Jornada de Difusión de Resultados de Proyectos CEM · • Se mide la presión inicial con la...

“Jornada de difusión de Proyectos CEM”

Jornada de Difusiónde Resultados de Proyectos CEM

D. Herranz & A. Pérez

“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.”

“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.”


INDICE1. Estado del arte2. La Ley de Boyle3. El Sistema de Expansión Estática4. Resultados5. Conclusiones

INDICE1. Estado del arte2. La Ley de Boyle3. El Sistema de Expansión Estática4. Resultados5. Conclusiones


1. Estado del arte1. Estado del arte

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


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

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


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.

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.


Sistema de expansión dinámica (10-6 a 10-1 Pa)Sistema de expansión

dinámica (10-6 a 10-1 Pa)

Balanza dinamométrica (10-1 a 104 Pa)

Balanza dinamométrica (10-1 a 104 Pa)

Medidores capacitivos(10-2 a 102 Pa)

Medidores capacitivos(10-2 a 102 Pa)

Sistema de Expansión Estática

(10-4 a 103 Pa)

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


2. La Ley de Boyle2. La Ley de Boyle

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


"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:

es decir, se cumple que:

"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:

es decir, se cumple que:cteVP =⋅ (si Tª y n constantes)(si Tª y n constantes)

ffoo VPVP ⋅=⋅ (si Tª y n constantes)(si Tª y n constantes)

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


3. El Sistema de Expansión Estática

3. El Sistema de Expansión Estática

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


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

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

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


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

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

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


10

0

VVVf+

=

ff VPVP ⋅=⋅ 00 Tª y n constantesTª y n constantes

fPVV

VPPf ⋅=+

⋅= 010

00

Razón de expansiónRazón de expansión

0

101V

VVf

+= Razón de volumenRazón de volumen

dóndedónde

¡ Fundamental !

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


Ejemplo:– Ruta de expansión de V2 a V4:

– Si P0 = 10 000 Pa Pf = 100 Pa

Ejemplo:– Ruta de expansión de V2 a V4:

– Si P0 = 10 000 Pa Pf = 100 Pa

cVVVVf

++=

42

26 01,0

10011

=++

=cV

¡ Una reducción del 99% !

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


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

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

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE

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




• Después de la expansión se mide la presión final con una balanza dinamométrica (FPG 8601) y un CDG



1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE



• El modelo matemático es



• El modelo matemático es

f

f

Gp

p

TPTP

VVV

f⋅

⋅=⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+=

0

0


Técnica o método de expansión (CEM):– Mediante acumulaciones sucesivas de gas:


• Después cada expansión se mide la presión final con una balanza dinamométrica (FPG 8601) y un CDG




• Después cada expansión se mide la presión final con una balanza dinamométrica (FPG 8601) y un CDG


1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE



• El modelo matemático es:

• Dónde alfa es:


• El modelo matemático es:

• Dónde alfa es:

( ) nnf

PP

ff

1

0

11 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+−= α

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE

( )( )

( )( )

( )( ) ⎥

⎥

⎦

⎤Δ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

++⋅⋅⋅

⎢⎢

⎣

⎡⋅⋅⋅+

Δ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

++

Δ+

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ=

−

−−

10

1

20

2

100

TT

VVV

TT

VVV

TT

VVV

TT

n

n

Gp

G

n

n

Gp

G

n

n

Gp

G

n

α


4. Resultados4. Resultados

1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE


Razones de expansión del SEE del CEMMétodo de acumulación

Razones de expansión del SEE del CEMMétodo de acumulación


Razones de expansión del SEE del CEMMétodo de expansión única

Razones de expansión del SEE del CEMMétodo de expansión única


1. Estado del arte

2. La Ley de Boyle

4. Resultados

5. Conclusiones

3. El SEE 5. Conclusiones5. Conclusiones


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.

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.


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 expansiónEntre 1000 Pa y 37,4 Pa; obtenemos: U = 0,003 x Pf

Para 2 expansionesEntre 37,4 Pa y 0,29 Pa; obtenemos: U = 0,004 2 x Pf

Para 3 expansionesEntre 0,29 Pa y 0,002 29 Pa; obtenemos: U = 0,009 2 x Pf

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 expansiónEntre 1000 Pa y 37,4 Pa; obtenemos: U = 0,003 x Pf

Para 2 expansionesEntre 37,4 Pa y 0,29 Pa; obtenemos: U = 0,004 2 x Pf

Para 3 expansionesEntre 0,29 Pa y 0,002 29 Pa; obtenemos: U = 0,009 2 x Pf


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

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


“ Una de las principales enfermedades del hombre es su inquieta curiosidad por conocer lo que no puede llegar a saber ” B. Pascal

¡¡¡ Muchas Gracias !!!¡¡¡ Muchas Gracias !!!

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