10-15 TRANSDUCTORES DE HUMEDAD
Hay
muchas operaciones industriales que deben ejecutarse bajo condiciones de
contenido de humedad específica y controlada. En algunos casos es de importancia
la humedad contenida en el aire ambiental; en otros, la humedad contenida en el
producto mismo es más importante para el éxito del proceso industrial.
Analizaremos dos métodos comunes de medición del contenido de humedad del aire
ambiental, y un método de medición del contenido de humedad de un producto
laminado. La escala más común de medición del contenido de humedad del aire es
la escala de humedad relativa (RH,
por el inglés relative humidity). Formalmente, la humedad relativa es la
relación de vapor de agua (humedad) presente en el aire con la cantidad máxima
posible de vapor de agua que puede contener el aire.
1 0-1 5-1
Higrómetros resistivos
Un
higrómetro resistivo es un elemento cuya resistencia cambia con los cambios en
la humedad relativa del aire en contacto con el elemento. Los higrómetros
resistivos generalmente consisten en dos electrodos de cinta metálica en una
forma de plástico. Los electrodos no se tocan, y están aislados eléctricamente
entre ellos por la forma de plástico. Se usa entonces una solución de cloruro
de litio para recubrir por completo todo el dispositivo. Esta construcción se
ilustra en la figura 10—44(a).
A medida que la humedad relativa del aire circundante aumenta, la película de
cloruro de litio absorbe más vapor de agua del aire. Esto hace que su
resistencia disminuya marcadamente. Debido a que la película de cloruro de
litio está en contacto íntimo con los dos electrodos metálicos, la resistencia
entre las terminales de los electrodos también disminuye marcadamente. La
resistencia entre las terminales puede relacionarse entonces con la humedad
relativa. Una curva característica de resistencia contra humedad relativa para
un higrómetro resistivo se muestra en la figura 10—44(b).
Los transductores de higrómetro resistivo no pueden usarse a través del rango
completo de humedades relativas (de 0% a 100%). La mayoría de ellos tienen un
límite superior seguro de operación de un 90% de RH. La exposición al aire con
una humedad relativa mayor a 90% puede dar como resultado una excesiva
absorción de agua de la película de cloruro de litio. Una vez que esto ocurre,
las características de resistencia del higrómetro se alteran de manera
permanente.
10-15-2 Sicrómetros
Un
sicrómetro es un dispositivo de medición de la humedad relativa que tiene dos
transductores de temperatura (termómetros). Uno de los termómetros mide la
temperatura (le un elemento que sencillamente esta en el aire ambiental. Este
elemento se llama bulbo seco. EI segundo termometro mide la temperatura
de un elemento que esta rodeado de un material fibroso saturado de agua pura
Este elemento se llama bulbo humedo. El aire ambiental es forzado para
que pase sobre el bulbo seco y el bulbo húmedo mediante un ventilador de algún
tipo. Este arreglo se muestra en
la figura 10--45(a).
Los transductores de temperatura mostrados en la figura 10--45(a)
son RTD de alambre de platino. El bulbo seco permanece a la temperatura del
aire ambiental que fluye, por lo que la temperatura del bulbo seco es sencillamente igual a la temperatura ambiental, sin importar su humedad. El bulbo húmedo, sin embargo,
es más frío que el bulbo seco, debido a la evaporación del agua contenida por
el material fibroso que rodea al bulbo húmedo. A mayor razón de evaporación del
agua, mayor el efecto de enfriamiento en el bulbo húmedo, y menor la lectura de
temperatura del bulbo húmedo. La razón de evaporación depende de la humedad
relativa del aire en movimiento. Si el aire está seco (baja humedad relativa),
la razón de evaporación será grande, y el bulbo húmedo estará mucho más frío
que el bulbo seco. Si el aire es húmedo (humedad relativa alta), la razón de
evaporación no será tan grande, y el bulbo húmedo estará sólo ligeramente más
frío que el bulbo seco. La diferencia
entre las temperaturas, por tanto, es una indicación de la humedad
relativa del aire.
Para entender por qué la razón de evaporación del agua contenida por el
material fibroso depende de la humedad relativa, piense en el asunto de esta
manera: si el aire ambiental estuviera a una humedad relativa de 100%, no sería
capaz de absorber más agua, pues ya estaría saturado. Por tanto, el agua no se
evaporaría del material fibroso. Es fácil razonar hacia atrás a partir de esta
condición extrema para comprender que entre más seco esté el aire, mejor
capacidad tendrá para aceptar agua extra (causando evaporación).
Por tanto, a menor humedad relativa, mayor será la velocidad de evaporación del
agua del material fibroso.
El porcentaje de humedad relativa puede leerse de una tabla de sincrómetro
conociendo dos cosas:
1. La temperatura del bulbo seco.
2. La diferencia de temperatura entre los dos bulbos.
En la figura 10—45(b) se presenta una tabla de
sicrómetro abreviada de este tipo. En los manuales de los sicrómetros están
disponibles tablas de sicrómetro más precisas, graduadas en intervalos de
0.5°F.
El sicrómetro puede usarse para tomar lecturas manuales del porcentaje de
humedad relativa, o puede usarse en una aplicación de control para mantener
automáticamente una cierta humedad deseada. En el capítulo 15 se explorará un
sistema de control de humedad automático que usa un sicrómetro.
Diferencia entre las temperaturas del bulbo seco el húmedo
|
|
1 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
40 |
92 |
60 |
—
|
—
|
—
|
—
|
|
50 |
93 |
68 |
38 |
¡2 |
—
|
—
|
|
60 |
94 |
73 |
49 |
26 |
6 |
—
|
|
70 |
95 |
77 |
55 |
37 |
20 |
3 |
|
80 |
96 |
79 |
61 |
44 |
29 |
16 |
|
90 |
96 |
81 |
65 |
50 |
36 |
24 |
|
100
|
96 |
83 |
68 |
54 |
42 |
31 |
10-15-3 Detección de
condiciones de humedad en un material sólido
Los
higrómetros y los sicrómetros son dispositivos capaces de medir el contenido de
humedad del aire expresado en una escala universalmente aceptada, la escala de
humedad relativa. Con los datos de calibración adecuados, pueden medir la
humedad relativa de cualquier mezcla de gases (no sólo aire) en esta escala
bien conocida. A veces, sin embargo, no es importante conocer el contenido de
humedad según se expresa en alguna escala científica universal. A veces sólo es
importante conocer si el contenido de humedad esta por encima o por debajo de
un cierto contenido de humedad deseado, o contenido de referencia. Esto
es especialmente cierto en
las situaciones industriales en
las que debe manipularse y procesarse una tira continua de material (textiles,
etc.). Cuando todo lo que se necesita es el contenido de humedad de una tira
sólida de material en relación con algún contenido de referencia, el método
común de medición se muestra en la figura 10--46(a). En esta figura. la tira de
material es pasada entre dos rodillos que hacen contacto con lados opuestos de
la tira. Cada rodillo tiene una Terminal de alambre conectada a su soporte de
cojinete estacionario. La resistencia medida entre las terminales entonces es
una indicación del contenido de humedad del material en cuestión. Prácticamente
todos los materiales tendrán una resistencia baja al estar húmedos y una
resistencia mas alta al estar secos. El usuario determina la resistencia en los
conductores cuando el material tiene un contenido optimo de humedad a sus
propósitos. El sisteimia entonces detecta cualquier desviación de esa
resistencia e intenta corregir esa desviación.
Un circuito de detección de variaciones de humedad/resistencia es el conocido puente de Wheatstone dibujado
en la figura 10—46(b). Suponga que la resistencia del material
Rmat es de 3250 ohms cuando el
contenido de humedad es el correcto. El
puente puede construirse con R1=
3250 entonces, si el material tuviera el contenido adecuado de humedad. R sería
igual a 3250 ohms. el puente estaría balanceado. Vsalida sería igual a
0. Si el contenido de humedad cambiara por algún error en el sistema, el puente
saldría de balance. La magnitud de Vsalida indicaría la dirección de la desviación
entre la condición real y la condición deseada, y la polaridad de Vsalida indicaría
la cantidad de desviación. La señal Vsalida
podría entonces ser aplicada a alguna clase de controlador para
restaurar el contenido de humedad al nivel adecuado.
En este tipo de aplicación de control no se toma por sí misma ninguna medición.
Es decir, no hay un resultado de medición que pueda ser expresado en una escala universal de medición.
Simplemente ha una comparación de la condición actual de humedad con una
condición deseada de humedad, y no se hace ningún intento por expresar estas
condiciones de humedad en una escala numérica.