sensores de humedad * automatización industrial: samir kouro r. 9721003-9 jaime glaríaprofesor:...
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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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
PH
P
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Ecuaciones:
Humedad relativa:
(1)100 vr
sat
PH
P
Se debe determinar entonces Pv y Psat.
Por aproximación de Antoine: /
/ /Tsat v
satsat v a a
mP P e
m 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.
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Ecuaciones:
Reemplazando , y , se tiene:
33339 64.64.969 10 T
satP e (2)
Pero existen otras aproximaciones para Psat:
sat
TP
T
Donde: 26.1078 10
7.50
237.3
9.50
265.5
si T
si T
(3)
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Ecuaciones:
Cálculo de Pv:
dv
d
TP
T
26.1078 10
7.50
237.3
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:i) Sensores por deformación.
Fibras sensibles
Resorte
} X
Bandaextensométrica
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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]
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:ii) Bulbo húmedo y seco.
TermoresistenciaSeca
TermoresistenciaHúmeda
Tubo CerámicoPoroso
Suministro agua
Recipiente
Evaporación
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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]
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:iii) Por condensación.
ReguladorPotencia
1
23Amplificador
(K)
4
5a
5b
+
_
Entrada aire
Salida aire
Donde:1 = Resistencia calefactora2 = Espejo3 = Equipo de refrigeración4 = Fuente luminosa5 = (a y b), foto-resistencias
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:iii) Por condensación.
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:iii) 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]
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:v) Electrolíticos.
Tubo
Hilos de Platino
V cc
Película HigroscópicaPentóxido de Fósforo
Caudal de gasde entrada
Caudal de gasde salida
2 2 22Electrolisis
H O O H
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:v) Electrolíticos.
Hr
En la películaPentóxido
De FósforoElectrodos
i Conversori/V
V
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:vi) Por conductividad.
RejillasDe Oro
V ccMedidor De
CorrienteA
SuperficieLisa
R
Características:- Error 1.5%- Poco robusto- Se ensucia rápido- Requiere mantención
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:vii) Capacitivos.
Malla Cilíndricade Oro
(Placa 2)
AlambreConductor(Placa 1)
MaterialHigroscópico
Poroso
+ _
AC
d
O
H H
_
+ +
+
_
_
MomentoDipolar
Equivalente
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Sensores:vii) Capacitivos.
PuenteWheatstone DeCondensadores
VHrMaterial
Higroscópico
Condensador
C
Características:- Error 0.5%- Robustos- Tº entre -80[ºC] y 60[ºC]- Requiere cambio de material cada 3 meses- Limpiar periódicamente
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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.
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
Efectos sobre la calibración:i) Temperatura.
ii) Presión.
iii) Caudal.
iv) Contaminantes.
Automatización Industrial: Sensores De Humedad
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