importÂncia & aplicaÇÕes do controle de umidade mediÇÃo de umidade

IMPORTÂNCIA & APLICAÇÕES DO

CONTROLE DE UMIDADE

MEDIÇÃO DE UMIDADE

QUALIDADE DO AR

• Cada um de nós inspira pelo menos litros de ar por dia, e passamos a maior parte do tempo em espaços fechados.

15.000

• A má qualidade do ar causa irritação da pele, mucosas e órgãos respiratórios. Provoca também dores de cabeça, fadiga e diversas doenças.

• A umidade ambiente tem papel importante na qualidade do ar. O nível ideal de umidade é entre 40 e 60% UR.

QUALIDADE DO AR

• Em alta umidade, aumenta a proliferação de bactérias e o crescimento de fungos (mofo).

• Em alta temperatura, nosso corpo sua para que a evaporação reduza sua temperatura. Se a umidade é alta, a evaporação é reduzida e o corpo gasta mais energia, causando fadiga.

• Em baixa umidade, vírus vivem mais tempo e são mais facilmente inalados com partículas de poeira.

APLICAÇÕES

Mais aplicações durante a exposição técnica ...

DEFINIÇÕES E TERMINOLOGIA


DEFINIÇÕES DE UMIDADE

• UMIDADE (HUMIDITY): Expressa o conteúdo de vapor de água em gases.

• UMIDADE (MOISTURE): Expressa a quantidade de água em um sólido ou líquido que pode ser retirada sem alterar suas propriedades químicas.

• PSICROMETRIA: Trata das propriedades termodinâmicas de gases úmidos.

• O ar é uma mistura de vários gases:

Componente % Volume % Peso

Nitrogênio 78 75

Oxigênio 21 23

Argônio 1 1

Dióxido de Carbono 0,03 0,04

Outros 0,02 0,01

“A pressão total de um gás é a soma das pressões individuais de seus componentes”

COMPOSIÇÃO DO AR

• Lei de Dalton:

PRESSÃO DE VAPOR

• A água em estado gasoso é mais um componente do ar, com uma determinada ‘Pressão de Vapor de Água’ relacionada à quantidade de água presente no ar.

• A pressão de vapor de água tem um valor máximo que depende da temperatura. Ar quente pode reter mais água.

• A ‘Pressão de Saturação de Vapor de Água’ define a máxima quantidade de água que o ar a uma dada temperatura pode conter.Acima desta ocorre condensação.

FÓRMULA DE MAGNUS

Pressão de saturação de água x Temperatura

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

900,00

1000,00

1100,00

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temperatura (°C)

Pre

ssão

de s

atu

ração

(h

Pa) mbar em C; em

112,6 12,243

62,17

S

T

T

S

PT

eP

MEDICINA E SAÚDE

• A eclosão de ovos de mosquito é facilitada em ambientes de alta temperatura e umidade.

• Unidades de tratamento de queimados são mantidas a 32°C e 95% UR.

• A alta umidade agrava os sintomas da artrite.

UMIDADE RELATIVA

• Relação percentual entre a pressão de vapor e a pressão de saturação de vapor de água.

aporÁguaSaturaçãoV

VaporÁguaR P

PU 100(%)

• Se em um sistema fechado a temperatura aumenta, a umidade relativa diminui, devido ao aumento da pressão de saturação de vapor.

• Se em um sistema fechado a pressão do ar aumenta, a umidade relativa também aumenta, devido ao aumento da pressão de vapor de água (Lei de Dalton).

T RHP RH

• Em altas pressões os gases se comportam de forma não ideal. Aplica-se um fator de correção à pressão de saturação do vapor.

UMIDADE RELATIVA

• Abaixo de 0,01°C (ponto tríplice da água), o estado estável é gelo. A pressão de saturação sobre o gelo é menor que sobre a água (“evaporação mais difícil”) .

• Como resultado, UR de 100% não é atingível para temperaturas negativas.

T 0°C -10°C -20°C -30°C -40°C

URmáx 100% 91% 83% 76% 70%

• O cálculo da UR usualmente continua sendo baseado na pressão de saturação de água.

UMIDADE RELATIVA

• É a temperatura em que o ar se torna saturado de água e esta começa a condensar.

• Na temperatura de orvalho, RH = 100%.

• Quanto menor a temperatura de orvalho, mais seco está o ar.

• É uma medida de umidade absoluta, ou seja, permanece constante em um sistema fechado mesmo que ocorram variações de temperatura.

PONTO DE ORVALHO

PONTO DE ORVALHO

• O ponto de orvalho pode ser calculado a partir da Umidade Relativa e Temperatura, usando a fórmula de Magnus e de cálculo da RH%:

T Psaturação

RH%

PVaporÁgua

TOrvalho

Magnus

RH

Magnus

PONTO DE ORVALHO

• É utilizado na supervisão de sistemas em que a condensação é um problema (exemplo: tubulações externas)

• É aplicado em medições de baixas umidades, por sua melhor resolução nesta condição. Em temperatura ambiente, uma variação de UR de 1% para 2% corresponde a uma variação de -36°C para -29°C no ponto de orvalho

• Algumas áreas de aplicação: tratamento térmico de metais, secagem de plástico, ar comprimido.

AR COMPRIMIDO

• Sistemas de ar comprimido devem produzi-lo seco, sem óleo e sem partículas sólidas. Em algumas aplicações o ar deve ter ponto de orvalho de -70°C, que equivale a umidade relativa de 0,02% em temperatura ambiente.

UMIDADE ABSOLUTA

• Mede a massa de água em gramas contida em 1m3 de ar úmido.

• Calculada a partir da Temperatura e da Pressão de Vapor de Água:

3g em mbar, em C, em

15,2737,216

mUPT

T

PU

AVaporÁgua

VaporÁguaA

OUTRAS GRANDEZAS

• Razão de umidade.

• Umidade específica.

• Fração molar.

• Atividade de água.

• Temperatura de bulbo úmido.

• Entalpia específica.

AGRO-INDÚSTRIA

• Exportador de café aufere mais receita em exportações para o Japão quando a carga é monitorada por data logger de temperatura e umidade.

• O grão de arroz deve ser estocado seco, com umidade de 14 a 22%, para manter baixa a atividade de água, responsável pela proliferação de fungos e bactérias, que pode causar até mesmo incêndios.

REQUISITOS DE MEDIDORES DE UMIDADE


REQUISITOS CRÍTICOS

• Compatibilidade com o meio

• Precisão

• Faixa de operação (umidade e temperatura)

São críticos em medição de umidade os seguintes requisitos:

COMPATIBILIDADE COM MEIO

• Contaminação químicaFontes típicas de problemas: Amônia, Acetona, Etanol

Os sensores de umidade não podem ser totalmente encapsulados. A parte ativa do sensor deve estar em contato com o meio. Principais problemas:

• Limites de pressãoSeleção do sensor e sua forma de montagem

• Tolerância à condensaçãoAlguns sensores de umidade não podem ser molhados (?!?)

AGRO-INDÚSTRIA

• Incubação em aviários tem sua condição ideal a 37°C e 60% UR. Em baixa umidade os pintos nascem mutilados por não conseguir se desprender do ovo.

• Os vapores de Amônia derivados dos excrementos de aves são altamente prejudiciais aos circuitos eletrônicos, e poucos sensores resistem neste ambiente.

FAIXA DE OPERAÇÃO

• Limites combinados de temperatura x umidadeNem sempre todas as combinações extremas são permitidas

• Limites de pressãoSeleção do sensor e sua forma de montagem

• Limites de temperatura e umidadeExtremos típicos: -40 a 120°C, 0 a 100%RH

ALIMENTOS

• O processo de cozimento de pães e biscoitos requer controle da temperatura e umidade para garantir a qualidade. A alta temperatura (300°C) impõe dificuldades na medição.

PRECISÃO

• Precisão diferente para diferentes valores de umidade

Cuidado com informações incompletas. Geralmente é dado apenas um número para a precisão, o que não é o suficiente. Medidores de umidade têm várias fontes de imprecisão significativas:

• Erro por variação da temperatura do sensor

• Erro por variação da temperatura da eletrônica

Além de erros menores por histerese e repetibilidade

Erros de 2% em um ponto e 5% em uma faixa ampla de operação é muito bom para UR

ALIMENTOS

• Sal deve ser conservado em umidade abaixo de 75%.

• O chocolate quando exposto a umidade não controlada muda de sabor e memo ao retornar ao ambiente seco tem sua aparência alterada, ficando com manchas brancas.

• Açúcar deve ser conservado em umidade abaixo de 65%. Açúcar refinado para exportação deve ter no máximo 0,04% de umidade.

MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE UMIDADE


POR SECAGEM

• Umidade determinada pela diferença de peso antes e após a secagem.

• Resultado depende da temperatura escolhida, pois níveis diferentes de energia térmica são necessários para liberar a água de suas diferentes ligações com a amostra.

• Secagem termina quando o peso da amostra deixa de variar ou se sua temperatura se eleva subitamente (fim da evaporação).

• Útil como método de comparação entre amostras de um mesmo produto.

AGRO-INDÚSTRIA

• Produção leiteira depende fortemente do micro-clima em qua as vacas repousam, especialmente da temperatura e umidade.

• Gado de corte no Japão é confinado em ambiente climatizado com música, comem cevada e recebem massagem.

ESPELHO RESFRIADO

• Uma superfície espelhada exposta ao gás a ser medido é resfriada até que ocorra condensação.

• Um sistema ótico detecta a condensação e regula a intensidade do resfriamento para manter fina a camada de condensação.

• Um sensor mede a temperatura do espelho nesta condição, que corresponde à temperatura de orvalho da amostra.

• Método muito preciso, utilizado tipicamente em laboratório como referência de calibração.

• Pouco tolerante a poeira e outras contaminações.

ESPELHO RESFRIADO

• Equipamento não portátil.

BULBO SECO E BULBO ÚMIDO

• A água evapora mesmo à temperatura ambiente. A energia necessária à evaporação vem da própria água, que conseqüentemente esfria.

• Se um termômetro mede a temperatura em um tecido molhado submetido a uma corrente de ar, sua leitura será inferior à temperatura ambiente e se denomina “Temperatura de Bulbo Úmido”.

• Um segundo termômetro mede a temperatura do ar, denominada “Temperatura de Bulbo Seco”.


• A Carta Psicrométrica permite o cálculo da umidade ambiente a partir destas 2 temperaturas.


Medida pouco precisa:

• Em baixa umidade, a diferença entre as temperaturas chega a 15°C, causando demora na estabilização.

• Erro de 0,5°C na leitura da temperatura do bulbo úmido pode resultar em erro de 10% na umidade relativa.

• Forte dependência da calibração dos termômetros.

• Pouco prático: Requer circulação de ar e reposição da água que mantém o bulbo úmido.

CONTROLE DE ELETRICIDADE ESTÁTICA

• O ar úmido contribui na dissipação de cargas eletrostáticas pelo aumento da condutividade de superfícies devido ao acúmulo de umidade.

• Umidade entre 40% e 60% é adequada tanto para reduzir o efeito das descargas eletrostáticas quanto prevenir corrosão.

• Descargas eletrostáticas são prejudiciais para componentes eletrônicos e perigosas em áreas industriais com risco de explosão.


ATIVIDADETENSÃO ARMAZENADA

20% UR 80% UR

CAMINHAR EM PISO DE VINIL 12kV 250V

CAMINHAR EM CARPETE 35kV 1,5kV

LEVANTAR DE ALMOFADA 18kV 1,5kV

PEGAR UM SACO DE POLIETILENO 20kV 600V


• Na produção de micro-fibras sintéticas a umidade baixa demais facilita a geração de eletricidade estática que, por sua vez provoca incêndios .

CONDUTIVIDADE TÉRMICA

• Composto por 2 termistores. Um é selado em uma atmosfera de Nitrogênio seco e o outro exposto ao ar.

• A mesma corrente circula por ambos os termistores, elevando sua temperatura para a faixa de 200°C.

• O termistor exposto ao ar úmido fica mais frio pela maior condutividade térmica da água.

• A diferença entre as resistências dos 2 termistores é proporcional à Umidade Absoluta.

CONDUTIVIDADE TÉRMICA

• Aplicado em altas temperaturas (300°C).

• Boa resistência a atmosferas agressivas.

• Apresenta erros se o gás em medição tem propriedades térmicas diferentes do Nitrogênio.

• Apresenta erro quando ocorre variação da temperatura.

ABSORÇÃO DE LYMAN-ALFA

• Baseado na geração de radiação ultra-violeta e absorção desta pelo vapor de água presente no espaço entre o emissor e o receptor.

• Aplicado principalmente em climatologia e aviônica.

• Tempo de resposta pequeno (ms).

RF E MICROONDAS

• Aplicado na medição de quantidade de água em sólidos não condutivos.

• Baseado na variação de absorção da energia eletromagnética (50 a 1300MHz) causada pela grande diferença entre a constante dielétrica da água e de materiais secos.

• Permite a detecção de baixíssimas concentrações de água (<50ppm).

• Amostra do material deve ser condicionada e inserida em uma câmara com eletrodos.

INFRA-VERMELHO (NIR)

NIR – Near Infrared

• A água absorve a luz de determinados comprimentos de onda próximas ao infravermelho (1450, 1950 e 3000nm).

• Luz em vários comprimentos de onda é emitida, e dois receptores medem a luz refletida pelo material em análise (sólido).

• Um receptor mede em comprimento de onda não absorvido pela água e o outro em comprimento de onda absorvido pela água.

INFRA-VERMELHO (NIR)

• O conteúdo de água do material é calculado a partir destas 2 medidas.

• Permite medição “On-Line” de umidade em uma esteira transportadora de grãos, pó ou folhas.

LASER TDL

• Baseia-se em princípio semelhante ao NIR, aplicado à medida de umidade em gases.

• Um diodo laser sintonizável (TDL) emite luz em diferentes comprimentos de onda próximos a um comprimento de onda absorvido pela água.

• Após atravessar a amostra gasosa, a luz é medida por um detector, que calcula a quantidade de água misturada no gás.

• Permite monitoração “On-Line” em dutos.

COURO

• O excesso ou a falta de umidade no couro provocam alterações na densidade, superfície, flexibilidade e elasticidade.

• Ao ser armazenado nos curtumes, deve ser estocado em locais em que a Umidade Relativa do Ar esteja em torno de 60%, com isso, a umidade do couro ficará entre 16% e 17%, nível aceito como ideal para manter suas propriedades físicas estáveis e prevenir o surgimento de fungos.

SENSOR DE CLORETO DE LÍTIO

• Aplicado na medição direta do ponto de orvalho.

• Tecido impregnado com cloreto de lítio aquece por circulação de corrente. A evaporação da umidade causa aumento da resistência e conseqüente redução do aquecimento e evaporação. Quando o equilíbrio é atingido, a temperatura medida pelo sensor corresponde à temperatura de orvalho.

• Resposta lenta, não opera para UR<12%.

SENSOR CAPACITIVO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO

• Aplicado na medição de umidade em gases e hidrocarbonetos líquidos.

• Baseado na variação da capacitância causado pela penetração de moléculas de água nos poros do dielétrico formado por óxido de Alumínio.

• Insensível às grandes moléculas dos hidrocarbonetos, permite a medição da quantidade de água nestes líquidos.

CONSERVAÇÃO

• Em museus, o ambiente ideal deve estar a 20°C e 50%UR.

• Negativos e Slides fotográficos têm a condição ótima de conservação a –18°C e 30% UR.

• Livros e documentos são melhor conservados a 18°C e 50% UR.

SENSOR RESISTIVO

• Medem a variação de impedância de um sal ou polímero condutivo. Excitação em corrente alternada.

• Impedância medida reduz com o aumento da umidade relativa (relação exponencial).

• Boa resistência química.

SENSOR RESISTIVO

• Impedância do sensor sensível também a variações na temperatura.

• Muitos modelos não toleram condensação, limitando sua aplicação em alta umidade.

• Aplicação freqüente em equipamentos de medição de umidade relativa ambiente de baixo custo.

• Alto valor da impedância limita a aplicação em baixas umidades.

SENSOR CAPACITIVO TIPO POLÍMERO

• Baseado na variação das propriedades dielétricas de um polímero sólido em função da variação da umidade relativa.

• Relação UR x Capacitância não é linear. Capacitância cresce com o aumento da UR.

• Aplicados de 0 a 100%UR e resistentes à condensação.

SENSOR CAPACITIVO TIPO POLÍMERO

• Ampla faixa de temperatura: -50 a +120°C, podendo alguns modelos operar a 200°C.

• Boa resistência química.

• Alguns modelos incorporam circuito eletrônico que condiciona o sinal do sensor.

• Modelos de maior qualidade apresentam excelente estabilidade e precisão.

SECAGEM

• O processo de secagem de tijolos e cerâmicas exige sua exposição progressiva a níveis decrescentes de umidade e crescentes de temperatura, para garantir sua resistência, aparência e dimensões.

• No processo de produção de plástico, secadores precisam operar com ponto de orvalho de até -40°C.

• Fornos de secagem com monitoração da umidade podem interromper o aquecimento automaticamente quando a umidade desejada é atingida, reduzindo o consumo de energia.

AMOSTRAGEM DE GÁS EM MEDIÇÃO DE UMIDADE

• Aplicado quando o gás a ser medido é contaminado e esta contaminação pode ser filtrada ou quando a pressão e/ou temperatura estão fora da faixa admitida pelo sensor.

• Se o ponto de orvalho da amostra é superior a temperatura ambiente, linha de amostragem e sensor de umidade devem ser aquecidos para evitar condensação.

PADRÕES DE CALIBRAÇÃO DE HIGRÔMETROS


PADRÕES DE UMIDADE

• PADRÕES PRIMÁRIOS: Se baseiam em princípios fundamentais: Higrômetro Gravimétrico, Gerador de 2 pressões, Gerador de 2 temperaturas, Gerador de 2 vazões.

• Podem ser sistemas de medição de umidade ou de geração de atmosferas com umidade conhecida.

• PADRÕES DE TRANSFERÊNCIA: Se baseiam em princípios fundamentais, com menor precisão: Espelho resfriado, Psicrômetro.

PADRÕES DE UMIDADE

• PADRÕES SECUNDÁRIOS: Não se baseiam em princípios fundamentais.Precisam ser calibrados a partir de um padrão primário ou de transferência: Sensor resistivo, Óxido de Alumínio e principalmente Capacitivos com Polímero dielétrico.

PADRÕES DE UMIDADE

• SOLUÇÕES SALINAS: Atmosfera com umidade relativa conhecida é gerada no espaço com ar acima de uma solução salina em água.

• Método simples e largamente empregado na calibração de instrumentos de umidade, tanto em laboratório como no campo.

• Tipicamente são utilizados duas soluções diferentes para a calibração de um instrumento. Uma de baixa e outra de alta umidade.

INFORMÁTICA E LABORATÓRIOS

• Laboratórios de metrologia dimensional exigem tipicamente temperatura de 20°C ±0,3°C e umidade de 60% ± 10%UR.

• Salas com computadores devem estar preferencialmente a 23°C e 50% UR.

TABELA DE GREENSPAN

Temp (°C) LiCl (UR%) MgCl2 (UR%) NaCl (UR%) K2SO4 (UR%)

0 - 33.7 ± 0.3 75.5 ± 0.3 98.8 ± 1.1

5 - 33.6 ± 0.3 75.7 ± 0.3 98.5 ± 0.9

10 - 33.5 ± 0.2 75.7 ± 0.2 98.2 ± 0.8

15 - 33.3 ± 0.2 75.6 ± 0.2 97.9 ± 0.6

20 11.3 ± 0.3 33.1 ± 0.2 75.5 ± 0.1 97.6 ± 0.5

25 11.3 ± 0.3 32.8 ± 0.2 75.3 ± 0.1 97.3 ± 0.5

30 11.3 ± 0.2 32.4 ± 0.1 75.1 ± 0.1 97.0 ± 0.4

35 11.3 ± 0.2 32.1 ± 0.1 74.9 ± 0.1 96.7 ± 0.4

40 11.2 ± 0.2 31.6 ± 0.1 74.7 ± 0.1 96.4 ± 0.4

45 11.2 ± 0.2 31.1 ± 0.1 74.5 ± 0.2 96.1 ± 0.4

50 11.1 ± 0.2 30.5 ± 0.1 74.4 ± 0.2 95.8 ± 0.5

PRECISÃO

• Fabricantes usualmente indicam a precisão do sensor ou instrumento de umidade a uma dada temperatura (tipicamente 25°C).

• A aferição em laboratório é tipicamente também realizada em uma única temperatura.

• No processo, as condições de temperatura e umidade muitas vezes se afastam da condição de aferição, resultando em erros não previstos.

• A estabilidade da calibração ao longo do tempo pode ser afetada pela atmosfera do sistema.

PRECISÃO

• Padrões de transferência têm incertezas da ordem de 1% de UR, e padrões secundários de 1,5% de UR.

• Todos estes fatores combinados resultam em precisão final entre 2 e 5% para os medidores de umidade de boa qualidade.

PROCESSOS INDUSTRIAIS

Processo Temperatura (ºC) UR (%)

Óptica Polimento de lentes 27 80 Fotográfica Fabricação de filmes

Revelação de filmes 23-24 21-24

40-65 60

Cervejaria Fabricação de cerveja 4-8 50-70 Couro Curtido Vegetal

Curtido ao Cromo Armazenagem

21 49

10-16

75 75

40-60 Farmacêutica Fabricação de remédio 21-27 10-50

Cristal Corte Sala de laminação de polivinil

21-24 13

40-60 15

Mecânica Usinagem de engrenagem 24-27 50-60 Fumo Fabricação de cigarro 21-27 55-65

Têxtil (algodão) Cardagem Fiação

24-27 24-27

50-60 50-60

PRODUTOS NOVUSPARA MEDIÇÃO &

CONTROLE DE UMIDADE


RHT-WM & RHT-DM

• Para aplicações em parede ou duto. Saídas em tensão, corrente ou Modbus.

• Sensor capacitivo de alta qualidade. Operação de-40 a 120°C, 0 a 100%UR

RHT-RM

• Para aplicações em conforto ambiental. Saídas em tensão, corrente ou Modbus.

DATA LOGGER PINGÜIM

Data logger portátil para temperatura e umidade

DATA LOGGER PINGÜIM

• Faixa de aplicação: -40 a 85°C,

0 a 100%UR.

• Interface de comunicação por infra-vermelho com PC ou Palm. Alcance até 1m.

• Alojamento resistente à água. IP65.

FIELD LOGGER & WS10

• Data Logger para 8 canais com comunicação Modbus.

• Módulo de aquisição de dados com Ethernet.Servidor HTML, Envio de e-mail, Data Logger, Telemetria por Celular.

INDICADORES & CONTROLADORES

• Indicadores e controladores para umidade, temperatura e demais variáveis de processo.

CONFIGURADOR TxConfig

• Configuração dos modelos com saída em corrente ou tensão.

• Comunicação RS232.

CONFIGURADOR DigiConfig

• Configuração dos modelos com comunicação Modbus

FIM

OBRIGADO !

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