogar, etc. - Meteorología: predicción de condiciones ambientales e investigación del clima - Industria electrónica y semiconductores: fabricación de los componentes. - Metrología: desarrollo de patrones de medición y calibración de higrómetros.

4 Introducción Generación - Dos temperaturas (2T). - Dos presiones (2P). - Sistemas híbridos de dos temperaturas y dos presiones. - Flujo dividido. - Sales saturadas. - Psicrometría.

5 Patrón Nacional de Humedad

6 Descripción - El patrón nacional de humedad, es un sistema generador de humedad basado en el principio de 2T y 2P desarrollado en el laboratorio de higrometría y consta de un burbujeador y presaturador para la humidificación del aire seco, ambos sumergidos en un baño termostático; el saturador es un serpentín helicoidal ascendente sumergido en otro baño termostático y la cámara de prueba para la calibración de todos los instrumentos.

7 Descripción Figura 1. Diagrama del generador de dos temperaturas

8 Principio Descripción de Medición Burbujeador y pre-saturador, ambos sumergidos en un baño termostático. Vista de perfil del burbujeador y del pre-saturador.

9 Principio Descripción de Medición Imagen 2. (Izquierda) Saturador de forma helicoidal ascendente, sumergido en un baño termostático. (Derecha) vista de perfil del saturador.

10 Principio Descripción de Medición Imagen 3. Vista interior (izquierda) y exterior (derecha) de la cámara de humedad.

11 Humedad Relativa - Humedad relativa, definida como: HH = x v 100 x s donde: x v es la fracción molar de vapor de agua a una temperatura de saturación. x s es la fracción molar del vapor de agua para el mismo volumen en condiciones de saturación.

12 Humedad Relativa De la definición de humedad, se obtiene la fórmula para la humedad relativa P s es la presión del aire húmedo a la salida del saturador, P c es la presión del aire húmedo al interior de la cámara de prueba, T s es la temperatura del saturador, T c es la temperatura del aire húmedo al interior de la cámara de prueba, e s es la presión de vapor de saturación del agua en el saturador, e c es la presión de vapor de saturación del agua en la cámara, f s (T s,p s ) es el factor de corrección a la temperatura y presión de saturación, f c (T c,p c ) es el factor de corrección a la temperatura y presión de la cámara de prueba.

13 Temperatura de punto de rocío Temperatura de punto de rocío/escarcha Es la temperatura a cual la mezcla de aire-vapor de agua debe enfriarse isobáricamente para inducir una condensación. TT dd = 3 ii=0 cc ii(llllll) ii 3 dd ii (llllll) ii ii=0 para el agua para el hielo cc 0 2, , cc 1-2, , cc 2 4, , cc 3-9, dd dd 1-1, , dd 2 5, , dd 3-7, ,

14 Presupuesto de Incertidumbre Valor de la Humedad Relativa Temperatura del Saturador (Ts ) Presión del Saturador (Ps ) PRESUPUESTO DE INCERTIDUMBRE PARA LA DETERMINACIÓN DE LA HUMEDA RELATIVA 48,9 %hr Incertidumbre Coeficiente de Unidades Unidades estandar u i Sensibilidad c i u i *c i (K) Peso en % Valor generado de punto de rocío 10,000 C Termómetro Calibración 0,007 K 0,0404 %hr/k 0,0003 0,000 Deriva 0,018 K 0,0404 %hr/k 0,0007 0,001 Resolución 0,003 K 0,0404 %hr/k 0,0001 0,000 Interpolación 0,001 K 0,0404 %hr/k 0,0000 0,000 Lecturas 0,003 K 0,0404 %hr/k 0,0001 0,000 Baño termostático Estabilidad 0,040 K 0,0404 %hr/k 0,0016 0,004 Uniformidad 0,040 K 0,0404 %hr/k 0,0016 0,004 Gradiente vertical 0,040 K 0,0404 %hr/k 0,0016 0,004 Valor de presión absoluta 104,1 kpa Transductor de presión Calibración 1,000 Pa 1,478E-03 %hr/pa 0,0015 0,003 Deriva 4,041 Pa 1,478E-03 %hr/pa 0,0060 0,051 Resolución 0,289 Pa 1,478E-03 %hr/pa 0,0004 0,000 Interpolación 0,289 Pa 1,478E-03 %hr/pa 0,0004 0,000 Lecturas 2,582 Pa 1,478E-03 %hr/pa 0,0038 0,021 Diferencia de altura 0,000 Pa 1,478E-03 %hr/pa 0,0000 0,000

15 Presupuesto de Incertidumbre Temperatura de la Cámara (Tc ) Presión de la Cámara (Pc ) Valor de temperatura 21,000 C Termómetro Calibración 0,007 K -0,017 %hr/k -0,0001 0,000 Deriva 0,018 K -0,017 %hr/k -0,0003 0,000 Resolución 0,003 K -0,017 %hr/k 0,0000 0,000 Interpolación 0,001 K -0,017 %hr/k 0,0000 0,000 Lecturas 0,003 K -0,017 %hr/k -0,0001 0,000 Gradientes de la cámara Estabilidad 0,100 K -0,017 %hr/k -0,0017 0,004 Uniformidad 0,100 K -0,017 %hr/k -0,0017 0,004 Gradiente vertical 0,100 K -0,017 %hr/k -0,0017 0,004 Valor de presión absoluta 103,1 kpa Transductor de presión Calibración 1,000 Pa 4,7410E-04 %hr/pa 0,0005 0,000 Deriva 4,041 Pa 4,7410E-04 %hr/pa 0,0019 0,005 Resolución 0,289 Pa 4,7410E-04 %hr/pa 0,0001 0,000 Interpolación 0,289 Pa 4,7410E-04 %hr/pa 0,0001 0,000 Lecturas 2,582 Pa 4,7410E-04 %hr/pa 0,0012 0,002 Diferencia de altura 0,000 Pa 4,7410E-04 %hr/pa 0,0000 0,000 Flujo del gas Calibración 0,001 Lpm 49,46542 %hr/lpm 0,0495 3,48 Lecturas del flujo 0,005 Lpm 49,46542 %hr/lpm 0, ,88

16 Presupuesto de Incertidumbre Humedad Relativa (%HR ) Valor de humedad relativa 48,88 %hr Humedad Relativa Lecturas 0,03 %hr 1,00000 %hr/%hr 0,0289 1,18 Resolución 0,1 0,03 %hr 1,00000 %hr/%hr 0,0289 1,18 fs 1,0040 0,001 25,08444 %hr 0,0251 0,89 fc 1,0041 0,001-48,68170 %hr -0,0487 3,37 es 1 228,14 Pa 1,00 Pa 0,04076 %hr/pa 4,076E-02 2,36 ec 2 488,17 Pa 1,00 Pa -0,01964 %hr/pa -1,964E-02 0,55 Nota: 1 C a 1 K u= 0,27 %hr k= 2 U= 0,53 %hr

17 Presupuesto de Incertidumbre PRESUPUESTO DE INCERTIDUMBRE PARA LA DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE ROCÍO Valor de temperatura de punto de rocío 9,86 C Temperatura del Saturador (Ts ) Presión del Saturador (Ps ) Incertidumbre Coeficiente de u Unidades Unidades i *c i estandar u i Sensibilidad c i (K) Peso en % Valor de temperatura ts 10,00 C Termómetro patrón Calibración 0,007 K 0,9997 K/K 0,0070 0,58 Deriva 0,018 K 0,9997 K/K 0,0180 3,83 Resolución 0,003 K 0,9997 K/K 0,0029 0,10 Interpolación 0,010 K 0,9997 K/K 0,0100 1,18 Lecturas 0,006 K 0,9997 K/K 0,0058 0,39 Baño termostático Estabilidad 0,040 K 0,9997 K/K 0, ,93 Uniformidad 0,040 K 0,9997 K/K 0, ,93 Gradiente vertical 0,040 K 0,9997 K/K 0, ,93 Valor de presión absoluta 104,1 kpa Transductor de presión Calibración 1,000 Pa 2,762E-05 K/Pa 2,762E-05 0,00 Deriva 4,041 Pa 2,762E-05 K/Pa 1,116E-04 0,00 Resolución 0,289 Pa 2,762E-05 K/Pa 7,972E-06 0,00 Interpolación 0,289 Pa 2,762E-05 K/Pa 7,972E-06 0,00 Lecturas 1,155 Pa 2,762E-05 K/Pa 3,189E-05 0,00 Diferencia de altura 1,000 Pa 2,762E-05 K/Pa 2,762E-05 0,00

18 Presupuesto de Incertidumbre Presión de la Cámara (Pc ) Temperatura de Punto de Rocío (Td ) Valor de presión absoluta 103,1 kpa Transductor de presión Calibración 1,000 Pa 9,070E-06 K/Pa 9,070E-06 0,00 Deriva 4,041 Pa 9,070E-06 K/Pa 3,666E-05 0,00 Resolución 0,289 Pa 9,070E-06 K/Pa 2,618E-06 0,00 Interpolación 0,289 Pa 9,070E-06 K/Pa 2,618E-06 0,00 Lecturas 2,582 Pa 9,070E-06 K/Pa 2,342E-05 0,00 Diferencia de altura 1,000 Pa 9,070E-06 K/Pa 9,070E-06 0,00 Flujo del gas Calibración 0,001 Lpm 0,92404 K/Lpm 0,0009 0,01 Lecturas del flujo 0,005 Lpm 0,92404 K/Lpm 0,0046 0,25 Valor de temperatura td 9,86 C Temperatura de punto de rocío Lecturas 0,03 K 1,00000 K/K 0,0289 9,86 Resolución 0,10 C 0,03 K 1,00000 K/K 0,0289 9,86 fs 1,0040 0,03 0,93143 K 0,0269 8,56 fd 1,0039 0,03-0,93146 K -0,0269 8,56 es 1 228,14 Pa 1,00 Pa 0,00076 K/Pa 7,614E-04 0,01 ed 1 216,38 Pa 1,00 Pa 0,00077 K/Pa 7,688E-04 0,01 Nota: 1 C a 1 K u= 0,092 K k= 2 U= 0,184 K

19 Medidor de temperatura de punto de rocío Marca: Michell Instruments Modelo: S8000 Intervalo de indicación: -60 C dp a 40 C dp Resolución: 0,01 C dp / 0,001 C dp Certificado de calibración realizado por laboratorio acreditado UKAS

20 Intervalos de medición El sistema generador de humedad puede generar humedad relativa en el intervalo de medición: desde 5 %HR hasta 95 %HR y en temperatura de punto de rocío: desde -20 C hasta 20 C.

21 Incertidumbre expandida de medición Para humedad relativa: desde 0,3 %HR hasta 1,0 %HR Para temperatura de punto de rocío: 0,2 C En ambos casos: k=2, para un nivel de confianza aproximado de 95 %.

22 Trazabilidad El patrón nacional de humedad tiene trazabilidad a la Escala Internacional de Temperatura de 1990 a través de los patrones nacionales de temperatura y a los patrones nacionales de presión, mantenidos en el Servicio Nacional de Metrología del Indecopi.

23 Conclusiones - Se ha mejorado la capacidad de medición del laboratorio, tanto en el intervalo de medición como en la incertidumbre de calibración. - La trazabilidad se obtiene de los patrones que dispone los laboratorio del SNM. - El principio de 2T-2P, en el cual se basa el funcionamiento del generador, es un método práctico y confiable ya que está aceptado por la comunidad metrológica mundial para realizar la escala de humedad relativa y es compatible con los patrones de los otros institutos nacionales de metrología.

24 Trabajos Futuros - Actualmente se tiene programada la participación de una comparación internacional en humedad relativa con los países Andinos. - Participar en una comparación internacional en temperatura de punto de rocío.

25 GRACIAS