Automatización Industrial: Sensores De Humedad* Samir Kouro R. 9721003-9 Jaime Glaría Profesor: Alumno: *Esta presentación constituye un complemento gráfico para el documento “Sensores de humedad”, realizado por Samir Kouro para la asignatura de Automatización Industrial.

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

Conseptos 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 % Automatización Industrial: Sensores De Humedad

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. Automatización Industrial: Sensores De Humedad

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 Automatización Industrial: Sensores De Humedad

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

Ecuaciones: (4) (5) Cálculo de Pv: Otra manera: Luego Hr queda determinada Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: i) Sensores por deformación. Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: Características: Error  3% Fácil de reproducir Poco robusto i) 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] Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: ii) Bulbo húmedo y seco. Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: Características: Error  0.5% - Introduce vapor al ambiente ii) 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] Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: iii) Por condensación. Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: iii) Por condensación. Automatización Industrial: 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 Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: Características: Error  0.5% - Mezcla debe ser transparente iii) 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] Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: iv) Sales higroscópicas. Automatización Industrial: 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 Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: iv) Sales higroscópicas. Características: Error  0.5% _ + 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

Sensores: v) Electrolíticos. Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: v) Electrolíticos. Características: Error  0.5% 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 Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: vi) Por conductividad. Características: Error  1.5% Poco robusto Se ensucia rápido Requiere mantención Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: vii) Capacitivos. Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: vii) Capacitivos. Características: Error  0.5% - Robustos 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 Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: viii) Infrarrojos. Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: viii) 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 Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: ix) Piezoeléctricos. Características: Rango desde 0.1 PPM  = 1[g]   = 2000[Hz] Detecta variaciones de  0.1[Hz] Robusto Permite controlar con PLL Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Sensores: x) 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 Automatización Industrial: Sensores De Humedad

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

Técnicas de calibración: i) Por variación de masa. ii) Por monitoreo y referencias. iii) Por referencia de soluciones salinas. Sal 20°C / 68° F 25°C / 77° F Sulfato de Amonio 81% Hr 80% Hr Nitrato de Amonio 65% Hr 62% Hr Carbonato de Potasio 44% Hr 43% Hr Acetato de Potasio 22% Hr Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Efectos sobre la calibración: i) Temperatura. ii) Presión. iii) Caudal. iv) Contaminantes. Automatización Industrial: Sensores De Humedad

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 Automatización Industrial: Sensores De Humedad

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