Sensor De Humedad

1. Introducción

Podría decirse que la humedad juega un rol en todos los procesos industriales. El solo hecho de que la atmósfera contiene humedad hace que, por lo menos, se estudie su efecto en el almacenamiento y operación de los distintos productos y dispositivos. El alcance que la influencia de la humedad podría tener en cualquier proceso industrial puede variar pero es esencial que al menos sea monitoreada, y en muchos casos controlada. Se puede decir que la humedad es una propiedad más difícil de definir y medir que sus parámetros asociados como pueden ser la presión y temperatura. La medición de la humedad es un proceso verdaderamente analítico en el cual el sensor debe estar en contacto con el ambiente de proceso a diferencia de los sensores de presión y temperatura que invariablemente se encuentran aislados del proceso por protecciones conductoras del calor o diafragmas respectivamente. Esto tiene, por supuesto, implicancias en la contaminación y degradación del sensor en niveles variables dependiendo de la naturaleza del ambiente.

En este trabajo vamos a revisar distintas tecnologías de sensores de humedad y sus típicas aplicaciones en el contexto de los rangos de medición para los que son más apropiados.

Los efectos de la contaminación, de alta significación dada la naturaleza analítica de las mediciones, se evalúan brevemente.

Como conclusión se sugiere que si el costo inicial no es de gran importancia, el higrómetro óptico de punto de rocío o sensor de espejo enfriado, ofrece el más preciso, repetible y confiable método para la medición de humedad con el rango de mayor amplitud posible.

En este trabajo vamos a poner el acento en los sensores que miden el contenido de agua en los gases mencionando que hay otra familia de dispositivos basados en la absorción de microondas que se utilizan para determinar el nivel de humedad en los más diversos compuestos de uso industrial o alimentos como pueden ser: cereales, café, madera, pulpa de papel, adhesivos etc. Normalmente estos elementos cambian sus propiedades dieléctricas a medida que absorben el agua hecho que se toma como base para la aplicación de mediciones basadas en microondas.

2. Precisión en la medición de la humedad

Los fabricantes y laboratorios de calibración buscan determinar la calidad del desempeño de los dispositivos para la medición de humedad, esto es, que tanto las especificaciones y como los datos de calibración reflejen la operación real de los sensores.

Podemos definir la precisión de un sensor como la desviación con respecto a un patrón de laboratorio. Esta característica es afectada por los siguientes factores:

• Temperatura y humedad a la que fue calibrado el sensor

• Dependencia de la calibración con la humedad y la temperatura, muchos sensores son no-lineales y casi todos varían con la temperatura

• Como afecta al sensor el envejecimiento y la velocidad de envejecimiento

• Que tan sensitivo es el sensor a los contaminantes

• Que precisión tiene el estándar usado para construir el sensor y su certificación

A causa de estas variaciones es de notar que una declaración de una precisión ±1% es poco representativa del desempeño efectivo en el ámbito de operación del sensor. Por ejemplo un sensor con una precisión especificada de fábrica del ±1% podría, después de operar durante 6 meses, caer hasta una precisión de ±6% mientras que otro sensor con una precisión de fábrica de ±2% podría, luego de operar 6 meses en la misma aplicación, tener una precisión del ±2%.

3. Parámetros típicos para determinar la humedad

Medición de la humedad relativa (RH)

La medición de la humedad relativa consiste en la relación entre la presión parcial del vapor de agua en el gas de que se trate y la presión de saturación del vapor, a una temperatura dada. Por lo tanto la humedad relativa es función de la temperatura. La medición es expresada como un porcentaje. La humedad relativa es un parámetro utilizado principalmente en aplicaciones ambientales (ej. acondicionamiento de aire) o mediciones meteorológicas ya que impacta directamente en el confort humano. Cuando los niveles de humedad relativa son bajos puede producirse electricidad estática que dañe al equipamiento electrónico.

Medición del punto de rocío/escarcha (D/F PT)

El punto de rocío es la temperatura, por sobre los 0° grados, al cual el vapor de agua presente en el gas condensa. El punto de escarcha es la temperatura, por debajo de 0° grados, a la cual el vapor se cristaliza en hielo. El punto D/F PT es función de la presión del gas pero independiente de su temperatura, y por lo tanto se lo considera una magnitud fundamental.

Los puntos de rocío y escarcha son utilizados cuando la sequedad de un gas es relevante, esto es en procesos en los que debe evitarse la condensación de el vapor de agua a bajas temperaturas. El punto de rocío se usa también como un indicador del contenido de vapor de agua en procesos de alta temperatura como el secado industrial.

Partes por millón (PPM)

Expresión del contenido de vapor de agua por fracción de volumen (PPMv) o, si es multiplicado por la relación entre el peso molecular del agua y el aire como PPMw.

Este parámetro es más dificultoso de conceptualizar porque está fuera del alcance del cuerpo humano detectar los cambios de esta magnitud en la atmósfera. Este término y los asociados como pueden ser: El termino PPM u otrs asociados como la relación de mezcla, el porcentaje de volumen y la humedad específica, se utilizan cuando el vapor de agua es una impureza o un componente definido en una mezcla de gases que participa de un proceso industrial. Un ejemplo práctico de su aplicación son los gases de uso medicinal, como pueden ser el óxido nitroso, dióxido de carbono y oxígeno cuando son utilizados en operaciones quirúrgicas que deben tener un contenido de humedad menor a 60ppm.

4. Consideración de los distintos tipos de sensor y sus aplicaciones

No existe un tecnología de medición que sea apropiada para todas las aplicaciones. Algunas de las tecnologías típicamente usadas son:

Técnicas para la medición de humedad relativa

Las mediciones de humedad relativa puede ser hecha por sensores basados en: psicometría, desplazamiento, resistivos, capacitivos y por absorción de líquido. Algunos de los cuales describimos.

Psicometría por bulbo húmedo/bulbo seco

La psicometría desde hace tiempo es uno de los métodos más populares para el monitoreo de la humedad debido a su simplicidad e inherente bajo costo. Un psicometro industrial típico consiste de un par de termómetros eléctricos acoplados, uno de los cuales opera en estado húmedo.

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