Sensores de Humedad

Sensores De Humedad*Automatización Industrial:

Samir Kouro R.9721003-9

Jaime GlaríaProfesor:Alumno:

*Esta presentación constituye un complemento gráfico para el documento “Sensores de humedad”, realizado por Samir Kouro para la asignatura de Automatización Industrial.

Automatización Industrial: Sensores De Humedad

Introducción:

¿Qué es la humedad?

¿Para que medirla?

H2O + Gas o Sólido

Automatización


Conseptos y definiciones:

- Higrometría o psicrometría- Higrómetro- Material higroscópico- Saturación de un gas- Punto de rocío- Presión de vapor parcial Pv, se mide en [N/m2]=[Pa]- Presión de vapor en saturación Psat

- Humedad absoluta Habs, se mide en [Kg/m3]- Humedad relativa Hr, se mide en %

100[%]vr

sat

PHP


Ecuaciones:

Humedad relativa:

(1)100 vr

sat

PHP

Se debe determinar entonces Pv y Psat.

Por aproximación de Antoine: /

/ /Tsat v

satsat v a a

mP P em m

P Presión atmosférica (aire seco + vapor de agua).T Temperatura ambiente en ºK.msat Masa en Kg de agua en saturación.ma Masa en Kg de aire seco.


Ecuaciones:

v Masa en Kg de una molécula de vapor de agua. a Masa en Kg de las moléculas de aire seco

(composición promedio), suponiendo que el aire seco está compuesto por 78.1% de N2, 21% de O2 y 0.9% de Ar.

, , Coeficientes que serán determinados evaluando 3 pares (T,Psat) conocidos por tablas.

P = 1.013E5Pa


Ecuaciones:

Reemplazando , y , se tiene:

33339 64.64.969 10 T

satP e (2)

Pero existen otras aproximaciones para Psat:

satTPT

Donde: 26.1078 107.5

0237.3

9.50

265.5

si T

si T

(3)


Ecuaciones:

Cálculo de Pv:

dv

d

TPT

26.1078 107.5

0237.3

9.50

265.5

si T

si T

(4)

Otra manera: ( ) 0.00066 1 0.00115v sat h hP P T P T T T (5)

Luego Hr queda determinada


Sensores:i) Sensores por deformación.

Fibras sensibles

Resorte

} X

Bandaextensométrica


Sensores:i) Sensores por deformación.

FibraSensible

Hr BandaExtensométrica

X PuenteWheatstone

R V

Características:- Error 3%- Fácil de reproducir- Poco robusto- Rango de 15% a 95% Hr

- Tº entre –20[ºC] y70[ºC]- Requiere ventilación 3[m/s]


Sensores:ii) Bulbo húmedo y seco.

TermoresistenciaSeca

TermoresistenciaHúmeda

Tubo CerámicoPoroso

Suministro agua

Recipiente

Evaporación


Sensores:ii) Bulbo húmedo y seco.

BulboHúmedo y

Seco

HrTº Termo resistencia

(Platino)

R PuenteWheatstone

V

Características:- Error 0.5%- Introduce vapor al ambiente- Rango de 0% a 100% de Hr

- Tº entre 0[ºC] y 90[ºC]- Requiere ventilación 3[m/s]


Sensores:iii) Por condensación.

ReguladorPotencia

123 Amplificador

(K)

4

5a

5b

+

_

Entrada aire

Salida aire

Donde:1 = Resistencia calefactora2 = Espejo3 = Equipo de refrigeración4 = Fuente luminosa5 = (a y b), foto-resistencias



EspejoTº Condensación

Hr

R'

Foto-resistencia(a) Luz

R Foto-resistencia(b)

GananciaK

CircuitoPotencia

SistemaRefrigeración

ResistenciaCalefactor

_

+

PuenteWheatstone

V'

PuenteWheatstone

V

_

+

E

Termo resistencia(Platino)

PuenteWheatstone

R V



Características:- Error 0.5%- Mezcla debe ser transparente- Rango de 0% a 100% de Hr

- Tº entre -70[ºC] y 40[ºC]- Requiere caudal cte. de 3[m/s]


Sensores:iv) Sales higroscópicas.

R

Manto de fibra

de vidrio con

solución salina(Cloruro de litio)

Tubo metálico

Termo resistencia

Hilo de oro #2

Hilo de oro #1

Vac


Sensores:iv) Sales higroscópicas.

VacCircuitoResistivo

Tº

Termo resistencia(Platino)

PuenteWheatstone

R V

_

+

Hr

Evaporación

CristalesSalinos

SoluciónSalina

Absorción

Cantidad desolución

Alambresde Oro

R

Características:- Error 0.5%- Rango de 15% a 100% de Hr

- Tº entre -45[ºC] y 90[ºC]- Requiere cambio de solución cada 3 meses


Sensores:v) Electrolíticos.

TuboHilos de Platino

V cc

Película HigroscópicaPentóxido de Fósforo

Caudal de gasde entrada

Caudal de gasde salida

2 2 22Electrolisis

H O O H


Sensores:v) Electrolíticos.

Hr

En la películaPentóxido

De Fósforo Electrodosi Conversor

i/VV

Características:- Error 0.5%- Rango de 0 a 1000 PPM- Sufre saturación- Requiere cambio de película cada 3 meses- No puede ser utilizado con amoniaco


Sensores:vi) Por conductividad.

RejillasDe Oro

V ccMedidor De

CorrienteA

SuperficieLisa

R

Características:- Error 1.5%- Poco robusto- Se ensucia rápido- Requiere mantención


Sensores:vii) Capacitivos.

Malla Cilíndricade Oro

(Placa 2)

AlambreConductor(Placa 1)

MaterialHigroscópico

Poroso

+ _

ACd

O

H H

_

+ +

+

__

MomentoDipolar

Equivalente


Sensores:vii) Capacitivos.

PuenteWheatstone DeCondensadores

VHrMaterial

Higroscópico

CondensadorC

Características:- Error 0.5%- Robustos- Tº entre -80[ºC] y 60[ºC]- Requiere cambio de material cada 3 meses- Limpiar periódicamente


Sensores:viii) Infrarrojos.

Entrada muestra

Fuente Infrarroja 1

Fuente Infrarroja 2

Salida muestra

r 1

r 2

K

AmplificadorDiferencial+

_

}Fotoresistencias

P 1

P 2}

PuentesWheatstone

V 1

V 2

V


Sensores:viii) Infrarrojos.

hcE h

Características:- Rango de 0,05 30.000 PPM- Tº de –85[ºC] a 40[ºC]- Robusto- Gas debe ser transparente, y libre de partículas

Donde:- - E, energía.- - , frecuencia.- - , longitud de onda = 1400[m] o 1930[m] - - h, constante de Planck = 6.6310-34Js.


Sensores:ix) Piezoeléctricos.

Cristal DeCuarzo Material

Higroscópico

MaterialHigroscópico

Cristal DeCuarzo

H absm f Conversor

f/VV

Características:- Rango desde 0.1 PPM- = 1[g] = 2000[Hz]- Detecta variaciones de 0.1[Hz] - Robusto- Permite controlar con PLL


Sensores:x) Sensores para tierra.

RAmperímetro

V cc

Tierra

A

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


Sensores:x) Sensores para tierra.

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

Placa 1

Tierra

+_

Placa 2

Variablecon H abs

TierraTierra


Técnicas de calibración:i) Por variación de masa.

ii) Por monitoreo y referencias.

iii) Por referencia de soluciones salinas.Sal 20°C / 68° F 25°C / 77° F

Sulfato de Amonio 81% Hr 80% Hr

Nitrato de Amonio 65% Hr 62% Hr

Carbonato de Potasio 44% Hr 43% Hr

Acetato de Potasio 22% Hr 22% Hr


Efectos sobre la calibración:i) Temperatura.

ii) Presión.

iii) Caudal.

iv) Contaminantes.


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


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