Sensores De Humedad
Introducción:
¿Qué es la humedad?
H2O
+
Gas o Sólido
¿Para que medirla?
Automatización
Conceptos 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 %
Hr 
Pv
Psat
 100 [% ]
Ecuaciones:
Humedad relativa:
H r  100 
Pv
(1)
Psat
Se debe determinar entonces Pv y Psat.
Por aproximación de Antoine:
Psat  P 
P
T
msat
ma
m sat /  v
m sat /  v  m a /  a

  e
T 
 Presión atmosférica (aire seco + vapor de agua).
 Temperatura ambiente en ºK.
 Masa en Kg de agua en saturación.
 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 = 1.013E5Pa
Ecuaciones:
Reemplazando ,  y , se tiene:
Psat  4.969  10  e
9

3333
T  64.6
(2)
Pero existen otras aproximaciones para Psat:
 T  
Psa t    

T




Donde:
  6 .1 0 7 8  1 0
(3)
2
  7 .5
si T  0  
   2 3 7 .3
  9 .5
si T  0  
   2 6 5 .5
Ecuaciones:
Cálculo de Pv:
 Td   
Pv    

T


 d

  6 .1 0 7 8  1 0
(4)
2
  7 .5
si T  0  
   2 3 7 .3
  9 .5
si T  0  
   2 6 5 .5
Otra manera:
Pv  Psa t (T )  P   T  T h   0 .0 0 0 6 6   1  0 .0 0 1 1 5  T h 
Luego Hr queda determinada
(5)
1. Sensores por deformación.
F ib ra s se n sib le s
} X
Banda
e x te n so m étric a
R e so rte
Sensores por deformación.
Hr
Fibra
Sensible
X
Banda
Extensométrica
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]
R
Puente
Wheatstone
V
2. Bulbo húmedo y seco.
T e rm o re siste n c ia
H úmeda
T u b o C e rá m ic o
P o ro so
T e rm o re siste n c ia
Seca
E v a p o ra c ió n
S u m in istro a g u a
R e c ip ie n te
Bulbo húmedo y seco.
Hr
Bulbo
Húmedo y
Seco
Tº
Termo resistencia
(Platino)
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]
R
Puente
Wheatstone
V
3. Por condensación.
E n trad a a ire
D o n d e:
1 = R e sisten cia c alefa cto ra
2 = E sp e jo
3 = E q u ip o d e refrig e rac ió n
4 = F u e n te lu m in o sa
5 = (a y b ), fo to -re siste n cias
5a
1
3
_
2
+
4
S a lid a aire
R e g u la d o r
P o te n c ia
5b
A m p lifica d o r
(K )
Por condensación.
Termo resistencia
(Platino)
R
Puente
Wheatstone
Hr
Sistema
Refrigeración
_
Ganancia
K
Circuito
Potencia
Resistencia
Calefactor
Tº
Condensación
Espejo
+
Foto-resistencia
(a)
V'
E
_
+
V
R'
Puente
Wheatstone
Puente
Wheatstone
R
Foto-resistencia
(b)
Luz
V
Por condensación.
Características:
- Error  0.5%
- Mezcla debe ser transparente
- Rango de 0% a 100% de Hr
- Tº entre -70[ºC] y 40[ºC]
- Requiere caudal cte. de 3[m/s]
4. Sales higroscópicas.
Manto de fibra
de vidrio con
solución salina
(Cloruro de litio)
Tubo metálico
Hilo de oro #1
Termo resistencia
R
V
ac
Hilo de oro #2
Sales higroscópicas.
Cristales
Salinos
Hr
Vac
Circuito
Resistivo
Tº
Solución
Salina
Absorción
+
Evaporación
_
Cantidad de
solución
R
Alambres
de Oro
Termo resistencia
Características:
(Platino)
- Error  0.5%
- Rango de 15% a 100% de Hr
- Tº entre -45[ºC] y 90[ºC]
- Requiere cambio de solución cada 3 meses
Automatización Industrial:
R
Puente
Wheatstone
V
Sensores De Humedad
5. Electrolíticos.
Electrolisis
2 H 2O

O2  H 2
H ilo s d e P latin o
Tubo
C au d al d e g as
d e en trad a
V cc
Película Higroscópica
Pentóxido de Fósforo
C au d al d e g as
d e salid a
Electrolíticos.
Hr
Pentóxido
De Fósforo
H2O
En la película
Electrodos
i
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
Conversor
i/V
V
6. Por conductividad.
R e jilla s
D e O ro
S u p e rfic ie
L isa
Características:
- Error  1.5%
- Poco robusto
- Se ensucia rápido
- Requiere mantención
R
V cc
A
M e d id o r D e
C o rrie n te
7. Capacitivos.
M a lla C ilín d ric a
d e O ro
(P la c a 2 )
A
C 
A la m b re
C o n d u c to r
(P la c a 1 )
d
_
_
M a te ria l
H ig ro sc ó p ic o
P o ro so
_
O
+
H
H
M o m e n to
D ip o la r
E q u iv a le n te
+
+
+
_
Capacitivos.
 Hr
Material
Higroscópico

Condensador
C
Características:
- Error  0.5%
- Robustos
- Tº entre -80[ºC] y 60[ºC]
- Requiere cambio de material cada 3 meses
- Limpiar periódicamente
Puente
Wheatstone De
Condensadores
V
8. Infrarrojos.
}
F o to re siste n c ia s
F u e n te In fra rro ja 1
F u e n te In fra rro ja 2
r1
r2
P1
P2
V1 +
V2
}
P u e n te s
W h e a tsto n e
E n tra d a m u e stra
S a lid a m u e stra
A m p lific a d o r
D ife re n c ia l
K
_
V
Infrarrojos.
E  h 
hc

Donde:
- - E, energía.
- - , frecuencia.
- - , longitud de onda = 1400[m] o 1930[m]
- - h, constante de Planck = 6.6310-34Js.
Características:
- Rango de 0,05 30.000 PPM
- Tº de –85[ºC] a 40[ºC]
- Robusto
- Gas debe ser transparente, y libre de partículas
9. Piezoeléctricos.
C rista l D e
C u a rz o
H ab s
M aterial
H ig ro sc ó p ic o
M a te ria l
H ig ro sc ó p ic o
m
C rista l D e
C u a rz o
Características:
- Rango desde 0.1 PPM
-  = 1[g]   = 2000[Hz]
- Detecta variaciones de  0.1[Hz]
- Robusto
- Permite controlar con PLL
f
C o n v e rso r
f/V
V
10. Sensores para tierra.
V cc
A m p e rím e tro A
R
T ie rra
Características:
- Al cambiar la constitución de la tierra (fertilizantes),
se debe volver a calibrar el sensor
- Mediciones cortas
- No es muy confiable
- Barato
Sensores para tierra.
_
+
P la c a 2
P la c a 1
 V a ria b le
c o n H a bs
Tierra
Características:
- Al cambiar la constitución de la tierra (fertilizantes),
se debe volver a calibrar el sensor
- Mediciones indefinidas
- Más confiable
- Barato
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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