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TEMA 1.1.10 ANALIZADORES DE HUMEDAD

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1.- Analizadores 1.1.- Analizadores de Refinería y Líquidos

1.1.10.- Analizadores de Humedad

Contenido

1 Introducción 3 1.1 Generalidades 3 1.2 Teoría y definiciones 3 1.3 Medida de la humedad en el aire 5 1.4 Medidas en laboratorio 6 1.5 Muestras líquidas. 7

2 Higrómetros por electrólisis 9 2.1 Principio de medida 9 2.2 Sensor electrolítico 11 2.3 Monitor de humedad Fluid Data, modelo 153 11 2.4 Higrómetro Fluidysteme, modelo Humidisteme EXST 12

3 Higrómetros por efecto piezoeléctrico 13 3.1 Analizador Ametek (DuPont) 560B 13

4 Analizadores por impedancia 17 4.1 Principio de medida 17 4.2 Analizadores Panametrics 18 4.3 Transmisor Michell, Modelo Transmet 21 4.4 Transmisor Endress + Hauser, modelo DewPro MMY30 22 4.5 Sistema Endress + Hauser, modelo Hygrotec MMY150 22

5 Analizadores por capacidad 23 5.1 Principio de medida 23 5.2 Analizadores Shaw 23

6 Analizadores por resistencia 25 6.1 General Eastern, Modelo RH2 25

7 Condensación óptica 26 7.1 General 26 7.2 Analizadores General Eastern 27 7.3 Michell. Modelo Dewmet 29

8 Otros analizadores 30 8.1 Cloruro de litio. Dewcell de Foxboro 30 8.2 Infrarrojos 31 8.3 Titración 31 8.4 Calor de adsorción 31 8.5 Microondas 32

9 Calibración y mantenimiento 33 9.1 Calibración 33 9.2 Mantenimiento 34

10 Consideraciones de instalación y tratamiento de muestra 35 10.1 Instalación 35 10.2 Tratamiento de muestra 35

11 Especificaciones 37 11.1 Monitor de humedad Fluid Data, modelo 153 37


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11.2 Higrómetro Fluidysteme, modelo Humidisteme EXST 38 11.3 Analizador Ametek (DuPont) 560B 38 11.4 Analizadores Panametrics 40 11.5 Transmisor Michell, Modelo Transmet 47 11.6 Transmisor Endress + Hauser, modelo DewPro MMY30 48 11.7 Sistema Endress + Hauser Hygrotec MMY150 48 11.8 General Eastern, Modelo RH2 49 11.9 General Eastern, 1111H / M3 50 11.10 Michell. Modelo Dewmet 51

12 Bibliografía 52


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1 Introducción

1.1 Generalidades

El vapor de agua es, después del oxígeno y el nitrógeno, el gas más abundante en la atmósfera y es esencial para el desarrollo de muchas formas de vida. Asimismo, el vapor de agua está presente, en alguna cantidad, en cualquier gas preparado industrialmente salvo que se hayan tomado precauciones extremas para evitarlo. El vapor de agua modifica las propiedades de muchos materiales y es muy difícil eliminarlo completamente de una mezcla de gases.

En contraste con el oxígeno y nitrógeno cuyas concentraciones en la atmósfera son prácticamente constantes, la concentración de vapor de agua (humedad) varía apreciablemente, dependiendo de la presión y la temperatura.

El vapor de agua al ser una sustancia química puede ser analizado cuantitativamente por métodos químicos, pero los procedimientos suelen ser pesados y tediosos. Los métodos más antiguos de los que se tienen noticia, para su determinación en la atmósfera, se basan en la medida de los efectos físicos que la humedad realiza sobre diversos materiales. En 1500, Leonardo da Vinci describió un mecanismo por el que la humedad se relacionaba con los cambios en el peso de una bola de lana o de pelo. En 1783, De Saussurie determinó la humedad por los cambios de longitud de un cabello humano. El higrómetro de pelo (pelo humano o naylon) es aún hoy muy usado y su principio de funcionamiento no ha cambiado esencialmente. El popular higrómetro del fraile, cuya capucha cubre o descubre su cabeza en función de la humedad, está basado en este principio.

La medida de la humedad se desarrolla en dos grandes campos de aplicación: en meteorología (y consecuentemente en los procesos relacionados con el confort ambiental) y en los procesos industriales.

En algunos de estos procesos el agua puede ser necesaria para una determinada producción, en otros casos debe ser evitada ya que contribuye a la corrosión de los equipos o puede ocasionar reacciones secundarias no deseadas. Todo ello ha conducido a la necesidad de realizar medidas exactas del contenido en agua de muchas sustancias y al desarrollo de analizadores para la determinación de la humedad en líquidos, gases o sólidos.

1.2 Teoría y definiciones

1.2.1 Presión parcial del vapor de agua

Es totalmente conocido que la atmósfera ejerce una presión, la llamada presión atmosférica, presente sobre cualquier objeto en contacto con ella. Dado que el vapor de agua está presente en la atmósfera, parte de esta presión está ocasionada por dicho vapor. Esto se conoce como presión parcial del vapor de agua en la atmósfera.

Según las leyes de Dalton y Amagat, la presión parcial del vapor de agua es un indicativo del volumen de agua presente en el aire. Por ejemplo, con una presión atmosférica de 1 atm., si el contenido de agua en la atmósfera es de un 1% en volumen, la presión parcial ejercida por el agua sería de 0,01 atm.


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1.2.2 Humedad absoluta

Se define la humedad absoluta como la masa de agua presente en la unidad de masa de un gas seco. Generalmente se mide en gramos de vapor de agua por gramo de gas seco.

Asumiendo que el gas se comporta como un gas perfecto:

( )WTG

WW

PPMPM

H−

=

Siendo: H =Humedad absoluta

MW = Peso molecular del agua (18)

MG = Peso molecular del gas

PT = Presión total

PW = Presión parcial del vapor de agua

1.2.3 Humedad de saturación

Es la humedad de un gas cuando está saturado con vapor de agua a una temperatura dada. Cuando la presión parcial (PW) del vapor de agua en el gas a una determinada temperatura es igual a la presión parcial del agua (PS) a la misma temperatura, el gas está saturado y la humedad absoluta se designa como humedad de saturación (Hs).

1.2.4 Humedad relativa

Se indica como RH y se define como la relación entre la presión parcial del vapor de agua en el gas y la presión parcial del agua a la misma temperatura, es decir:

100×=S

W

PP

RH

1.2.5 Punto de rocío

También definido como temperatura de saturación, es el valor de la temperatura a la cual una mezcla determinada de gas y vapor de agua está saturada. Dicho de otra forma, es la temperatura a la cual el agua ejerce una presión parcial igual a la del vapor de agua en la mezcla dada.

En términos prácticos, el punto de rocío (Dew Point) es la temperatura a la que empieza a condensar la mezcla de gas cuando es enfriada.


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610×=T

W

PPppmV

1.2.6 Contenido en ppmV

Es el contenido en volumen, expresado en partes por millón, del vapor de agua en la mezcla

PW = Presión parcial del vapor de agua

PT = Presión total de la mezcla

1.2.7 Contenido en ppmW

Es el contenido del vapor de agua en peso en la mezcla, expresado en partes por millón.

T

W

MM

ppmVppmW ×=

MW = Peso molecular del vapor de agua (18)

MT = Peso molecular total de la muestra

1.2.8 Otras unidades

En algunos tipos de industria se suelen usar otras unidades, tales como miligramos de agua por litro de gas, libras de agua por pie cúbico o Libras de agua por millón de pies cúbicos estándar.

Mg de H2O por litro de gas = 289 PW / TK. Siendo TK la temperatura en ºK

1.3 Medida de la humedad en el aire

Hay dos métodos comúnmente usados para la medida manual de la humedad en el aire. El método del punto de rocío y el método del bulbo húmedo.

1.3.1 Método del Punto de Rocío

El punto de rocío del aire húmedo se mide directamente observando la temperatura a la cual la humedad empieza a condensar sobre una superficie pulida –un espejo – cuando ésta se enfría artificialmente. La superficie del espejo se enfría usualmente por evaporación de un solvente de bajo punto de ebullición tal como la acetona, o por evaporación de un gas licuado tal como el dióxido de carbono.

Aunque este método puede ser considerado como una técnica fundamental para la medida de la humedad su aplicación manual tiene algunas fuentes de error:

No es siempre posible la medida precisa de la temperatura de la superficie o eliminar gradientes de temperatura en distintos puntos de esta.

Es difícil de detectar la aparición o desaparición de niebla (humedad condensada). La práctica usual es tomar la media de las temperaturas leídas cuando aparece la primera condensación enfriando y cuando desaparece calentando.


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Existen algunos aparatos portátiles para la medida de la humedad basados en este principio. También, como veremos, algunos analizadores de proceso se basan en el mismo.

1.3.2 Método del bulbo húmedo

Se basa en la diferencia de temperatura de dos termómetros de mercurio, uno con su bulbo seco y el otro con su húmedo. Este último tiene el bulbo recubierto de una mecha saturada con agua de forma permanente. Cuando las dos temperaturas son conocidas, se obtiene el valor de la humedad relativa por medio de tablas psicométricas. Una variante de este método es la medida mecánica de las diferencias que se indica sobre una escala graduada en unidades de humedad relativa.

Hay que tener cuidad en que el bulbo húmedo permanezca siempre mojado y que la evaporación en el bulbo sea la adecuada. Esto se consigue manteniendo una velocidad relativa entre la mecha y la corriente del gas analizado suficientemente alta (5 m/sec.) Para la medida de la humedad atmosférica se usa un psicrómetro rotatorio. En este aparato los dos termómetros están montados sobre un bastidor que se hace girar manualmente para proporcionar la adecuada velocidad del aire a través del bulbo húmedo.

1.4 Medidas en laboratorio

Dado que la medida del contenido de vapor de agua es muy importante en muchas diferentes aplicaciones en la industria, los métodos de análisis de la humedad en laboratorio se deben adaptar al tipo de sustancia analizada y al nivel normal de humedad esperado en la muestra.

Este criterio se aplica, también, a los analizadores de proceso en línea. No hay que olvidar que la validación y calibración de los analizadores de proceso deberá realizarse por correlación con los ensayos de laboratorio que aquí se sumarizan. Sin embargo hay dos problemas para la citada correlación; primero, la dificultad de obtener muestras representativas, segundo la precisión de los métodos estándar de ensayo comparada con la precisión de los analizadores de proceso.

Los métodos ASTM para la medida de la humedad se listan en la tabla adjunta.

Los principales métodos de laboratorio son: Método del horno de secado, Método de destilación y Titración Karl Fischer.

Métodos estándar ASTM para medida de la humedad

ASTM D95-70 Agua en productos del petróleo por destilaciónASTM D96-73 Agua y sedimentos en crudoASTM D1142-63 Contenido en vapor de agua en fueles gaseosos por medida del punto de rocíoASTM D1364-78 Agua en solventes volátiles por titración Karl FischerASTM D1631-80 Agua en fenol por el método de Yodo reagente ASTM D1744-64 Agua en productos líquidos delpetróleo por titración Karl FischerASTM D2709-68 Agua y sedimentos en fueles destilados por el método de centrifugaciónASTM D2713-81 Sequedad del propano por el método de congelación de válvulaASTM D2867-70 Humedad total en carbónASTM D3173-73 Humedad en carbón y cokeASTM D3240-75 Agua no disuelta en fueles para turbinas de aviaciónASTM D3302-82 Humedad total en carbónASTM D4006-81 Agua en crudo por destilaciónASTM D4023-82 Medida de humedad. Términos relacionadosASTM E123-78 Aparato para agua por destilaciónASTM E203-75 Método de prueba Karl FischerASTM E337-62 Humedad relativa por psicrómetro de bulbo húmedoASTM E700-79 Agua en gases por el método Karl Fischer

1.4.1 Método del horno de secado

Este es un método gravimétrico comúnmente usado para la determinación del contenido en agua de muestras sólidas en el rango de porcentajes. Básicamente consiste en la pesada muy precisa de la muestra antes y después de eliminarle el agua por calentamiento en un horno de secado. Se usa en la industria del papel, en la industria maderera y en la del carbón para medir el grado de humedad en el papel y cartón (ASTM D644-55), madera (ASTM D2016-74) o carbón (ASTM D2961-79 y D3302-82) respectivamente.


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1.4.2 Método de destilación

El procedimiento está cubierto por ASTM D95-70 y el aparato de prueba por ASTME123-78. Dicho aparato consiste en un matraz de metal o vidrio con calentador, un condensador de reflujo y una probeta de vidrio graduada.

Una cantidad conocida de la muestra se calienta bajo reflujo mezclada con un solvente no miscible en agua que se co-destila con el agua en la muestra. El condensado de agua y solvente se separan continuamente en la probeta, el agua se acumula en la probeta y el solvente retorna al matraz. La cantidad de agua es la recogida en la bureta en las condiciones del ensayo.

El solvente usado suele ser xileno de tipo industrial o una mezcla de xileno y tolueno (80:20).

1.4.3 Titración Karl Fischer

Este es probablemente el método más usado en laboratorio para la determinación de bajas concentraciones de humedad en fase líquida o gas como se detalla en los estándar ASTM para muchas industrias. La prueba estándar para la determinación de humedad en productos líquidos derivados del petróleo está cubierta por ASTM E700-79 y en gases por la ASTM E700 – 79. La técnica en si misma está resumida en el método ASTME203-75.

La muestra se disuelve o se dispersa en un liquido adecuado (solvente de muestra) y titrado con un reagente Karl Fischer (reagente KF), una mezcla de Yodo, dióxido de azufre, piridina y metanol. Siempre y cuando haya agua presente el Yodo se reduce a Yoduro de hidrógeno incoloro. El punto final es la aparición inicial de Yodo libre, que se puede determinar de forma colorimétrica o electrométrica. Las reacciones fundamentales que se producen son:

(1) C5H5N. I2 + C5H5N .SO2 + C5H5N + H2O → 2C5H5N . HI + C5H5N . SO3

(2) C5H5N . SO3 + ROH → C5H5N . HSO4R

El método es adecuado para medidas en el rango de 1 a 50 ppmV

1.4.4 Otros métodos

Muchos de los fabricantes de analizadores de proceso en línea para la medida de la humedad fabrican, también, analizadores de laboratorio que se basan en los mismos principios de aquellos. La introducción de estos equipos en laboratorio ha llevado a problemas de calibración, generalmente porque estos instrumentos son mucho mejores para la determinación de la humedad que cualquier método de laboratorio. Por ello la mayoría de fabricantes ha desarrollado calibradores de humedad, la mayoría de los cuales funciona sobre la base de tubos de permeación. El uso de estos equipos para calibración primaria de los analizadores es una cuestión de confianza en el rendimiento y reproduciblidad del aparato.

1.5 Muestras líquidas.

Algunos de los analizadores que se describen funcionan solamente con muestras gaseosas. Cuando la muestra en el proceso está en fase líquida se suele usar uno de los siguientes métodos para realizar el análisis.

1.5.1 Vaporización

Si la muestra líquida tiene una presión de vapor suficientemente alta puede ser vaporizada y el análisis se realiza en fase gas. La muestra se vaporiza con un reductor de presión - vaporizador situado tan cerca como sea físicamente posible de la toma de muestra o con lazo rápido secundario a fin de disminuir el tiempo muerto debido a la vaporización


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1.5.2 Separación (Stripping)

Si la muestra no puede ser vaporizada, este método se puede usar para tener una muestra en fase gas en la celda de medida. La humedad es separada de la muestra en una columna de película descendente. La muestra líquida es continuamente introducida en lo alto de la columna desde donde cae en una fina película. Por el fondo de la columna se inyecta nitrógeno seco, que asciende y arrastra, a contracorriente, la humedad contenida en la película descendente. Un filtro situado en la parte alta de la columna elimina cualquier gota que el nitrógeno haya podido arrastrar antes de que el gas se haga pasar por la celda de medida. Una válvula de drenaje en el fondo de la columna facilita la salida de la muestra remanente. El nitrógeno se seca antes de hacerlo entrar en la columna haciéndolo pasar por un secador electrolítico, donde la humedad que pudiese llevar es eliminada por electrólisis.

FI

Entrada de muestralíquida

Salida del bypass

Bomba demedida o control decaudal

Muestra líquidaa columna de stripping

Caudal constante

Filtro en línea

Analizador

Venteo

Separador demuestra

Columna de separaciónStripping

Válvula de drenaje

Drenaje de muestra líquida

Gas portador

Secadorelectrolítico

SISTEMA DE SEPARACIÓNDE MUESTRA LÍQUIDA


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2 Higrómetros por electrólisis

2.1 Principio de medida

2.1.1 Teoría

El principio de medida se basa en la descomposición, por electrólisis, del agua en oxígeno e hidrógeno. El fenómeno de la electrólisis está regulado por la ley de Faraday, que establece que el peso de una sustancia química liberada es directamente proporcional a la cantidad de corriente que pasa por la célula electrolítica.

Para producir un equivalente gramo de la sustancia se deben consumir un número de electrones igual al número de Avogadro (6,02 x 1023)1.

Para la electrólisis del agua, la ley de Faraday se puede expresar como:

t

WI 410072,1 ×=

Donde I = Corriente eléctrica (A)

W = Peso de agua en gramos

t = Tiempo que está pasando la corriente en segundos.

2.1.2 Ejemplo

Considerando que una muestra gaseosa que contenga 1 ppmV de agua se pase por una celda electrolítica, con un caudal de 100 cc/min, a una temperatura de 20 ºC y a una presión de 1 atm . El caudal equivalente de agua, en gas, será igual a:

100 x 10-6 = 10-4 cc/min

Dado que 1 gramo mol de cualquier gas ideal ocupa un volumen de 22,4 litros en condiciones estándar y que un gramo mol de agua es igual a 18,0 gramos, el peso de la humedad, como gas, viene dado por:

3

4

104,221810)/(×

×= −mingW

Por lo tanto, la corriente requerida para electrolizar esta cantidad de agua será:

AI μ36,1460104,22

181010072,13

44

=××

×××=

−

en condiciones estándar.

1 La cantidad equivalente de electricidad se denomina Faraday y es igual a 95.500 culombios. La corriente en amperios se define como el número de culombios que pasan por segundo.


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Como la temperatura de operación es 20 ºC, la corriente requerida a esa temperatura será:

Aμ38,13293

36,14 =×273

Este valor es la corriente eléctrica requerida para electrolizar 1 ppmV de humedad en la muestra gas a 20 ºC, presión atmosférica y con un caudal de muestra de 100 cc/min.

Es muy importante notar que estos tres parámetros: temperatura, presión y caudal de muestra afectan a la medida de la humedad por electrólisis y que la exactitud de la medida será solamente tan buena como lo sea el control del caudal de la muestra.

2.1.3 Limitaciones

Otros factores que también afectan a la precisión de la medida son:

Efectos de recombinación:

Las muestras que contienen altas concentraciones de oxígeno o hidrógeno con bajos niveles de humedad presentan medidas que son más altas de lo normal debido a que el hidrógeno y el oxígeno tienden a recombinarse en agua que es re-electrolizada. Las celdas de medida usan electrodos de platino que actúa como catalizador para dicha recombinación.

El uso de electrodos de Rodio minimiza este fenómeno. Una forma de evitarlo es usar dos sensores de medida, uno con un caudal de muestra X y el segundo con un caudal 2X. Como el error de recombinación es constante, restando las señales de salida de los dos sensores produce una señal que elimina los efectos de la recombinación.

Efecto memoria del sensor:

Los sensores contaminados por depósitos de algunas sustancias presentan un efecto de memoria para la polaridad de la señal. Esto se detecta invirtiendo los electrodos o el caudal de la muestra y observando que la señal no es la misma cuando cambia su polaridad.

Pérdida de sensibilidad

La celda de medida pierde sensibilidad cuando está expuesta a muy bajos niveles de humedad durante largo tiempo (semanas). Esta pérdida de sensibilidad se debe a que el disecante es arrastrado por la muestra. Con concentraciones de humedad muy altas, el disecante puede ser disuelto en el agua y eliminado.

Otras limitaciones

Este tipo de celdas de medida puede trabajar satisfactoriamente con muy diversas sustancias. Gases particularmente difíciles son los que tienen altos contenidos en hidrógeno u oxígeno, como se ha visto. Otros gases para los que este tipo de medida no es adecuada son: monómeros insaturados, alcoholes, amínas, amoniaco, ácido fluorhídrico y freón (CHClF2).

Los alcoholes son vistos por la celda como agua; las amínas y el amoniaco reaccionan con el disecante y el fluorhídrico corroe las partes internas de la celda. Los monómeros tienden a polimerizar y a recubrir los electrodos. Las medidas con freón son anormales aunque la razón de este fenómeno no está suficientemente estudiada.

En general se deben evitar sustancias que puedan depositarse en la celda de medida ocasionado efectos de memoria como los descritos.


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2.2 Sensor electrolítico

Este sensor consiste en dos electrodos de platino o rodio arrollados en espiral sobre un tubo de vidrio. La superficie entre los electrodos está recubierta con un disecante higroscópico de pentóxido fosforoso (P2O5). La respuesta del sensor depende del espesor de este disecante; cuanto más fina la capa, más rápida la respuesta. La absorción de humedad de la corriente de muestra sobre la película de P2O5 y la electrólisis del agua se producen de acuerdo con las ecuaciones siguientes:

P2O5 + 3H2O →2H3PO4

2H3PO4 →P2O5 + 3H2 + 1 ½ O2

El oxígeno y el hidrógeno se están formando continuamente, y el disecante P2O5 se está secando, también continuamente por la corriente de electrólisis. Cuando el caudal de muestra es constante, la corriente de electrólisis es directamente proporcional a la humedad contenida en la muestra.

2.3 Monitor de humedad Fluid Data, modelo 153

2.3.1 General

Fluid Data fabrica dos modelos de monitor de humedad en gases: el modelo 0113, portátil y para usar con gases no inflamables y el modelo 153 para instalaciones en línea y zonas clasificadas. Ambos funcionan según el principio de electrólisis anteriormente descrito.

El modelo 153 está compuesto de dos partes:

Unidad de medida, adecuada para instalar en zonas eléctricamente clasificadas, con una estructura para montaje en pared que incluye un sistema de muestras de alta presión con by-pass incorporado.

La unidad de control está diseñada para instalación en zona segura, montaje empotrado en panel, incorpora un indicador, facilidades para contactos de alarma y señal de salida para uso externo.

El modelo tiene dos versiones: N y H. La serie N alcanza un rango entre 0-10 a 0-100 ppmV, con un caudal de muestra de 100 cc/min. La serie H analiza desde 0-100 a 0-10.000 ppmV con un caudal de muestra de 10 c/min.

Ambas series incorporan calefacción y control de la temperatura de la celda de medida para compensar los cambios de temperatura de la muestra o ambiente.


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2.4 Higrómetro Fluidysteme, modelo Humidisteme EXST

Analizador de humedad en gases basado en electrólisis. Sensor conectado directamente en línea. El fabricante garantiza que no se ve afectado por cambios en la temperatura o presión de la muestra.

Se compone de dos partes. Unidad de análisis y unidad de control.

Existen varias versiones de disposición de equipo en la unidad de análisis, desde ejecución a prueba de explosión a seguridad intrínseca. También tiene versiones para análisis de alta pureza (bajos rangos de medida) y para gases corrosivos.

Básicamente, la unidad de análisis consiste en celda de medida con la sonda de electrólisis y un control fino de caudal.


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3 Higrómetros por efecto piezoeléctrico

3.1 Analizador Ametek (DuPont) 560B

3.1.1 General

Este analizador es un instrumento de tipo industrial, basado en el efecto piezoeléctrico, diseñado para la medida de la humedad en gases como hidrógeno, gas natural, olefinas y otros productos petroquímicos en el rango 0 – 1000 ppmV.

Este fabricante produce varios modelos de analizadores basados en el efecto piezo-eléctrico y también en célula electrolítica.

Entre los primeros destaca el modelo 5700 diseñado para el control de la humedad en gases usados en la fabricación de semiconductores y componentes electrónicos. Su funcionamiento es similar al aquí descrito 560B. Está construido en una sola unidad compacta, de instalación en sobremesa en laboratorio.

3.1.2 Principio de medida

El modelo 560B usa un cristal de cuarzo recubierto de un material higroscópico que oscila a una frecuencia predeterminada. La absorción de humedad varía la masa del conjunto y causa un cambio en la frecuencia de oscilación. El análisis de humedad se realiza midiendo los cambios en la frecuencia de oscilación del cristal que se expone alternativamente a la muestra húmeda y a una corriente de gas seco. Un segundo cristal de referencia proporciona una frecuencia constante como elemento de comparación. Ambos cristales están a temperatura constante de 60 ºC para asegurar el máximo de exactitud y repetibilidad.

A fin de obtener una respuesta rápida se debe conseguir que la humedad no se almacene sobre el cristal. Esto se consigue por la alternancia de gas de muestra húmedo y de gas muy seco

3.1.3 Funcionamiento

El analizador se compone de una unidad de análisis para montaje en planta, una unidad de control para instalar en zona segura y un secador externo.

La muestra, a la entrada al analizador, es dividida en dos corrientes: muestra y referencia, las cuales pasan alternativamente por el cristal de medida durante 30 segundos cada una. Antes de llegar al cristal, el gas de referencia se hace pasar a través de un secador de tamiz molecular, que elimina virtualmente toda su humedad.


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EEl gas de muestra pasa sobre el cristal de medida, su humedad es absorbida por la capa higroscópica que lo recubre, causando cambios en la frecuencia de oscilación. Al final del periodo de 30 segundos el microprocesador lee y almacena la diferencia de frecuencia ( ΔF1 ) entre este cristal y el cristal oscilador de referencia. Entonces, conmuta las corrientes y hace pasar por la celda de medida el gas seco de referencia durante los siguientes 30 segundos. Al final de estos 30 segundos, el microprocesador lee de nuevo y almacena la diferencia de frecuencia entre los dos cristales ( ΔF2 ).

Las dos señales ΔF1 y ΔF2 se restan entre sí para generar ΔF3, que es proporcional a la cantidad de humedad absorbida de la muestra durante el ciclo de medida. El grado de humedad se relaciona con ΔF3 por medio de una expresión polinómica que incluye constantes determinadas durante la calibración en fábrica del aparato. El microprocesador usa esta expresión para calcular la humedad para cada valor medido de ΔF3 y multiplica el resultado por un factor de sensibilidad, ajustable en campo, para obtener la señal final de salida.

Las corrientes son conmutadas usando válvulas solenoides controladas por el microprocesador.

3.1.4 Ciclo asimétrico

Opcionalmente, el ciclo de conmutación de muestra seca y húmeda se puede variar haciéndolo asimétrico. Este ciclo asimétrico se usa para prolongar la vida del detector minimizando la exposición de la celda a productos contaminantes (glicoles, aceites de alto punto de ebullición, etc.) así como eliminar los contaminantes volátiles.

El ciclo de trabajo consiste en hacer pasar la muestra húmeda por la celda de medida durante 30 segundos seguida por el paso de gas limpio y seco durante 9,5 minutos (en vez de los 30 segundos estándar).

El gas limpio de referencia se obtiene usando una fuente separada de gas o eliminando los contaminantes de la parte de la muestra usada como referencia. Esta solución última es la más


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usada y se consigue montando un filtro trampa de contaminante aguas arriba del secador de gas de referencia.

3.1.5 Generador de humedad

Opcionalmente, la unidad de análisis puede incorporar un generador de humedad, calibrado en fábrica. Mandado por la unidad de control este generador proporciona una corriente de gas con un contenido exacto de humedad a la celda de medida a fin de verificar, de forma programada, la exactitud de las medidas.

Este equipo consiste en un deposito de agua destilada, mantenido a temperatura constante de 60 ºC, y un tubo de permeación de Teflón por el que circula un gas portador seco. La concentración de humedad en el gas de salida está determinada por la temperatura, el caudal de gas seco y las dimensiones y permeabilidad del tubo. En este caso, el tubo está diseñado para permitir permeación de humedad en el ámbito de muy pocas partes por millón. La temperatura del gas se mantiene constante por un controlador de acción proporcional. El caudal de gas es asimismo controlado. La concentración de humedad en el gas generado es de 20 ppmV ó 3 ppmV, dependiendo de la aplicación.

El gas portador es el mismo gas de medida, en su rama seca.

Generador de humedad DuPont

3.1.6 Equipo

La unida de análisis, para montaje en campo, está construida a prueba de explosión, según NEC, para instalación en zonas clasificadas como Cl. 1, Div. 1, Gr. B, C, D.. Contiene la celda de medida, válvulas de conmutación y circuitos electrónicos asociados así como, en su caso, el generador de humedad. La muestra es monitoreada por medio de un rotámetro, válvulas de control de caudal y un regulador de contrapresión que mantiene una presión constante de 1 barg, lo que permite su venteo a un sistema externo presurizado.

La unidad de control está diseñada para montaje en áreas de Div. 2. Contiene un microprocesador y equipo eléctrico auxiliar. Existe una unidad de control opcional, modelo 5600 cuya avanzada electrónica permite un mayor rendimiento al analizador en términos de mejor precisión y sensibilidad.

El secador externo proporciona al analizador el gas seco de referencia, con un contenido en humedad menor de 1 ppmV. Una unidad de secador se suministra, de forma estándar, con cada analizador.

Para casos en los que se requieren medidas de alta exactitud inferiores a 5 ppmV, es necesario incorporar secadores super-activados que se incluyen de forma opcional.


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DuPont Modelo 5600


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4 Analizadores por impedancia


4.1.1 Teoría

Los sensores de humedad por cambios en impedancia, que inicialmente fueron desarrollados para la industria aerospacial, donde hicieron frente a severas condiciones de trabajo, se adoptaron rápidamente para su uso en unidades de proceso en la industria.

Básicamente, el sensor consiste en una tira de aluminio con una de sus caras anodizadas para proporcionar una capa de óxido poroso, sobre la cual se ha depositado por evaporación una capa muy fina de oro. La base de aluminio y la capa de oro forman los dos electrodos de lo que, esencialmente, es un condensador de óxido de aluminio.

Cuando el sensor se expone a una muestra húmeda, el vapor de agua de ésta pasa rápidamente a través de la capa de oro y se equilibra en las paredes de los poros de la capa de óxido en proporción directa a la presión parcial del agua en la muestra. El número de moléculas de agua absorbidas en la estructura del óxido determina la

conductividad de las paredes de los poros lo que junto a su resistencia proporciona un valor de la impedancia eléctrica que es directamente proporcional a la presión de vapor del agua alrededor del sensor.

4.1.2 Humedad en líquidos

Este sensor es adecuado, también, para la determinación del vapor de agua contenido en líquidos orgánicos. Las aperturas de los poros son mucho menores que los tamaños de las moléculas orgánicas, por lo que éstas no pueden pasar. Sin embargo, las moléculas de agua, mucho más pequeñas, si son admitidas en las cavidades porosas.

La concentración de agua en un líquido, expresada en ppmW o en porcentaje en peso, viene determinada por la Ley de Henry, que establece que la masa de un gas disuelto en un volumen determinado de solvente a temperatura constante es proporcional a la presión del gas con el que está en equilibrio. Esto es:

ppmW = K x Pw

Donde K = Constante de Henry y PW es la presión parcial del agua

La constante K es específica para cada líquido y viene dada por la relación

K = ppmW de agua que saturan el líquido / presión de vapor de agua a la saturación

Electrodo

Metal base ( Al ó Si )

Humedad condensada

Estructura delóxido

Electrodo poroso


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Ambos valores a la misma temperatura.

4.2 Analizadores Panametrics

Los analizadores Panametrics, basados en sensor de óxido de aluminio, se fabrican en distintas versiones. En general constan de una o varias sondas de inserción y una unidad electrónica. Las versiones más populares y recientes son

a) Sondas tipo M y Unidades electrónicas Sistemas 1 y 2

b) Sondas tipo Moisture Image y Unidades Moisture Image Series 1 y 2

c) Sondas tipo M y Monitor de humedad Serie 3

4.2.1 Sondas serie M

Las sondas Panametrics tradicionales son las denominadas serie M, adecuadas para gases y líquidos. Están diseñadas para instalación in situ y pueden medir contenidos de humedad sobre un rango calibrado de +60 ºC a –110 ºC de punto de rocío / congelación o, dicho de otra forma, entre 200.000 ppmV y 0,001 ppmV en gases a presión atmosférica. En principio, el mismo rango puede ser medido en líquidos.

Funcionan con temperaturas entre +70 ºC y –110 ºC y con presiones desde vacío hasta 350 barg y no requieren un caudal de muestra mínimo.

Opcionalmente se pueden equipar con sensor de temperatura.

La conexión entre la sonda y la unidad electrónica se hace con cable especial que puede tener una longitud de hasta 600 metros.

Las sondas se construyen en ejecución desde propósito general hasta a prueba de explosión

4.2.2 Sistemas 1 y 2

Estos instrumentos, unidades electrónicas a las que se conectan las sondas tipo M, fueron desarrollados a partir del modelo tradicional 4000 introducido por Panametrics hace años.

Son unidades basadas en microprocesador. El Sistema 1 es multicanal, puede ser configurado con hasta seis canales de medida independientes, cada uno con su correspondiente señal de salida funcionando simultáneamente. Los canales múltiples pueden ser pedidos de una vez o pueden irse añadiendo gradualmente en planta según aumenten las necesidades de medida.


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El Sistema 2 es más compacto y de un solo canal de medida. Su memoria puede almacenar hasta seis juegos de datos de calibración de sensores y parámetros de humedad. Si se equipa con un juego de baterías, este Sistema 2 proporciona operación de forma portátil con una autonomía de 8 horas.

Cada canal de medida en el Sistema 1 y cada posición de memoria en el Sistema 2 pueden ser programados individualmente para dar datos directamente en los parámetros del usuario. Los parámetros estándar son: ppmV, ppmW, humedad relativa, punto de rocío, temperatura de proceso, presión de proceso (señal desde transmisor de presión adicional). Opcionalmente pueden proporcionar parámetros en otras unidades a petición del usuario.

Los distintos parámetros que especifican el tratamiento de señales de entrada, factores de escala y cálculos, valores de puntos de alarmas, etc., son programables desde el teclado frontal del instrumento.

Van equipados con displays digitales. El canal en presentación puede ser seleccionado manualmente, o, en el Sistema 1, secuencialmente de forma programada. La selección de los datos a visualizar en el display no afecta a las señales de salida.

Cada señal de salida puede ser programada para que represente cualquier parámetro disponible. Asimismo, las alarmas pueden ser programables a cualquier valor dentro de los rangos de medida.

4.2.3 Sondas serie Moisture Image (MIS)

Estas modernas sondas están derivadas de los sensores Serie M, con la adición de microprocesador y sensores de temperatura y presión (modelo TF2) instalados en la propia sonda.

El sensor de temperatura, basado en termistores, trabaja en el rango –30 ºC a + 70 ºC. Los sensores de presión pueden ser de cinco tipos distintos para cubrir un rango de hasta 350 barg.

El microprocesador tiene una resolución de 16 bit. Los datos de calibración están almacenados en este microprocesador en memorias EEPROM y continuamente el sistema está auto comprobando y compensando cualquier deriva electrónica.

Las sondas son intrínsecamente seguras según CENELEC.

Con este tipo de sondas es posible detectar muy bajas concentraciones de humedad, en el rango de las partes por billón en volumen (ppbV).


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La conexión con la unidad electrónica se realiza con un cable simple de un par trenzado y sin apantallar. La longitud máxima de cable es de 900 metros.

4.2.4 Unidades Moisture Image Series 1 y 2

Son un paso adelante en los descritos Sistema 1 y Sistema 2.

Además de las medidas de humedad, temperatura y presión, aceptan medida de concentración de oxígeno en gases.

Disponen de una nueva forma de presentación de datos con pantalla de cristal líquido, donde se pueden visualizar datos numéricos y gráficos.

4.2.4.1 Moisture Image Series 1

El Moisture Image Serie 1 es el instrumento más alto de la gama de analizadores de humedad de Panametrics. Mide humedad, presión y temperatura en gases y líquidos. Opcionalmente oxígeno en gases. Además, tiene entradas auxiliares que aceptan señales procedentes de cualquier transmisor en la forma de 0/4 - 20 mA ó 0 - 4 voltios.

Este aparato está disponible hasta con seis canales de medida. En cada canal se puede medir humedad, presión, temperatura y contenido de oxígeno, y además dos parámetros por medio de las señales auxiliares de entrada.

Dispone de un sistema de adquisición de datos incorporado que puede almacenar hasta 12 items simultáneamente recogidos a intervalos de tiempo programables y conexión con PC.

Cada canal dispone de dos señales analógicas de salida, con aislamiento óptico y dos señales de alarma ajustables.

A esta unidad de control se pueden conectar tanto las nuevas sondas MIS como las más tradicionales tipo M.

Es un instrumento para montar en zona segura, en ejecución de sobremesa, montaje en rack o empotrado en panel.

4.2.4.2 Moisture Image Series 2

Este instrumento es la versión monocanal del M.I. Series 1. Aunque es un instrumento de canal único, puede almacenar hasta seis juegos de datos. Está disponible con un juego opcional de baterías para su uso portátil. En este sentido, este aparato puede ser usado como medidor puntual y almacén de datos de hasta seis distintos puntos de muestra sin necesidad de reprogramación.

Todas las características descritas para el M.I. Series 1 son aplicables a este. Series 2.


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4.2.5 Sondas tipo M y Monitor de humedad Serie 3

El monitor de humedad Serie 3 es un analizador de un solo canal. Dispone de display de cristal líquido de dos líneas para visualización simultánea de dos parámetros. Este monitor mide humedad y temperatura en gases y líquidos. Tiene la opción de medida de concentración de oxígeno en gases. Además, dispone de entradas auxiliares que aceptan señales procedentes de cualquier transmisor en formato 0/4 - 20 mA ó 0 – 4 Voltios.

Opcionalmente, puede ser equipado con un segundo canal de medida.

Dispone de un sistema de adquisición de datos incorporado que puede almacenar hasta 12 items simultáneamente recogidos a intervalos de tiempo programables y conexión con PC.

Cada canal dispone de dos señales analógicas de salida, con aislamiento óptico y dos señales de alarma ajustables.

Este instrumento es compatible con las sondas de humedad tipo M descritas.

Es un instrumento para usar en zona segura, en ejecución de sobremesa, montaje en rack o empotrado en panel. También se fabrica en ejecución portátil con alimentación por baterías.

4.3 Transmisor Michell, Modelo Transmet

Este equipo configurado bajo la forma de un transmisor de campo, usa un sensor de humedad basado en los cambios en la impedancia como se ha descrito, pero en el que elemento poroso es una tira de sílice sometida a una oxidación superficial. Lo que el fabricante denomina sensor cerámico de humedad.

El instrumento proporciona una señal analógica, directamente desde campo ya que la electrónica está montada en la cabeza porta sonda.

Funciona en el rango –100 ºC a +20 ºC de punto de rocío.


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4.4 Transmisor Endress+Hauser, modelo DewPro MMY30

Transmisor a dos hilos para montaje directamente en campo. Se adapta a proceso directamente con una conexión roscada de ½” NPT o ½” BSP.

Tiene incorporada una cámara de medida integral en by-pass y puede trabajar con presiones de muestra de hasta 30 barg.

Se basa en el principio de los cambios de impedancia con un sensor Planar de óxido de aluminio en el rango de –90 ºC a + 10 ºC de punto de rocío.

4.5 Sistema Endress+Hauser, modelo Hygrotec MMY150

Sistema de medida del punto de rocío basado en microprocesador. Está formado por un sensor tipo DY55 de óxido de aluminio y un transmisor MMY 150.

El rango de medida es de –80ºC a 0 ºC, con medidas opcionales en ppmV


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5 Analizadores por capacidad


El valor de la capacidad de un condensador es función del área de los electrodos, de la distancia de separación entre ellos y de la constante dieléctrica del material que hay situado entre ambos.

dAC ×

=ε

Siendo: C = Capacidad ε = Constante dieléctrica A = Superficie de los electrodos d = Distancia entre los electrodos

El sensor de medida de humedad por capacidad se basa en los cambios de ésta en un condensador asociada a los cambios de la constante dieléctrica del material aislante producidos por la absorción del vapor de agua contenido en la muestra que está en contacto con el condensador.

La constante dieléctrica de un material es característica de cada sustancia y se relaciona con las características de polaridad de sus moléculas.

El valor de esta constante para el aire es 1, para la mica es 6. Para el agua es 80.

Inicialmente, la celda de medida de este tipo de higrómetros consistía, básicamente, en dos cilindros de metal, eléctricamente aislados y concéntricos, que formaban las dos placas de un condensador. El espacio anular entre ambos cilindros se encontraba relleno con alúmina disecante. La muestra pasaba por el espacio anular y su vapor de agua ese absorbía por el disecante hasta que se alcanzaba un equilibrio.

Otra versión más moderna consiste en un alma metálica recubierta con un material higroscópico que hace de dieléctrico. El dieléctrico está recubierto, a su vez, con una fina capa porosa de oro. El conjunto se comporta como un condensador variable. Como la capa dieléctrica es muy delgada (unos pocos micrones) alcanza rápidamente el equilibrio con la presión de vapor de la atmósfera que la rodea (muestra). El valor correspondiente de la capacidad es proporcional al punto de rocío de la muestra

Estos sensores tienen una respuesta lineal con las temperaturas del punto de rocío y logarítmicas para la lectura en ppmV.

+

-Batería

Electrodos delcondensador

K = 1Cargas positivas

Cargas negativasEspacio de aireMica K = 6

5.2 Analizadores Shaw

Este fabricante ha diseñado una serie de equipos basados en la técnica del cambio en la capacidad de un sensor. El elemento común de todos los equipos es la sonda de humedad fabricada con un alma metálica, dieléctrico higroscópico y cubierta porosa de oro, como se ha descrito.

La sonda tiene 8 distintos modelos. Cada uno de los cuales alcanza un rango distinto en los valores del punto de rocío y que se distinguen por un punto de color grabado en su parte exterior, con los valores siguientes:


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Color Rango Punto de Rocío

Púrpura -273 ºC a –20 ºC Plata -100 ºC a –20 ºC Rojo -80 ºC a –20 ºC Gris -80 ºC a 0 ºC Amarillo -60 ºC a 0 ºC Oro -50 ºC a +20 ºC Verde -30 ºC a +20 ºC Blanco -20 ºC a +37 ºC

Las sondas se pueden instalar en áreas eléctricamente clasificadas, en ejecución Seguridad Intrínseca, cuando se conectan a la correspondiente unidad de control vía barreras de seguridad.

Shaw fabrica una serie muy amplia de unidades de control, que van desde equipos de sobremesa , portátiles, empotrables, multicanal, etc. Los principales modelos son los siguientes:

SADP: Portátil, de sobremesa, para medidas puntuales.

SHA Sobremesa. Con señales de salida, analógicas y contactos de alarma.

SDA Empotrable. Con señales analógicas de salida y contactos de alarma.

SHASSR Empotrable. Versión para plataformas petrolíferas

H4 Empotrable. Indicación digital, Salidas analógics y alarmas.

SMA Sistema multicanal. Puede trabajar con 8 canales.

El corazón del modelo SADP es un conjunto sonda / celda de medida que mantiene a la sonda en un ambiente seco entre ensayos, lo que permite que esté siempre lista para su uso inmediato. La celda de medida consiste en dos cámaras que se acoplan de forma telescópica. Cuando están en posición cerrada, la sonda esta rodeada completamente de disecante, y por lo tanto seca. Cuando se va a utilizar se tapona con el dedo la salida de muestra y la presión de ésta hace que la celda se abra poniendo en contado la sonda con el gas de muestra.

Cuando se ha terminado la prueba se despresuriza la entrada de muestra con lo que se cierra la cámara de medida.


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6 Analizadores por resistencia

Estos instrumentos usan una sonda en la que la resistencia eléctrica de un material higroscópico varía en función de la cantidad de humedad contenida en la atmósfera que lo rodea. La humedad relativa se mide por el cambio de resistencia a través de una capa gruesa de polímero. En presencia de humedad se producen iones móviles de la estructura macro molecular del amoniaco cuaternario que forma la capa. Cuando aumenta la humedad aumenta, también, la ionización. Cuando la ionización aumenta, disminuye la resistencia eléctrica.

Estos sensores tienen una buena linealidad a altas concentraciones de humedad. Algunos no soportan la condensación por lo que se suelen llevar un sistema antisaturación con calefacción automática para evitar la condensación..

6.1 General Eastern, Modelo RH2

Estos equipos de medida de la humedad relativa se basan en los cambios en la resistencia eléctrica de una capa de polímero. Dado que este tipo de sensores responde a la resistividad de un bloque, mas que a la capacidad o resistencia de la superficie de una película son más insensibles a la contaminación que podría afectar la precisión de la medida.

General Eastern fabrica distintos modelos de este tipo de sensores RH. Básicamente, varían en el grado de precisión que alcanzan ( 2 %, 3 % y 5 %), dando lugar a los modelos RH2, RH3 y RH5.

Además, el equipo puede ir equipado con medida de la temperatura por la adición de un sensor Pt100. En este caso los modelos respectivos son: RHT2, RHT3 y RHT4.

El sensor se fabrica para montaje en conducto (equipos de ventilación y HVAC) de forma remota con extracción de muestra y en espacio (sensores de pared para HVAC).


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7 Condensación óptica

7.1 General

Este tipo de sensores se basan en el efecto de condensación del vapor de agua que se produce sobre la superficie pulida de un espejo cuando éste se enfría.

Realmente el sensor mide la temperatura a la que se produce esta condensación, es decir, el valor del punto de rocío de la muestra.

7.1.1 Principio de medida

El espejo está montado sobre una bomba de calor de estado sólido basada en efecto Peltier alimentado por un circuito amplificador. Esta bomba de calor enfría el espejo hasta que la muestra que circula sobre el mismo empieza a formar las primeras gotas sobre su superficie.

El espejo está iluminado por la luz emitida por un LED y la luz reflejada por la superficie es recibida por una célula fotoeléctrica. Cuando se empiezan a formar gotas sobre la superficie del espejo, la luz que recibe la fotocélula es abruptamente reducida debido a la dispersión de la luz a través de las gotas. La fotocélula está conectada con el sistema amplificador que controla la corriente al elemento Peltier.

Esto permite que el espejo sea mantenido a la temperatura de equilibrio donde las valores de la velocidad de condensación y evaporación de las moléculas de agua son iguales y una masa constante de agua se mantiene sobre la superficie del espejo. Esto es, por definición, el valor del punto de rocío (sobre 0 ºC) o de congelación (por debajo de 0 ºC). Un termómetro Pt100 embebido en el espejo mide esta temperatura, que corresponde con el valor buscado .

7.1.2 Punto de rocío y punto de congelación

Un higrómetro convencional de espejo enfriado genera gotas de agua sobre su superficie para valores del punto de rocío superiores a 0 ºC y cristales de hielo para valores del punto de rocío inferiores a 0 ºC. Por lo que se habla de puntos de congelación cuando la temperatura es inferior a 0ºC.

Exactamente a 0 ºC, el punto de rocío y el punto de congelación es lo mismo. Corresponden a la misma concentración de vapor de agua. Dado que el agua líquida puede existir en un estado superenfriado por debajo de cero grados, es posible tener puntos de rocío inferiores a 0ºC, que difieren del punto de congelación de la misma muestra. Cuando se va uno alejando del valor de 0 ºC la discrepancia entre los dos valores va aumentando. Mientras el agua superenfriada puede existir sobre el espejo temporalmente, en reposo se convertirá totalmente en hielo. Una vez convertida en hielo no podrá regresar al estado de líquido superenfriado. La conversión a hielo ocurrirá proporcionalmente más rápida a medida que la temperatura se vuelva más baja.


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7.1.3 Capacidad de depresión y etapas de enfriamiento

Un elemento Peltier es una bomba de calor termoeléctrica de estado sólido.

En esta aplicación, tiene una superficie térmicamente acoplada a la base del cuerpo de un sensor de punto de rocío y la otra superficie acoplada al bloque del espejo. Cuando se aplica corriente al elemento Peltier el calor es bombeado desde el bloque del espejo hasta el cuerpo del sensor donde es disipado. Si la corriente es suficiente, el bloque del espejo enfriará, eventualmente hasta una temperatura mínima y no más.

La diferencia entre las temperaturas del bloque del espejo y el cuerpo del sensor se define como la capacidad de depresión del sensor. La capacidad de depresión es una función del número de etapas que el elemento Peltier tiene acopladas en serie. Es decir, un sensor de dos etapas tiene una capacidad de depresión de 60 a 65 ºC, y puede medir puntos de rocío inferiores que un sensor de solo una etapa, cuya capacidad de depresión es de 45 ºC.

La depresión se especifica, normalmente, a 25 ºC de temperatura ambiente. A medida que la temperatura ambiente disminuye (y, por lo tanto, la temperatura del cuerpo del sensor), la capacidad de depresión también disminuye, debido a la caída en la eficiencia del enfriador termoeléctrico. A los puntos de rocío nominales, se pierde aproximadamente un tercio del enfriamiento adicional. A valores del punto de rocío muy bajos se pierde un 50 %. A medida que la temperatura ambiente aumenta, se incrementa la capacidad de depresión, lo que resulta en un rango de medida más amplio.

7.2 Analizadores General Eastern

General Eastern fabrica una amplia gama de medidores de humedad que se basan en diferentes principios: Resistencia de capa de polímeros, Capacidad de película de polímeros, Sal de cloruro de litio y Espejo enfriado, entre otros.

Dentro del principio del espejo enfriado, fabrica una serie de sensores, con diferentes etapas de enfriamiento que suponen rangos de medida del punto de rocío/congelación que van desde –15 ºC a + 25 ºC hasta –80 ºC a +25 ºC.

Citamos los modelos de sensores con sus principales características, aunque indicaremos solamente las especificaciones de los modelos 1111H y DEW-10.


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SENSORES DE CONDENSACIÓN EN ESPEJO GENERAL EASTERN

Característica Modelo 1111H Modelo D2 Modelo SIM-12H Modelo 1311DR Modelo 1311XR

Precisión a 25 ºC Estándar ± 0,2 ºC ± 0,2 ºC ± 0,2 ºC ± 0,2 ºC ± 0,15 ºC Opcional ± 0,15 ºC ± 0,15 ºC ± 0,15 ºC ± 0,15 ºC

Etapas de enfriamiento 1 2 2 4 5

Depresión ( a 25 ºC, 1 atm en aire) 45 ºC 65 ºC 65 ºC 95 ºC, aire 112 ºC

105 ºC, líquido

Rango de medida típico. -15 a + 25 ºC -35 a + 25 ºC -10 a + 85 ºC -65 a + 25 ºC, aire -80 a +25 ºC-75 a + 25 ºC líquido

RH equivalente 6% a 100% 1,5 % a 100 % 1% a 100% 0,03 % a 100 % aire 0,0003% a 100 %0,007% a 100 % líquido

Alimentación eléctrica Desde unidad Desde unidad E 115/230 Vca 115/230 V c.a. 115/230 V c.a. electrónica electrónica 75 W 300 W 700 W

Rangos de operación Temperatura ambiente -15 a +80 ºC -25 a +85 ºC -15 a + 50 ºC 0 a +35 ºC 0 a +35 ºC Presión barg -0,2 a 14 -1 a 10 -0,2 a 3,5 0 a 20 0 a 7

Enfriamiento auxiliar No No No Aire o liquido Líquido

El modelo 1111H es un sensor de propósito general de una etapa de enfriamiento con una capacidad de depresión de 45 ºC. Se puede montar directamente en línea con una conexión de 1” NPT. Alternativamente se pude montar en una porta-sonda para muestras con una presión máxima de 14 barg. Se conecta a una unidad electrónica de control de los modelos E1, M2/E2. M3 o M4.

Las unidades electrónicas de control se distinguen básicamente por el número de entradas procedentes de sensores, el número de displays y los parámetros de humedad que pueden visualizar. Cualquier modelo puede recibir las señales de cualquier modelo de sensor de los descritos. Todas incorporan el sistema PACER de compensación que elimina los efectos de los contaminantes sobre la superficie del espejo.

El sensor modelo DEW-10 es un transmisor, que puede proporcionar directamente una señal de salida analógica, en la forma 4-20 mA o PT100. Está diseñado para montar directamente en el proceso, en aplicaciones de baja presión (Máximo, 3 metros de columna de agua).


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7.3 Michell. Modelo Dewmet

Medidor de punto de rocío por condensación sobre espejo enfriado, como se ha descrito, por elemento Peltier y refrigeración auxiliar en el rango de –60 ºC a +90 ºC. Se compone del sensor y unidad electrónica, que se puede montar a una distancia de hasta 250 metros del sensor.

Existen diversas versiones del equipo. Tres modelos básicos: Dewmet S.D.; Dewmet T.D. y Dewmet T.D.H, las tres con la versión adicional R.S, para medidas muy bajas del punto de rocío.

El modelo S.D. se compone de unidad de control, sensor y dos metros de cable especial de interconexión. Incorpora una pantalla de LED’s rojos de 13 mm. Con resolución de 0,1 ºC. para visualización del punto de rocío.

El modelo T.D. ofrece una visualización dual continua del punto de rocío y de la temperatura de la muestra.

El modelo T.D.H. permite visualizar en pantalla dual los valores de la temperatura de la muestra y del punto de rocío ó la humedad relativa, con selección conmutable. El valor de la humedad relativa se obtiene por cálculo, basado en la escala de temperatura ITS-90.

La versión R.S. incluye un sistema de refrigeración del sensor, con lo que se alcanzan temperaturas del punto de rocío de hasta –60ºC


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8 Otros analizadores

8.1 Cloruro de litio. Dewcell de Foxboro

Este sistema de medida, desarrollado por Foxboro en 1948 bajo el nombre de DEWCELL, opera manteniendo una solución saturada de sal higroscópica de cloruro de litio a una temperatura que está en equilibrio con la presión de vapor de la atmósfera circundante. La temperatura de equilibrio es medida por un termómetro de resistencia, termopar o bulbo lleno y se puede expresar directamente en cualquier unidad de humedad absoluta por medio de una escala caracterizada o software. El comportamiento del sensor es preciso y estable y no se ve afectado por cambios en la temperatura ambiente.

Funciona en el rango de –45 ºC a +60 ºC de punto de rocío con una precisión de ± 0,8 ºC.

El sensor consiste en un tubo metálico barnizado donde se sitúa el elemento medidor de temperatura. El tubo está recubierto por una mecha en forma de cinta de lana de vidrio con dos hilos paralelos de oro arrollados sobre la lana de vidrio. La mecha está impregnada con cloruro de litio y los hilos conectados a una fuente de corriente alterna.

La operación del sensor depende del hecho de que la sal seca no es conductora de la electricidad, mientras que la sal en solución es un buen conductor. Cuando la sal absorbe humedad de la muestra se debe aplicar calor para llevar la solución a su saturación en un nuevo punto (más alto) de equilibrio y viceversa.

Los dos hilos, en contacto con la mecha que contiene la sal dejarán solamente pasar corriente si la temperatura de la sal es igual o inferior a la temperatura de equilibrio y la sal es húmeda. El paso de corriente a través de la fina capa de sal la calienta rápidamente, elevando la temperatura hasta el punto de equilibrio. El cambio de sal húmeda a sal seca es casi instantáneo por lo que no hay prácticamente conductividad por encima del punto de equilibrio.

La cantidad de energía eléctrica suministrada es una medida de la humedad absoluta alrededor del sensor. La potencia consumida es del orden de 8 vatios.


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8.2 Infrarrojos

El agua absorbe la radiación electromagnética en la región infrarroja del espectro. Específicamente, la radiación de una longitud de onda entre 1,4 y 1,94 micrones es absorbida fuertemente por el agua.

Midiendo la atenuación en la intensidad de un haz emitido a esta longitud de onda se determina el contenido en humedad de la muestra.

El analizador consiste, básicamente, en tres partes: Una fuente de radiación IR, una celda de medida y el sistema de detección de la radiación.

La fuente de radiación se compone de una lámpara, filtros que alternativamente dejan pasar el haz de medida y el haz de referencia y la óptica necesaria para el correcto enfoque.

El sistema de detección consiste de elementos ópticos para dirigir correctamente el haz y un detector fotoeléctrico que convierte la energía electromagnética en una señal manejable.

Este sistema sirve para medidas de humedad en gases y líquidos. Con el sistema óptico adecuado, se puede usar para la determinación de humedad en sólidos, áridos, cereales, tabaco o productos en pequeñas piezas (especialmente en alimentación: corn flakes, etc.)

HAZ PARALELOHAZ PARALELO

CELDA DE MUESTRA

LÁMPARA

MOTOR DE LARUEDA DE FILTROS DETECTOR

DE ESTADO SÓLIDOPIRO.ELÉCTRICO

CONJUNTO DE ÓPTICA

Filtro R

Fitro M

ANALIZADOR DE INFRARROJOS

8.3 Titración

Este tipo de instrumento está basado en el correspondiente método de laboratorio Karl Fischer.

La muestra se hace burbujear a través del reagente KF hasta la celda de reacción. Cuando el agua de la muestra es absorbida por el tirante unos electrodos de platino detectan un cambio en la conductividad de la solución. Cuando hay un ligero exceso de agua causa una abrupta caída en la corriente. Cuando la corriente baja hasta un valor determinado automáticamente se inyecta más reagente. El circuito electrónico mide el tiempo entre los dos puntos finales, computa el contenido en agua del gas y presenta los resultados en unidades de ingeniería.

Todas las operaciones de limpieza, inyección de muestra, inyección de reagente, etc., se realizan de forma automática.

8.4 Calor de adsorción

El proceso de adsorción y desorción lleva inherente un intercambio de energía. Durante la adsorción se desprende energía y durante la desorción se absorbe. Cuando un gas húmedo se hace pasar por una columna que absorba selectivamente humedad la temperatura aumenta debido al calor liberado que es proporcional a la cantidad de humedad absorbida. Otros factores que afectan a la cantidad de calor liberado, como pueden ser la naturaleza del material absorbente y la temperatura de operación, se seleccionan para maximizar el valor del calor.

El elemento sensor consiste en dos columnas disecantes cada una conteniendo un número de termopares conectados en serie. El conjunto se instala en el interior de una caja aislada y con


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temperatura controlada. En operación, la muestra húmeda se hace pasar por una columna y por la otra se hace pasar un gas seco de referencia. Dado que los fenómenos de adsorción y desorción ocurren simultáneamente, el voltaje neto de salida de los termopares representa la suma algebraica del calor desprendido en una columna y absorbido en la otra. Los gases de muestra y referencia se conmutan de forma cíclica para mantener las condiciones dinámicas necesarias. El caudal de muestra debe ser ajustado y controlado de forma muy precisa ya que la concentración de humedad será función de dicho caudal

El sistema sirve solamente para la medida en gases.

8.5 Microondas

El analizador se basa en el hecho de que las radiaciones de microondas son fuertemente absorbidas por el agua. Por lo tanto la cantidad de humedad presente en un material se puede conocer por medio de la reducción de la potencia de una señal de microondas. El equipo detecta la masa de humedad que se interpone en el haz de microondas, por lo que la medida se produce en términos de masa por unidad de volumen.

Con la calibración adecuada se podrán obtener lecturas en porcentajes de peso

El sistema es apropiado para la medida de humedad en líquidos y sólidos.


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9 Calibración y mantenimiento

9.1 Calibración

La calibración de sensores electrolíticos a bajo caudal de muestra (100 cc/min) es absoluta. La celda responde o no. No hay ajustes de cero o span. Para caudales más altos de muestra se puede producir que no toda el agua contenida en la muestra se hidrolice, por lo que es necesario ajustar cero y ganancia.

La principal dificultad para la calibración de un sensor de humedad es disponer de una muestra con un valor conocido y fiable de humedad. Para la calibración de sensores que operan con muestras gaseosas los principales fabricantes de analizadores de humedad han desarrollado equipos que generan una corriente de gas con un contenido preciso de humedad.

En general consisten en aparatos que partiendo de un gas seco lo hacen por un recipiente con agua destilada, mantenida a una temperatura constante, que satura la corriente del gas al valor correspondiente de equilibrio a dicha temperatura.

En general hay que asegurarse que las operaciones de calibración se hacen en las mismas condiciones de trabajo (presión, temperatura, etc.) del instrumento en servicio.

9.1.1 Sistemas de Calibración Panametrics

Panametrics ha desarrollado dos sistemas de calibración: MG100 y MG101 que proporcionan un gas con un contenido en humedad ajustable y con precisión del orden de ± 1 ºC de su punto de rocío. Ambos sistemas emplean el principio elemental de la dilución de gas. Un gas seco se divide en dos corrientes. Una de ellas se satura con agua a una determinada temperatura, mientras la otra corriente se mantiene seca. Las dos corrientes se mezclan de forma que el gas húmedo se diluye con cantidades variables de gas seco hasta conseguir la mezcla deseada.

El modelo MG100 utiliza una etapa simple de dilución para generar un gas con punto de rocío en el rango de –42 ºC a –10 ºC. El MG101 emplea una segunda etapa de dilución para generar un gas con un contenido de humedad en el rango -75 ºC a –10 ºC.

El gas seco debe ser suministrado a una presión de 3,8 a 4,2 barg con un caudal máximo de 9,2 litros por minuto. La muestra de gas húmedo se obtiene a una presión máxima de 0,7 barg.


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9.2 Mantenimiento

Según el tipo de sensor usado es muy importante la revisión periódica de los ajustes de los caudales de muestras y controles de temperatura, factores ambos que pueden influir en la exactitud de la medida. Donde hayan filtros y dependiendo de la naturaleza de la muestra se deben limpiar con rigor ya que se convierten fácilmente en depósitos de humedad con los consiguientes problemas de memoria en la medida.

Inicialmente hay que dejar que los sensores de humedad alcancen su equilibrio en su emplazamiento. Esto es particularmente necesario después de cualquier cambio de temperatura por transporte o almacenamiento.

Hay que seguir minuciosamente las instrucciones del fabricante. Algunos sensores necesitan de operaciones de rutina. Antes de usar cualquier disolvente para limpieza de un sensor hay que asegurarse que no se daña ningún material higroscópico u otra parte del equipo.

Asimismo, hay que realizar limpieza periódica de las células de medida a fin de eliminar residuos y contaminantes.

Es muy aconsejable la validación periódica con fluidos estándar certificados por laboratorio y la comprobación cruzada con otros aparatos de medida.


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10 Consideraciones de instalación y tratamiento de muestra

10.1 Instalación

Estos sensores, generalmente, han de ser instalados protegidos de las inclemencias del tiempo. Deben ser instalados en armarios o casetas. Es importante que el sitio donde estén instalados esté normalmente limpio y libre de contaminantes. También hay que evitar su instalación en zonas con cambios importantes de temperatura o sometidos a la radiación solar directa.

Los sensores tipo impedancia se suelen instalar en celdas de medida por donde circula la muestra.

Algunos modelos de sensores están diseñados para áreas eléctricamente clasificadas.

Las muestras, en general, pueden ser devueltas a proceso.

10.2 Tratamiento de muestra

En medidas de humedad el mejor sistema de muestras es el que no existe. Sin embargo, en muchos casos a fin de poder dar servicio al sensor o por razones operativas se debe montar el sensor de humedad como parte de un sistema extractivo de muestra.

Al diseñar el sistema se debe tener siempre presente que el vapor de agua está permanentemente en la atmósfera, rodeando los componentes del sistema. Cualquier fuga se podría comportar al revés, es decir, no solo la muestra se escaparía, sino, que, además y dependiendo de las presiones relativas del agua en la muestra y en la atmósfera, podría penetrar humedad a la muestra falseando totalmente la medida.

Otra consideración importante es que hay materiales que absorben o adsorben agua. Otros son porosos. Además, el agua, por su configuración molecular, tiende a pegarse, adsorción, a las paredes internas de los tubos o componentes del sistema. Esta tendencia es dependiente de la temperatura. Cuando más alta ésta más tendencia a adherirse. Si el sistema de muestras no está termostáticamente controlado se producirán fenómenos de adsorción / desorción con los cambios en la temperatura ambiente. La misma muestra dará resultados muy distintos durante el día y durante la noche. En invierno y en verano. Esto es particularmente importante en muestras con valores muy bajos de contenido de agua.

Tiempo de secado de un tubing pasando gas seco después de haber contenido agua


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Hay que evitar, en lo posible, los grandes volúmenes muertos, que aparte de otras consideraciones de tiempos muertos, etc., sirven como depósitos de agua.

Sonda de oxido de aluminio Panametrics tipo M en instalación Exd


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11 Especificaciones

11.1 Monitor de humedad Fluid Data, modelo 153

11.1.1 Analizador

Rangos estándar: Seleccionables por conmutador

Serie N: 0 – 10; 0 - 30; 0 – 100; 0 – 300; 0 – 1.000 ppmV

Serie H: 0 – 100; 0 – 300; 0 – 1.000; 0 – 3.000; 0 – 10.000 ppmV

Precisión: ± 5 % FSD2 en cualquier rango

Tiempo de respuesta 63%: Generalmente menor que 1 minuto. Puede exceder este valor en el ámbito de 1 – 10 ppmV.

Electrodos. Material: Platino, Modelos /O; Rodio, Modelos /R. Según aplicación.

Alarma: Un contacto SPDT, capacidad 3 A a 250 V. Carga no inductiva.

Señal de salida: 0 – 5 a 0 – 100 mV cc. Lineal, ajustable para registrador potenciométrico con una impedancia mínima de 5000 Ω.

4-20 mA lineal para señal remota

Temperatura ambiente: -20 ºC ó el valor del punto de rocío de la muestra. El más alto. Máximo: 55 ºC.

Protección: Unidad de análisis. Montaje intemperie. Certificado para Zona 1 según BASEEFA, EEx d IIC T6

Unidad de control. Propósito general

11.1.2 Requerimientos de la muestra

Analizador con sistema de muestras incorporado

Caudal a la sonda: 100 cc/min. ± 2 % (serie N)

10 cc/min. ± 2 % (Serie H)

Caudal de by-pass: 200 – 2000 cc/min. Ajustable

Presión: 0,7 a 70 barg

Temperatura: Mínima, por encima del punto de rocío.

Máxima 100 ºC

11.1.3 Suministros

Alimentación eléctrica: 100 / 120 V ± 10V ó 220 / 240 V ± 20 V

45 / 65 Hz. Consumo: 75 VA. Total para analizador y unidad de control

2 FSD = Full Scale Deflection: A fondo de escala


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11.2 Higrómetro Fluidysteme, modelo Humidisteme EXST

11.2.1 Analizador

Rangos: 0 – 10; 0 – 100; 0 – 1000 ppmV

Con facilidades para el cambio remoto entre dos rangos.

Resolución: 0,1 ppmV

Sensibilidad: 0,1 ppmV

Repetibilidad: ± 1% del rango y mínimo: 0,1 ppmV

Señal de salida: 4 - 20 mA. Carga 450 Ω.

Alarmas: Valor mínimo del punto de ajuste: 0,3 ppmV

Contacto SPST. Carga 100 mA a 110 V.

Tiempo de respuesta al 63 %: 15 segundos de 1000 a 100 ppmV

Protección: Versión a prueba de explosión: Certificado CENELEC para zona 1 como EExd IIC T3 ó EExd IIB T3

Versión seguridad intrínseca: Certificado EExi IIC T6.

11.2.2 Requerimientos de la muestra

Presión máxima: Estándar a 20, 70 ó 200 barg según modelo.

En la versión Exd la presión máxima al sensor es de 1 barg.

Temperatura: 10 a 80 ºC en el punto de toma de muestra.

11.2.3 Suministros

Alimentación eléctrica: 110 ó 220 V.± 15 %. 50 o 60 Hz.

11.3 Analizador Ametek (DuPont) 560B

11.3.1 Modelo 560 con unidad estándar de control

11.3.1.1 Instrumento

Rangos: Calibrado 0 – 1000 ppmV. El display digital continua proporcionando indicación hasta 9999 ppmV.

Rangos correspondientes con la señal de salida: 0 – 25; 0 – 50; 0 – 250 y 0 – 1000 ppmV. Seleccionables


Repetibilidad: ± 0,5 ppmV ó 3 % de la lectura. El más grande, en todos los rangos.

Precisión: ± 2 ppmV ó 10 % de la lectura. El más grande, en todos los rangos

Señal de salida: Indicador digital de 4 dígitos

Opcional 4-20 mA, lineal y aislada. Carga 0 - 600 Ω

Protección: Unidad de campo: Cl.1, Div. 1, Gr. B, C, D según NEC. EExd IIC T6 según CENELEC.


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Unidad de control: Cl.1, Div. 2, Gr. B, C, D según NEC.

Separación máxima entre unidad de análisis y unidad de control: 600 metros

Temperatura ambiente: Unidad de análisis: -18 a 52 ºC

Unidad de control: 0 a 52 ºC

11.3.1.2 Requerimientos de la muestra

Caudal: 750 cc/minuto (250 cc/min para una de las corrientes de muestra, referencia y generador de humedad)

Presión: Entrada: 2 a 7 barg. Funcionamiento: 1 Barg

11.3.1.3 Suministros

Alimentación eléctrica: 100 ±8 V, 50 / 60 Hz. 115 ±10 V, 50 / 60 Hz. 230 ± 20 V, 50 / 60 Hz.

Consumo: Unidad de análisis: 240 W Unidad de control: 120 W

11.3.1.4 Generador de humedad

Contenido humedad: Nominal Alto: 20 ppmV ± 2 ppmV Nominal Bajo: 3 ppmV ± 1 ppmV

11.3.2 Modelo 560 con Unidad de control opcional modelo 5600

11.3.2.1 Instrumento

Rangos: Calibrado 0 – 1000 ppmV. El display digital continua proporcionando indicación hasta 99.999 ppmV.

Rangos correspondientes con la señal de salida: 0 – 5; 0 – 20; 0 – 50; 0 – 200; 0 – 1000 and 0 – 20.000 ppmV.

Seleccionables. Un sétimo rango es disponible para selección por usuario.


Repetibilidad: ± 0,2 ppmV ó 1 % de la lectura. El más grande.

Precisión: ± 1 ppmV ó 5 % de la lectura. El más grande. (0,1 ppmV en el rango 0 – 5 con la opción 5600 y secador

super-activado)

Señal de salida: Indicador digital de 5 dígitos

Opcional 4-20 mA, lineal y aislada. Carga 0 - 600 Ω

Protección: Unidad de campo: Cl.1, Div. 1, Gr. B, C, D según NEC. EExd IIC T6 según CENELEC.

Unidad de control y teclado: Cl.1, Div. 2, Gr. B, C, D según NEC.


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Separación máxima entre unidad de análisis y unidad de control: 600 metros Separación máxima entre teclado y caja de la unidad de control: 4 metros. Opcionalmente: 15 metros

Temperatura ambiente: Unidad de análisis: -18 a 52 ºC

Unidad de control: 0 a 52 ºC

11.3.2.2 Requerimientos de la muestra

Caudal: 750 cc/minuto (250 cc/min para una de las corrientes de muestra, referencia y generador de humedad)

Presión: Entrada: 2 a 7 barg. Funcionamiento: 1 Barg

11.3.2.3 Suministros

Alimentación eléctrica: 100 ±8 V, 50 / 60 Hz. 115 ±10 V, 50 / 60 Hz. 230 ± 20 V, 50 / 60 Hz.

Consumo: Unidad de análisis: 240 W Unidad de control: 240 W

11.3.2.4 Generador de humedad

Contenido humedad: Nominal: 20 ppmV ± 2 ppmV Opcional Bajo: 3 ppmV ± 0,3 ppmV

11.4 Analizadores Panametrics

11.4.1 Sondas tipo M y Unidades electrónicas Sistemas 1 y 2

11.4.1.1 Sondas tipo M

Sonda con sensor de óxido de aluminio de capa fina

Rango de impedancia: De 2 M Ohm hasta 50 K ohm, a 77 Hz (dependiendo de la presión de vapor del agua.

Calibración: cada sensor es calibrado individualmente contra concentraciones conocidas de humedad. Traceable con los estándares del NBS3.

Rango de Punto de Rocío: -110 ºC a +20 ºC. Estándar. Sobrerango hasta +60 ºC a petición.

Precisión: ± 2 ºC en el rango –65 ºC a +60 ºC ± 3 ºC en el rango –110 ºC a – 66 ºC

Repetibilidad: ± 0,5 ºC en el rango –65 ºC a + 60 ºC ± 1 ºC en el rango –110 ºC a – 66 ºC

Temperatura de trabajo: -110 ºC a +70 ºC

3 NBS = National Bureau of Standars.


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Temperatura de almacenaje: Máxima de +70 ºC

Presión de trabajo: M1: desde 5 micrones Hg hasta 5,25 barg M2: desde 5 micrones Hg hasta 350 barg

Rango de caudal de muestra: Gases: Desde estático hasta una velocidad lineal de 10.000 cm/sec. a presión de 1 atm.

Líquidos: Desde estático hasta velocidad lineal de 10 cm/sec. con una densidad de 1 kg/dm3.

Tiempo de respuesta: Menos de 5 segundos para un cambio en escalón del 63 % en el contenido de humedad, tanto aumentando como disminuyendo.

Sensor de temperatura Opcional

Tipo: Termistor no lineal

Rango: -30 ºC a + 70 ºC

Precisión: + 0,5 ºC aproximadamente.

Temperatura máxima: 70 ºC

Constante de tiempo: Máximo 1 segundo en aceite agitado, 10 segundos en aire quieto, para un cambio en escalón del 63 % de la temperatura. Subiendo o bajando.

Transmisor de presión: Opcionalmente, el fabricante ofrece un transmisor de presión para aplicaciones donde se requiera.

11.4.1.2 Unidades electrónicas Sistema 1 y Sistema 2

Sistema 1. Basado en microprocesador, de uno a seis canales. Sistema de medida de la humedad absoluta.

Sistema 2. Basado en microprocesador. Un solo canal. Sistema de medida de la humedad absoluta. Puede almacenar hasta seis juegos de datos de calibración de sondas de humedad.

Alimentación eléctrica: 100 / 120 / 220 / 240 V. 50 / 60 Hz. El sistema 2 puede ser equipado opcionalmente con baterías para 8 horas de funcionamiento.

Construcción:

Sistema 1 Montaje en rack como estándar. Opcionalmente se fabrica de sobremesa, empotrable en panel, a prueba de intemperie y a prueba de explosión (Cl. 1, Div. 1, según NEC).

Sistema 2 Instalación de sobremesa con asa de transporte. Opcionalmente se fabrica para montaje en rack o empotrable en panel.

Precisión: ± 0,2 %. Sólo electrónica

Display: De 12 dígitos, verde fluorescente, alfanumérico.

Temperatura de trabajo: 0 ºC a +60 ºC.

Temperatura de almacenaje: -30 ºC a 70 ºC.

Retención de memoria: Los datos almacenados de resultados y los datos de calibración están retenidos durante 5 años por batería incorporada.

Calibración: Auto-calibración cada vez que se pone en marcha. Puede ser programado para auto-calibraciones periódicas.


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Tiempo de calentamiento: 5 minutos.

Señales de entrada: Hasta tres entradas por canal: Humedad, temperatura y presión.

A/D resolución: 11 bits (0,05 %)

Señales de salida:

Analógicas Una por canal de forma estándar. Opcionalmente una más por canal. Cada señal de salida se puede corresponder con cualquier parámetro del canal. Los valores de cero y span pueden ser ajustados dentro del rango correspondiente.

Señales estándar: Seleccionables: 0 – 100 mV. Carga mínima 10 KΩ 0 – 2 V. Carga mínima 10 KΩ 0 – 20 mA. Carga máxima 500 Ω 4 – 20 mA. Carga máxima 500 Ω

Resolución: ±0,5 %

Digitales RS232 o lazo de corriente 20 mA. La información se transmite como caracteres ASCII a 150, 300, 1200 y 9600 baudios. El formato transmitido es dependiente de la aplicación.

Alarmas Contactos SPDT opcionales para cada canal.

Actualización de datos: Cada 1 a 14 segundos, dependiendo de la configuración.

Parámetros:

Cada uno de los seis canales del Sistema 1 o hasta seis posiciones de memoria en el Sistema 2 puede ser programado para medir en alguno de los parámetros siguientes (los datos son para sistemas con sondas estándar):

Punto de Rocío / Congelación

Rango: -110 ºC a +20 ºC. Estándar -110 ºC a +60 ºC. Opcional

Precisión: ± 2 ºC en el rango –65 ºC a +60 ºC ± 3 ºC en el rango –110 ºC a –66 ºC

Repetibilidad: ± 0,5 ºC en el rango –65 ºC a + 60 ºC ± 1,0 ºC en el rango –110 ºC a – 66 ºC

Presión

Rango: 0 – 210 barg en cuatro sub-rangos.

Precisión: ± 0,20 % del span. Transmisor estándar ±0,5 % del span. Transmisores Exd.

Temperatura

Rango: -30 ºC a +70 ºC

Precisión: ± 0,5 ºC a –30 ºC

Otros parámetros

Sobre la base de las medidas de humedad, temperatura y presión se pueden presentar los parámetros siguientes:

Partes por millón en volumen ppmV

Partes por millón en peso ppmW


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Humedad relativa RH

11.4.2 Sondas tipo Moisture Image (MIS) y Unidades Moisture Image Series 1 y 2

11.4.2.1 Sondas tipo MIS

Sonda con sensor de óxido de aluminio de capa fina

Calibración: Cada sensor es calibrado individualmente contra concentraciones conocidas de humedad. Traceable con los estándares del NBS4.

Rango de Punto de Rocío: 60 ºC a -110 ºC. Valores máximos

Rangos calibrados: 20 ºC a –80 ºC. Estándar -50 ºC a –110 ºC. Ultra bajo 60 ºC a –80 ºC. Extendido.

Precisión: ± 2 ºC en el rango 60 ºC a -65 ºC ± 3 ºC en el rango –66 ºC a –110 ºC

Repetibilidad: ± 0,5 ºC en el rango 60 ºC a -65 ºC ± 1,0 ºC en el rango –66 ºC a –110 ºC


Temperatura de almacenaje: Máxima de +70 ºC

Presión de trabajo: Desde 5 micrones Hg hasta 350 barg. Limitada por el sensor de presión.

Rango de caudal de muestra: Gases: Desde estático hasta una velocidad lineal de 10.000 cm/sec. con presión de 1 atm.

Líquidos: Desde estático hasta velocidad lineal de 10 cm/sec. con una densidad de 1 kg/dm3.

Tiempo de respuesta: Menos de 5 segundos para un cambio en escalón del 63 % en el contenido de humedad, tanto aumentando como disminuyendo.

Clasificación: Seguridad intrínseca según CENELEC, EEx ia IIC T4, cuando está conectada a una Unidad electrónica Panametrics

Sensor de temperatura

Tipo: Red de Termistores

Rango: -30 ºC a + 70 ºC

Precisión: ±0,5 ºC aproximadamente.

Constante de tiempo: Máximo 1 segundo en aceite agitado, 10 segundos en aire quieto, para un cambio en escalón del 63 % de la temperatura. Subiendo o bajando.

Sensor de presión: Estado sólido, piezoresistivo.

Rangos: 2 a 20 barg; 3,5 a 35 barg; 7 a 70 barg; 20 a 200 barg; 35 a 350 barg.

Precisión: ±0,5 % FSD

Presión máxima: Tres veces el valor del span hasta un máximo de 500 barg.

4 NBS = National Bureau of Standars.


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11.4.2.2 Unidades electrónicas Moisture Image Serie 1 y Serie 2

Sistema 1. Basado en microprocesador, de uno a seis canales. Sistema de medida de la humedad absoluta, temperatura, presión y contenido en oxígeno.

Sistema 2. Basado en microprocesador. Un solo canal. Sistema de medida de la humedad absoluta, temperatura, presión y contenido en oxígeno. Puede almacenar hasta seis juegos de datos de calibración de sondas de humedad.

Alimentación eléctrica: Universal. Se ajusta automáticamente para cualquier valor entre 90 y 260 V. 50 / 60 Hz. La serie 2 puede ser equipado opcionalmente con baterías para 8 horas de funcionamiento, recargable en 16 horas.

Construcción:

Sistema 1 Montaje en rack o sobremesa, empotrable en panel, a prueba de intemperie y a prueba de explosión ( Cl. 1, Div. 1, según NEC).

Sistema 2 Montaje en rack, sobremesa, empotrable en panel,

Display: Gráfico y texto. Pantalla LCD.

Visualización: Se presentan hasta 6 combinaciones de canal / parámetro simultáneamente usando texto y/o gráficos



Retención de memoria: Los datos almacenados de resultados y los datos de calibración están retenidos en memoria RAM con respaldo de batería. Puede almacenar hasta 12 datos simultáneamente.



Señales de entrada: Hasta seis entradas por canal: Humedad, temperatura, presión, Oxígeno y dos auxiliares.

A/D resolución: 16 bits (0,0015 %) con sondas MIS- 12 bits (0,05 %) con sondas M

Señales de salida:

Analógicas Dos por canal de forma estándar. Aisladas. Cada señal de salida se puede corresponder con cualquier parámetro del canal. Los valores de cero y span pueden ser ajustados dentro del rango correspondiente.

Señales estándar: Seleccionables: 0 – 2 V. Carga mínima 10 KΩ 0 – 20 mA. Carga máxima 400 Ω 4 – 20 mA. Carga máxima 400 Ω

Resolución: ±0,1 % (10 bits)

Digitales RS232 o lazo de corriente 20 mA. La información se transmite como caracteres ASCII a 300, 1200, 2400 y 9600 baudios.

Alarmas 2 Contactos SPDT opcionales para cada canal.

Precisión punto de ajuste: ± 0,1 ºC Punto de rocío


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Actualización de datos: Mínimo 0,5 segundos, dependiendo de la configuración. En la Serie 1, los canales se van actualizando secuencialmente.

Seguridad intrínseca: Barreras de seguridad para cada una de las señales de entrada, incluidas las auxiliares

Parámetros:

Cada uno de los seis canales de la Serie 1 o hasta seis posiciones de memoria en la Serie 2 pueden ser programados para medir en alguno de los parámetros siguientes:


Rangos: +20 ºC a –80 ºC, Estándar

-50 ºC a -110 ºC, Ultra bajo

+60 ºC a –80 ºC, Extendido


Repetibilidad: ± 0,5 ºC en el rango 60 ºC a -65 ºC ± 1,0 ºC en el rango –66 ºC a – 110 ºC

Presión

Rango: 0 – 350 barg en distintos sub-rangos.

Precisión: ±0,5 % del span.

Temperatura



Oxígeno en gases

Rango: 0 – 500 ppbV 0 – 10.000 ppmV en cuatro sub-rangos 0 – 15 % en tres sub-rangos

Precisión: ± 1 % FSD. Rangos > 0 – 1,5 ppmV ± 5 % FSD. Rangos < 0 – 2,5 ppmV

Otros parámetros



Partes por billón en volumen ppbV


Humedad relativa RH


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11.4.3 Monitor de humedad Serie 3

Basado en microprocesador; de un canal, con un segundo opcional. Sistema de medida de la humedad absoluta, temperatura y contenido en oxígeno.

Alimentación eléctrica: Universal. Se ajusta automáticamente para cualquier valor entre 90 y 260 V. 50 / 60 Hz. La serie 2 puede ser equipada opcionalmente con baterías para 8 horas de funcionamiento, recargable en 16 horas.

Construcción: Montaje en rack, sobremesa, empotrable en panel, a prueba de intemperie y a prueba de explosión (cl. 1, Div. 1, según NEC).

Display: Display de LCD de dos líneas y 20 caracteres.

Visualización: Unidad con un canal: Dos parámetros cualesquiera

Unidad con dos canales: Un parámetro cualquiera de cada canal o dos parámetros del mismo canal.



Retención de memoria: Los datos almacenados de resultados y los datos de calibración están retenidos en memoria RAM con respaldo de batería.



Señales de entrada: Cinco entradas por canal: Humedad, Temperatura, Oxígeno y dos auxiliares.

A/D resolución: 12 bits (0,05 %)

Señales de salida:

Analógicas Dos por canal de forma estándar. Aisladas. Cada señal de salida se puede corresponder con cualquier parámetro del canal. Los valores de cero y span pueden ser ajustados dentro del rango correspondiente.

Señales estándar: Seleccionables: 0 – 2 V. Carga mínima 10 KΩ 0 – 20 mA. Carga máxima 400 Ω 4 – 20 mA. Carga máxima 400 Ω

Resolución: ±0,1 % (10 bits)

Digitales RS232. La información se transmite como caracteres ASCII a 300, 1200, 2400 y 9600 baudios.

Alarmas 2 Contactos SPDT opcionales para cada canal.

Precisión punto de ajuste: ± 0,1 ºC Punto de rocío

Actualización de datos: Mínimo 0,5 segundos, dependiendo de la configuración. En la Serie 1, los canales se van actualizando secuencialmente.

Seguridad intrínseca: Barreras de seguridad para cada una de las señales de entrada, incluidas las auxiliares

Parámetros:

Cada uno de canales puede ser programado para medir en alguno de los parámetros siguientes:


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Rangos: +20 ºC a –80 ºC, Estándar

-50 ºC a -110 ºC, Ultra bajo

+60 ºC a –80 ºC, Extendido


Repetibilidad: ± 0,5 ºC en el rango 60 ºC a -65 ºC ± 1,0 ºC en el rango –66 ºC a – 110 ºC

Presión

Rango: 0 – 350 barg en distintos sub-rangos.

Precisión: ±0,5 % del span.

Temperatura



Oxígeno en gases

Rango: 0 – 500 ppbV 0 – 10.000 ppmV en cuatro sub-rangos 0 – 15 % en tres sub-rangos

Precisión: ± 1 % FSD. Rangos > 0 – 1,5 ppmV ± 5 % FSD. Rangos < 0 – 2,5 ppmV

Otros parámetros



Partes por billón en volumen ppbV


Humedad relativa RH

11.5 Transmisor Michell, Modelo Transmet

Sensor: Cerámico, por impedancia

Rango: -100 a +20 ºC punto de rocío -20 a +40 ºC temperatura

Precisión.

Punto de rocío: ± 1 ºC entre –60 ºC y +20 ºC; ±2 ºC entre –100 ºC y –60 ºC

Temperatura: ± 0,3 ºC

Resolución:

Punto de rocío: 0,1 ºC entre –80 ºC y +20ºC 1ºC por debajo de –80 ºC

Temperatura: 0,1 ºC



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Temperatura de almacenaje: -40 ºC a +70 ºC

Material partes en contacto con la muestra: Acero inoxidable AISI 316

Conexión a proceso: 5/8” UNF

Carcasa: Fundición de aluminio

Grado de protección: IP65, NEMA 4

Alimentación eléctrica: 10 a 28 V cc.

Operación. Señal: Lazo de corriente: 0 – 20 mA ó 4 - 20 mA, seleccionables. Señal lineal con el valor del punto de rocío.

RS232C: 2400 baudios, 8 bits de datos, 1 bit de paridad. Punto de rocío y temperatura. Longitud máxima de cable: 15 metros.

RS485: 1200 baudios, 8 bits de datos, 1 bit de paridad. Punto de rocío y temperatura. Longitud máxima de cable: 1200 metros.

Presión de trabajo: Desde vacío hasta 300 barg

Caudal de muestra: 0 a 10 NL/min

Velocidad del gas de muestra: Máxima 20 metros por segundo

Equipos opcionales. Juego de conexión a red local

Convertidor de red RS485 / RS232C

Cable de red

Módulo de alimentación.

11.6 Transmisor Endress + Hauser, modelo DewPro MMY30

Sensor: Planar, capacitivo de óxido de aluminio

Rango de medida: -90 ºC a +10 ºC. Punto de rocío

Señal de salida: 4 – 20 mA

Alimentación eléctrica: Por circuito de transmisión: 9–32 V cc. Nominal 24 V.

Protección: IP66

Temperatura de trabajo: -40 a +60 ºC

Presión máxima de trabajo: 30 barg

Material cámara de medida: Acero inoxidable AISI 316

Conexión a proceso: ½” NPT ó ½” BSP

Exactitud de la calibración: ± 2 ºC Punto de rocío

Ciclo de calibración: 6 a 12 meses, dependiendo de la aplicación.

11.7 Sistema Endress + Hauser Hygrotec MMY150

11.7.1 Sensor de trazas de humedad DY55

Sensor: Planar, capacitivo de óxido de aluminio


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Rango de medida: -80 ºC a +20 ºC. Punto de rocío


Presión máxima de trabajo: 200 barg

Diferencia requerida T / Td: > 15 ºC

Conexión a proceso: ½” BSP

Exactitud de la calibración: ±1 ºC Punto de rocío

Ciclo de calibración: 6 a 12 meses, dependiendo de la aplicación.

Conexión de cable: Conector Bendix

11.7.2 Transmisor Hygrotec MMY 150

Rango de medida: -100 a +20 ºC. Punto de rocío. Opcionalmente: 0,1 a 9999 ppmV.

Señal de entrada: Señal del sensor DY55, libre de interferencias.

Display: Pantalla LCD de 4 dígitos

Alimentación eléctrica: 20 a 30 V. cc. Nominal 24 V cc

Señal de salida: 0/4 – 20 mA; 0/2 – 10 V cc

Contactos de alarma: 2 SPDT (2,5 A, 250 V ca) para valores límite, 1 para alarma de función.

Construcción: Monorack 7TE o montaje en rack de 19”.

11.8 General Eastern, Modelo RH2

Sensor: Humedad relativa. Cambio de resistencia en una capa de polímero.

Rango:

Sensor: 0% a 99% RH no condensando Temperatura: -40ºC a +76 ºC

Electrónica: 0% a 95% RH no condensando Temperatura: -40ºC a +54 ºC

Precisión: ± 2% RH a 25 ºC en el rango 20 – 95 % RH, incluyendo histéresis, linealidad y repetibilidad.

Efecto de la temperatura. Menos que 0,11 % por grado C.

Sensibilidad: 0,1 % RH

Repetibilidad: ± 0,5 % RH

Histéresis: Menor que 1 %

Estabilidad a largo plazo: Deriva inferior a 1% por año.

Intercambiabilidad de sensores: ± 3% nominal.

Señal de salida: 4 – 20 mA, aislada y 100 % lineal.

Ajustes: Cero: ± 20 % no interactivo

Span: ± 10 % no interactivo

Alimentación eléctrica: Al transmisor: 12 a 36 V cc. Circuito de dos hilos.


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Impedancia máxima: Ω = (V Alimentación – 10 V)/ 0,02

Temperatura de almacenaje: -65 ºC a +70 ºC

11.9 General Eastern, 1111H / M3

11.9.1 Sensor 1111H

Principio de medida: Condensación sobre espejo enfriado

Rango de medida. ( a 25 ºC, 1 atm. En aire)

Punto de rocío/congelación: -15 ºC a +25 ºC

Humedad relativa: 6% a 100 % RH

Etapas de enfriamiento: Una

Depresión: 45 ºC (a 25 ºC, 1 atm en aire)

Elemento de medida. Pt 100

Precisión:

Sistema completo a 25 ºC: Estándar: ± 0,2 ºC. Opcional: ± 0,15 ºC

Sensibilidad: > 0,03 ºC

Repetibilidad: ± 0,05 ºC

Histéresis: Ninguna

Caudal de muestra: 0,25 a 2,5 l/min

Presión de muestra: 0,2 a 14 barg

Temperatura ambiente: -15 ºC a + 80 ºC

Material del cuerpo: Aluminio recubierto pintura epoxy

Material del espejo: Rodio o platino.

11.9.2 Unidad electrónica M3

Puede funcionar con hasta 5 sensores de humedad por espejo de los modelos siguientes: 1111H, D-2, SIM-12H, 1311DR y 1311XR. También con sensores de presión y temperatura.

Rango de medida: Depende del sensor usado. –80 ºC a +100 ºC. Punto de rocío; 0,003 % a 100 % RH.

Precisión (del conjunto): ±0,2 ºC. Punto de rocío. ±1 % de la lectura RH.

Tiempo de respuesta: Temperatura: < 7 segundos para un cambio en escalón de +25 ºC a +70ºC.

Señales de salida. Analógicas: tres 4-20 mA, 500 Ω máxima carga ó 0-5 V cc, 5 mA máxima intensidad.

Ajuste de la señal, estándar: Sensor 1111h: -40 a +60 ºC Sensor SIM-12H: -25 a +100 ºC Sensor 1311DR, 1311XR: -80 a +20 ºC. Temperatura: -40 ºC a +60 ºC Presión: 0 –2 barg ó 0 – 21 barg.

Salida digital: RS232C

Alarmas: Tres contactos SPDT, 5ª


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Malfunción: TTL compatible. También en la salida RS232C

Estado función PACER: TTL compatible. También en la salida RS232C

Displays: Tres pantallas LCD de seis dígitos.

Alimentación eléctrica: 100, 115, 230 V ca. ( +15 %, -20 %), 50 / 60 Hz. 75 W.

Temperatura ambiente: 0 – 50 ºC

Humedad relativa: 85 % máxima.

Construcción. Propósito general. Montaje sobremesa o rack.

11.10 Michell. Modelo Dewmet

11.10.1 General

Precisión: ± 2 ºC punto de rocío; ± 0,1 ºC, temperatura.

Velocidad de respuesta: 1 ºC / segundo

Sensibilidad: 0,1 ºC

Alimentación eléctrica: 90 / 260 V, 50 / 60 Hz.

11.10.2 Sensor

Principio de medida: Condensación sobre espejo

Peltier: 2 etapas

Rango (depresión óptima): 80 ºC

Rango equivalente. < 1,5 % hasta 100 % RH

Material espejo: Acero inoxidable AISI 316

Sensor de temperatura: Pt100


Caudal de muestra: 0,1 a 2 Nl/min.(Con bloque portasonda)

Velocidad de muestra. 0 a 1 metro por segundo (inserción directa)

Presión de trabajo: Máxima 250 barg

11.10.3 Unidad electrónica

Pantalla: Modelo S.D.: Una; Modelos T.D. y T.D.H : Dos

Resolución punto de rocío: 0,1 ºC

Salida analógica: 4 – 20 mA y 10 mV / ºC.

Digital: RS232 sólo en el modelo T.D.H.

Temperatura ambiente: 0 – 40 ºC

Construcción: Sobremesa o empotrado en panel


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12 Bibliografía

Process Analyzer Technology. Kenneth J. Clevett, 1986

Instrument Engineers Handbook.- Béla G. Lipták. 1982

The Design and Application of Process Analyzer Systems, Paul E. Mix, 1984

API 555. Process Analyzers.

A Guide to the Measurement of Humidity. The Institute of Measurement and Control. London. 1996.

Catálogos técnicos de Panametrics, Fluid Data, Fluidysteme, Ametek DuPont, General Eastern, Shaw, Michell, Endress + Hauser y Foxboro

Barcelona, 10.11.99 F. Velasco

agrupaciones de analizadoresinstrumentacioncontrolyul.weebly.com/.../icue-t1-1-10humedad.pdf ·...

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