UNIVERSIDAD DE PAMPLONA SEDE VILLA DEL ROSARIO. FACULTAD DE INGENERIAS Y ARQUITECTURAS. PROGRAMA ING DE LOS ALIMENTOS

SENSORES DE HUMEDAD

PROFESOR: ING. Alejandro Guerrero PRECENTADO POR: Arnolfo Mrquez. SAN JOSE DE CUCUTA .

Sensores de humedad Podra decirse que la humedad juega un rol en todos los procesos industriales. El solo hecho de que la atmsfera contiene humedad hace que, por lo menos, se estudie su efecto en el almacenamiento y operacin de los distintos productos y dispositivos. El alcance que la influencia de la humedad podra tener en cualquier proceso industrial puede variar pero es esencial que al menos sea monitoreada, y en muchos casos controlada. Se puede decir que la humedad es una propiedad ms difcil de definir y medir que sus parmetros asociados como pueden ser la presin y temperatura. La medicin de la humedad es un proceso verdaderamente analtico en el cual el sensor debe estar en contacto con el ambiente de proceso a diferencia de los sensores de presin y temperatura que invariablemente se encuentran aislados del proceso por protecciones conductoras del calor o diafragmas respectivamente. Esto tiene, por supuesto, implicancias en la contaminacin y degradacin del sensor en niveles variables dependiendo de la naturaleza del ambiente.

DefinicinSensor de Humedad Mecnicos: aprovechan los cambios de dimensiones que sufren cierto tipos de materiales en presencia de la humedad. Como por ejemplo: fibras orgnicas o sintticas, el cabello humano,... Basados en sales higroscpicas: deducen el valor de la humedad en el ambiente a partir de una molcula cristalina que tiene mucha afinidad con la absorcin de agua. Por conductividad: la presencia de agua en un ambiente permite que a travs de unas rejillas de oro circule una corriente. Ya que el agua es buena conductora de corriente. Segn la medida de corriente se deduce el valor de la humedad. Capacitivos: se basan sencillamente en el cambio de la capacidad que sufre un condensador en presencia de humedad.

Precisin en la medicin de la humedad Los fabricantes y laboratorios de calibracin buscan determinar la calidad del desempeo de los dispositivos para la medicin de humedad, esto es, que tanto las especificaciones y como los datos de calibracin reflejen la operacin real de los sensores. Podemos definir la precisin de un sensor como la desviacin con respecto a un patrn de laboratorio.

Factores que afectan la precisin del sensor de humedad. Temperatura y humedad a la que fue calibrado el sensor Dependencia de la calibracin con la humedad y la temperatura, muchos sensores son no-lineales y casi todos varan con la temperatura Como afecta al sensor el envejecimiento y la velocidad de envejecimiento Que tan sensitivo es el sensor a los contaminantes Que precisin tiene el estndar usado para construir el sensor y su certificacin

Parmetros tpicos para determinar la humedad Medicin de la humedad relativa (RH) Medicin del punto de roco/escarcha (D/F PT) Partes por milln (PPM)

Las mediciones de humedad relativa puede ser hecha por sensores basados Psicometra Desplazamiento Resistivos Capacitivos Por absorcin de lquido.

Psicometra por bulbo hmedo/bulbo seco Un psicometro industrial tpico consiste de un par de termmetros elctricos acoplados, uno de los cuales opera en estado hmedo. Cuando el dispositivo funciona la evaporacin del agua enfra el termmetro humedecido, resultando una diferencia medible con la temperatura ambiente o la temperatura del bulbo seco. Cuando el bulbo hmedo alcanza sus mxima cada de temperatura la humedad puede determinarse comparando la temperatura de los dos termmetros en una tabla psicomtrica. El psicmetro provee una alta precisin en las proximidades del punto de saturacin (100% RH) y es fcil de operar y reparar, por otra parte a baja humedad relativa (menos del 20%) el desempeo es pobre y el mantenimiento debe intensificarse. No puede utilizarse a temperaturas menores de 0 y, siendo el propio psicometro una fuente de humedad, no pude utilizarse tampoco en ambientes pequeos o cerrados.

Sensores por desplazamiento Es quizs el tipo de sensor ms antiguo y de uso comn, utiliza un mecanismo para medir la expansin o contraccin de un cierto material que es proporcional a los cambios en el nivel de humedad relativa. Los materiales ms comunes el nylon y la celulosa. Las ventajas de este tipo de sensores son el bajo costo de fabricacin y es altamente inmune a la contaminacin. Las desventajas son la tendencia a la descalibracin en el tiempo y los efectos de histresis significativos.

Sensor de bloque de polmero resistivo Estn compuestos de un sustrato cermico aislante sobre el cual se deposita una grilla de electrodos. Estos electrodos se cubren con una sal sensible a la humedad embebida en una resina (polmero). La resina se recubre entonces con una capa protectiva permeable al vapor de agua. A medida que la humedad permea la capa de proteccin, el polmero resulta ionizado y estos iones se movilizan dentro de la resina. Cuando los electrodos son excitados por una corriente alterna, la impedancia de el sensor se mide y es usada para calcular el porcentaje de humedad relativa. Por su misma estructura este tipo de sensores son relativamente inmunes a la contaminacin superficial ya que no afecta su precisin aunque si el tiempo de respuesta. Debido a los valores extremadamente altos de resistencia del sensor a niveles de humedad menores que 20% es apropiado para los rangos altos de humedad.

Sensores capacitivos Los sensores capacitivos (polmero orgnico capacitivo) es diseados normalmente con platos paralelos con electrodos porosos o con filamentos entrelazados en el sustrato. El material dielctrico absorbe o elimina vapor de agua del ambiente con los cambios de el nivel de humedad. Los cambios resultantes en la constante dielctrica causa una variacin en el valor de la capacidad del dispositivo por lo que resulta una impedancia que varia con la humedad. Este tipo de sensor es especialmente apropiado para ambiente de alta temperatura porque el coeficiente de temperatura es bajo y el polmero dielctrico puede soportar altas temperaturas. Los sensores capacitivos son tambin apropiados para aplicaciones que requieran un alto grado de sensibilidad a niveles bajos de humedad, donde proveen una respuesta relativamente rpida.

Dispositivos usados para medicin del punto de roco/escarcha sensores de sal saturada de cloruro de litio xido de aluminio de espejo ptico enfriado

Sensor de sal saturada de cloruro de litio El sensor consiste de una bobina recubierta con una tela absorbente y un arrollamiento de electrodos bifilares inertes. La bobina es revestida con una solucin diluida de cloruro de litio. Una corriente alterna se hace pasar por el arrollamiento y la solucin salina causando calentamiento por efecto joule. A medida que la bobina eleva su temperatura el agua de la sal se evapora a una tasa que es controlada por la presin de vapor de agua en el aire circundante.

aplicaciones en Sensor de sal saturada de cloruro de litio Controles de refrigeracin Secadores De humificadores Monitorio de lneas se suministro de aire Equipos envasadores de pldoras

Sensores de punto de roco de xido de aluminio Un sensor de xido de aluminio tpico es un capacitor, formado por la deposicin de una capa de xido de aluminio poroso sobre un sustrato conductor que se reviste con una delgada lmina de oro. La base conductora y la lmina de oro forman los electrodos del capacitor. El vapor de agua penetra la lmina de oro y es absorbida por el xido poroso. La cantidad de molculas de agua absorbidas determina la impedancia elctrica del capacitor que a su vez resulta proporcional a la presin de vapor de agua.

Principales usosSon apropiados para medir bajos puntos de roco (-100?) y pueden operar sobre un amplio rango que abarca las aplicaciones de alta presin. Pueden utilizarse tambin para medir la humedad en lquidos y, debido al bajo consumo de potencia, son apropiados para instalaciones intrnsecamente seguras y a prueba de explosiones.

Los sensores a base de xido se usan frecuentemente en la industria petroqumica y de generacin de potencia donde los puntos de roco bajos deben monitorearse en lnea con arreglos de mltiples sensores econmicos.

Sensores resistivos Los sensores de humedad resistivos estn hechos sobre una delgada tableta de un polmero capaz de absorber agua, sobre la cual se han impreso dos contactos entrelazados de material conductor metlico o de carbn. Tiene una longitud de unos 10 mm. El parmetro que se mide es la resistencia elctrica a travs del polmero, que cambia con el contenido de agua.

Sensor capacitivo HC201 El HC201 es un sensor capacitivo pensado para uso en aplicaciones de gran escala y efectividad de costo en el control climtico de interiores.

Datos tcnicos del HC201.

Capacidad nominal (a 20 C): 200 +/20 pF Sensibilidad: 0,6pF / %RH Humedad, Rango de trabajo:10 .. 95% RH Temperatura, Rango de trabajo: -40 .. 110 C Error de linealidad (20 .. 90% RH): < +/- 2% RH

El SHT11 es un sensor integrado de humedad, calibrado en fbrica y con salida digital. La comunicacin se establece a travs de un bus serie sincrnico, usando un protocolo propio.

Las caractersticas del integrado SHT11 son.

Dos sensores: humedad relativa y temperatura Rango de medicin: Humedad relativa 0100% Precisin en humedad relativa: +/- 3% Precisin en temperatura: +/- 0,5 C a 25 C Salida calibra y salida digital (interfaz de dos lneas) Respuesta rpida: < 4 segundos

Monitoreo de Temperatura y Humedad de un Granjero con una Red Inalmbrica

Descripcin Conectando sensores de humedad y temperatura a nodos SureCross inalmbrica para monitorear los rangos de temperatura ptimas de un granero, disparando una alarma si las condiciones existentes estn fuera de dicho rango

A la izquierda, el equipo desarrollado en plena medicin. A la derecha, diagrama de bloques del equipo.

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