SENSORES DE HUMEDAD UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Presentado por. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL CONTROLES ELÉCTRICOS y AUTOMATIZACIÓN SENSORES DE HUMEDAD Presentado por.

Sensores De Humedad

Introducción: ¿Qué es la humedad? H2O + Gas o Sólido ¿Para que medirla? Automatización

Conceptos y definiciones: Higrometría o psicrometría Higrómetro Material higroscópico Saturación de un gas Punto de rocío Presión de vapor parcial Pv, se mide en [N/m2]=[Pa] Presión de vapor en saturación Psat Humedad absoluta Habs, se mide en [Kg/m3] Humedad relativa Hr, se mide en %

Ecuaciones: Humedad relativa: (1) Se debe determinar entonces Pv y Psat. Por aproximación de Antoine: P  Presión atmosférica (aire seco + vapor de agua). T  Temperatura ambiente en ºK. msat  Masa en Kg de agua en saturación. ma  Masa en Kg de aire seco.

Ecuaciones: v  Masa en Kg de una molécula de vapor de agua. a  Masa en Kg de las moléculas de aire seco (composición promedio), suponiendo que el aire seco está compuesto por 78.1% de N2, 21% de O2 y 0.9% de Ar. , ,   Coeficientes que serán determinados evaluando 3 pares (T,Psat) conocidos por tablas. P = 1.013E5Pa

Ecuaciones: (2) (3) Reemplazando ,  y , se tiene: Pero existen otras aproximaciones para Psat: (3) Donde:

Ecuaciones: (4) (5) Cálculo de Pv: Otra manera: Luego Hr queda determinada

1. Sensores por deformación.

Requiere ventilación 3[m/s] Sensores por deformación. Fibra Sensible D H r Banda Extensométrica D X Puente Wheatstone D R V Características: Error  3% Fácil de reproducir Poco robusto Rango de 15% a 95% Hr Tº entre –20[ºC] y70[ºC] Requiere ventilación 3[m/s]

2. Bulbo húmedo y seco.

- Introduce vapor al ambiente Rango de 0% a 100% de Hr Bulbo húmedo y seco. Bulbo Húmedo y Seco D H r Tº Termo resistencia (Platino) D R Puente Wheatstone D V Características: Error  0.5% - Introduce vapor al ambiente Rango de 0% a 100% de Hr Tº entre 0[ºC] y 90[ºC] Requiere ventilación 3[m/s]

3. Por condensación.

Por condensación. D R V _ + Tº Condensación H R' Luz R V' V _ + E Termo resistencia (Platino) Puente Wheatstone D R V Ganancia K Circuito Potencia Sistema Refrigeración Resistencia Calefactor _ + Espejo Tº Condensación H r R' Foto-resistencia (a) Luz R (b) Puente Wheatstone V' V _ + E

- Mezcla debe ser transparente Rango de 0% a 100% de Hr Por condensación. Características: Error  0.5% - Mezcla debe ser transparente Rango de 0% a 100% de Hr Tº entre -70[ºC] y 40[ºC] Requiere caudal cte. de 3[m/s]

4. Sales higroscópicas. R Manto de fibra de vidrio con solución salina (Cloruro de litio) Tubo metálico Termo resistencia Hilo de oro #2 Hilo de oro #1 V ac

Requiere cambio de solución cada 3 meses Sales higroscópicas. _ + H r D Evaporación Cristales Salinos Solución Salina Absorción V ac Circuito Resistivo Tº Cantidad de solución Alambres de Oro D R Características: Error  0.5% - Rango de 15% a 100% de Hr Tº entre -45[ºC] y 90[ºC] Requiere cambio de solución cada 3 meses Termo resistencia (Platino) Puente Wheatstone D R V Automatización Industrial: Sensores De Humedad

5. Electrolíticos.

Requiere cambio de película cada 3 meses Electrolíticos. D H r DH 2 O En la película Pentóxido De Fósforo Electrodos D i Conversor i/V D V Características: Error  0.5% Rango de 0 a 1000 PPM Sufre saturación Requiere cambio de película cada 3 meses No puede ser utilizado con amoniaco

6. Por conductividad. Características: Error  1.5% Poco robusto Se ensucia rápido Requiere mantención

7. Capacitivos.

Requiere cambio de material cada 3 meses Limpiar periódicamente Capacitivos. D H r Material Higroscópico e Puente Wheatstone De Condensadores D V Condensador D C Características: Error  0.5% - Robustos Tº entre -80[ºC] y 60[ºC] Requiere cambio de material cada 3 meses Limpiar periódicamente

8. Infrarrojos.

Infrarrojos. Donde: -  - E, energía. -  - , frecuencia. -  - , longitud de onda = 1400[m] o 1930[m] -  - h, constante de Planck = 6.6310-34Js. Características: Rango de 0,05 30.000 PPM Tº de –85[ºC] a 40[ºC] - Robusto Gas debe ser transparente, y libre de partículas

9. Piezoeléctricos. Características: Rango desde 0.1 PPM  = 1[g]   = 2000[Hz] Detecta variaciones de  0.1[Hz] Robusto Permite controlar con PLL

10. Sensores para tierra. Características: Al cambiar la constitución de la tierra (fertilizantes), se debe volver a calibrar el sensor Mediciones cortas No es muy confiable Barato

Sensores para tierra. Características: Al cambiar la constitución de la tierra (fertilizantes), se debe volver a calibrar el sensor Mediciones indefinidas Más confiable Barato

Aplicaciones: - Confort humano (ambientación) - Industria textil, papelera y de pieles - Industria maderera - Industria alimenticia: -          .Deshidratación (frutas, pastas, café, sopas, etc). -          .Panadería. -          .Refrigeración de frutas y carnes. -         .Conservación de vinos finos. - Industria farmacéutica - Meteorología - Industria química- biológica - Conservación y almacenamiento