umidade
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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
MEDIÇÃO DE UMIDADE
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 % PesoNitrogênio 78 75Oxigênio 21 23Argônio 1 1
Dióxido de Carbono 0,03 0,04Outros 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 MAGNUSPressão 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)
Pres
são
de s
atur
ação
(hPa
) mbar em C; em 112,6 12,243
62,17
S
TT
S
PTeP
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°CURmáx 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
MagnusRH M
agnus
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
MEDIÇÃO 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 repetibilidadeErros 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
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”.
BULBO SECO E BULBO ÚMIDO
• A Carta Psicrométrica permite o cálculo da umidade ambiente a partir destas 2 temperaturas.
BULBO SECO E BULBO ÚMIDO
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.
CONTROLE DE ELETRICIDADE ESTÁTICA
ATIVIDADETENSÃO ARMAZENADA
20% UR 80% UR
CAMINHAR EM PISO DE VINIL 12kV 250VCAMINHAR EM CARPETE 35kV 1,5kVLEVANTAR DE ALMOFADA 18kV 1,5kVPEGAR UM SACO DE POLIETILENO 20kV 600V
CONTROLE DE ELETRICIDADE ESTÁTICA
• 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
MEDIÇÃO DE UMIDADE
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 ± 1.15 - 33.6 ± 0.3 75.7 ± 0.3 98.5 ± 0.9
10 - 33.5 ± 0.2 75.7 ± 0.2 98.2 ± 0.815 - 33.3 ± 0.2 75.6 ± 0.2 97.9 ± 0.620 11.3 ± 0.3 33.1 ± 0.2 75.5 ± 0.1 97.6 ± 0.525 11.3 ± 0.3 32.8 ± 0.2 75.3 ± 0.1 97.3 ± 0.530 11.3 ± 0.2 32.4 ± 0.1 75.1 ± 0.1 97.0 ± 0.435 11.3 ± 0.2 32.1 ± 0.1 74.9 ± 0.1 96.7 ± 0.440 11.2 ± 0.2 31.6 ± 0.1 74.7 ± 0.1 96.4 ± 0.445 11.2 ± 0.2 31.1 ± 0.1 74.5 ± 0.2 96.1 ± 0.450 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
MEDIÇÃO 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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