High temperature fixed pointsinvestigation of influence parameters on the temperature uncertainty by thermal modelling

Resumen

Resumen En el campo del calibrado térmico, la determinación de puntos fijos de fusión de materiales eutécticos a alta temperatura es muy importante. Sin embargo, debido a la dificultad para realizar medidas experimentales a altas temperaturas, el modelado térmico es una herramienta esencial para comprender las fuentes de incertidumbre en la obtención de estos puntos fijos. Una vez determinados dichos puntos, son fácilmente reproducibles en cualquier laboratorio que tenga las instalaciones adecuadas, pudiendo servir de patrón para el calibrado de instrumentos térmicos de medida. La diferencia entre la temperatura medida con el termómetro y la temperatura de la interfase líquido-sólido es causada por varios factores: Las pérdidas de calor al entorno, la resistencia térmica del metal y de las paredes del crisol, la distribución de temperatura en el horno, el diseño del crisol y del horno y la temperatura nominal del punto fijo. En este trabajo se estiman las incertidumbres asociadas a los factores anteriores en la calibración de termómetros de radiación mediante puntos fijos eutécticos de alta temperatura. En particular, se realiza el modelado sobre las aleaciones eutécticas Co-C, Pt-C y Re-C que son objeto de una intensa investigación por parte de la comunidad de metrología como base para nuevas referencias en la escala de temperaturas. Estas incertidumbres (en términos de diferencia de temperatura) se evalúa mediante simulación numérica empleando el software FLUENT, basado en el método de volúmenes finitos, a configuraciones especificas de hornos y crisoles diseñados por el Instituto Nacional de Metrología de Japón (NMIJ), el Laboratorio Nacional de Física de Inglaterra (NPL) y el Laboratorio Nacional de Metrología Francés (LNE). También se han realizado estudios para el Laboratorio Nacional de Metrología de China (NIM), el Centro Español de Metrología (CEM) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST), todos ellos con el objetivo de entender las contribuciones de las distintas incertidumbres y así facilitar la implementación de los puntos fijos de alta temperatura con la suficiente precisión. Los primeros capítulos se refieren a aspectos generales sobre la termometría y el análisis y la validación de la simulación numérica. Los siguientes capítulos se centran en la evaluación de los factores de incertidumbre asociados a estos puntos fijos. Como resultado de este trabajo, se ha evaluado la influencia de grietas y poros en aleaciones eutécticas con defectos de formación, se han calculado las incertidumbres asociadas a los valores de la emisividad y la conductividad térmica del grafito y se ha estimado tanto la influencia de la longitud del crisol y el espesor de sus paredes como el uso de hornos y perfiles de temperatura diferentes.