Sensor de Humedad

Sensor de Humedad Concepto: Un sensor de humedad es un dispositivo que mide la humedad relativa en un área dada. Un sensor de humedad puede ser utilizado tanto en interiores como en exteriores. Los sensores de humedad están disponibles en formas tanto analógicas como digitales..

Los sensores de humedad se aplican para detectar el nivel de líquido en un depósito, o en sistemas de riego de jardines para detectar cuándo las plantas necesitan riego y cuándo no. Permiten medir la temperatura de punto de rocío, humedad absoluta y relación de mezcla.

Cómo funcionan los sensores analógicos de humedad

Un sensor analógico de humedad mide la humedad del aire relativo usando un sistema basado en un condensador. El sensor está hecho de una película generalmente de vidrio o de cerámica. El material aislante que absorbe el agua está hecho de un polímero que toma y libera el agua basándose en la humedad relativa de la zona dada. Esto cambia el nivel de carga en el condensador del circuito en el cuadro eléctrico.

Cómo funciona un sensor digital de humedad

Un sensor digital de humedad funciona a través de dos micro-sensores que se calibran a la humedad relativa de la zona dada. Estos se convierten luego en el formato digital a través de un proceso de conversión de analógico a digital que se realiza mediante un chip situado en el mismo circuito. Un sistema basado en una máquina hecha de electrodos con polímeros es lo que constituye la capacitancia del sensor. Esto protege el sensor del panel frontal del usuario (interfaz).

Precisión en la medición de la humedad

Los fabricantes y laboratorios de calibración buscan determinar la calidad del desempeño de los dispositivos para la medición de humedad, esto es, que tanto las especificaciones y como los datos de calibración reflejen la operación real de los sensores.Podemos definir la precisión de un sensor como la desviación con respecto a un patrón de laboratorio. Esta característica es afectada por los siguientes factores:

Factores

• Temperatura y humedad a la que fue calibrado el sensor
• Dependencia de la calibración con la humedad y la temperatura, muchos sensores son no-lineales y casi todos varían con la temperatura
• Como afecta al sensor el envejecimiento y la velocidad de envejecimiento
• Que tan sensitivo es el sensor a los contaminantes
• Que precisión tiene el estándar usado para construir el sensor y su certificación

A causa de estas variaciones es de notar que una declaración de una precisión ±1% es poco representativa del desempeño efectivo en el ámbito de operación del sensor. Por ejemplo un sensor con una precisión especificada de fábrica del ±1% podría, después de operar durante 6 meses, caer hasta una precisión de ±6% mientras que otro sensor con una precisión de fábrica de ±2% podría, luego de operar 6 meses en la misma aplicación, tener una precisión del ±2%.

Parámetros típicos para determinar la humedad

Medición de la humedad relativa (RH)

La medición de la humedad relativa consiste en la relación entre la presión parcial del vapor de agua en el gas de que se trate y la presión de saturación del vapor, a una temperatura dada. Por lo tanto la humedad relativa es función de la temperatura. La medición es expresada como un porcentaje. La humedad relativa es un parámetro utilizado principalmente en aplicaciones ambientales (ej. acondicionamiento de aire) o mediciones meteorológicas ya que impacta directamente en el confort humano. Cuando los niveles de humedad relativa son bajos puede producirse electricidad estática que dañe al equipamiento electrónico.

Medición del punto de rocío/escarcha (D/F PT)

El punto de rocío es la temperatura, por sobre los 0° grados, al cual el vapor de agua presente en el gas condensa. El punto de escarcha es la temperatura, por debajo de 0° grados, a la cual el vapor se cristaliza en hielo. El punto D/F PT es función de la presión del gas pero independiente de su temperatura, y por lo tanto se lo considera una magnitud fundamental. Los puntos de rocío y escarcha son utilizados cuando la sequedad de un gas es relevante, esto es en procesos en los que debe evitarse la condensación de el vapor de agua a bajas temperaturas. El punto de rocío se usa también como un indicador del contenido de vapor de agua en procesos de alta temperatura como el secado industrial.

Partes por millón (PPM)

Expresión del contenido de vapor de agua por fracción de volumen (PPMv) o, si es multiplicado por la relación entre el peso molecular del agua y el aire como PPMw. Este parámetro es más dificultoso de conceptualizar porque está fuera del alcance del cuerpo humano detectar los cambios de esta magnitud en la atmósfera. Este término y los asociados como pueden ser: El termino PPM u otrs asociados como la relación de mezcla, el porcentaje de volumen y la humedad específica, se utilizan cuando el vapor de agua es una impureza o un componente definido en una mezcla de gases que participa de un proceso industrial. Un ejemplo práctico de su aplicación son los gases de uso medicinal, como pueden ser el óxido nitroso, dióxido de carbono y oxígeno cuando son utilizados en operaciones quirúrgicas que deben tener un contenido de humedad menor a 60ppm.

Consideración de los distintos tipos de sensor y sus aplicaciones

No existe un tecnología de medición que sea apropiada para todas las aplicaciones. Algunas de las tecnologías típicamente usadas son:

Técnicas para la medición de humedad relativa

Las mediciones de humedad relativa puede ser hecha por sensores basados en: psicometría, desplazamiento, resistivos, capacitivos y por absorción de líquido. Algunos de los cuales describimos.

• Psicometría por bulbo húmedo/bulbo seco: La psicometría desde hace tiempo es uno de los métodos más populares para el monitoreo de la humedad debido a su simplicidad e inherente bajo costo. Un psicometro industrial típico consiste de un par de termómetros eléctricos acoplados, uno de los cuales opera en estado húmedo. Cuando el dispositivo funciona la evaporación del agua enfría el termómetro humedecido, resultando una diferencia medible con la temperatura ambiente o la temperatura del bulbo seco. Cuando el bulbo húmedo alcanza sus máxima caída de temperatura la humedad puede determinarse comparando la temperatura de los dos termómetros en una tabla psicométrica.

El psicómetro provee una alta precisión en las proximidades del punto de saturación (100% RH) y es fácil de operar y reparar, por otra parte a baja humedad relativa (menos del 20%) el desempeño es pobre y el mantenimiento debe intensificarse. No puede utilizarse a temperaturas menores de 0° y, siendo el propio psicometro una fuente de humedad, no pude utilizarse tampoco en ambientes pequeños o cerrados. Los psicómetros son utilizados típicamente para control ambiental en recintos.

• Sensores por desplazamiento: Es quizás el tipo de sensor más antiguo y de uso común, utiliza un mecanismo para medir la expansión o contracción de un cierto material que es proporcional a los cambios en el nivel de humedad relativa. Los materiales más comunes el nylon y la celulosa. Las ventajas de este tipo de sensos son el bajo costo de fabricación y es altamente inmune a la contaminación. Las desventajas son la tendencia a la descalibración en el tiempo y los efectos de histéresis significativos.

• Sensor de bloque de polímero resistivo: Están compuestos de un sustrato cerámico aislante sobre el cual se deposita una grilla de electrodos. Estos electrodos se cubren con una sal sensible a la humedad embebida en una resina (polímero). La resina se recubre entonces con una capa protectiva permeable al vapor de agua. A medida que la humedad permea la capa de protección, el polímero resulta ionizado y estos iones se movilizan dentro de la resina. Cuando los electrodos son excitados por una corriente alterna, la impedancia de el sensor se mide y es usada para calcular el porcentaje de humedad relativa.Por su misma estructura este tipo de sensores son relativamente inmunes a la contaminación superficial ya que no afecta su precisión aunque si el tiempo de respuesta. Debido a los valores extremadamente altos de resistencia del sensor a niveles de humedad menores que 20% es apropiado para los rangos altos de humedad.

• Sensores capacitivos: Los sensores capacitivos (polímero orgánico capacitivo) es diseñados normalmente con platos paralelos con electrodos porosos o con filamentos entrelazados en el sustrato. El material dieléctrico absorbe o elimina vapor de agua del ambiente con los cambios de el nivel de humedad. Los cambios resultantes en la constante dieléctrica causa una variación en el valor de la capacidad del dispositivo por lo que resulta una impedancia que varia con la humedad. Un cambio en la constante dieléctrica de aproximadamente el 30% corresponde a una variación de 0-100% en la humedad relativa.El material sensor es muy delgado para alcanzar grandes cambios en la señal con la humedad. Esto permite a el vapor de agua entrar y salir fácilmente y el secado rápido para la sencilla calibración del sensor.Este tipo de sensor es especialmente apropiado para ambiente de alta temperatura porque el coeficiente de temperatura es bajo y el polímero dieléctrico puede soportar altas temperaturas. Los sensores capacitivos son también apropiados para aplicaciones que requieran un alto grado de sensibilidad a niveles bajos de humedad, donde proveen una respuesta relativamente rápida. A valores de humedad superiores al 85% sin embargo el sensor tiene una tendencia a saturar y se transforma en no lineal.

Aplicación de campo de los sensores

En las aplicaciones concretas de los instrumentos de medición de humedad las especificaciones del fabricante siempre pierden algo de significación. Las condiciones de operación no ideales afectan de alguna manera hasta el sistema más preciso, estas condiciones incluyen los siguientes factores:

• Efectos de la temperatura: Casi todos los higrómetros son calibrados a una temperatura ambiente fija. usualmente esta temperatura es de 25°C ±1°C por lo tanto las variaciones en la temperatura pueden afectar los resultados de la medición. Muchos sistemas compensan este efecto ya sea electrónicamente o controlando la temperatura del sensor.
• Electrónica: La instrumentación electrónica moderna es inmune a la temperatura ambiente en los rangos normales. Sin embargo grandes oscilaciones de temperatura pueden causar errores en diversos componentes electrónicos.
• Presión: Los efectos de la presión son más fáciles de cuantificar y por lo tanto más fáciles de corregir que los efectos de la temperatura. Si se conoce el valor de la presión en el punto de medición su efecto puede corregirse totalmente a condición de que la naturaleza del gas y su comportamiento con la presión sean conocidos.
• Caudal de gas: En teoría el caudal no debería afectar el nivel de humedad medido, pero en la práctica así ocurre. El excesivo caudal de gas en sistemas entubados puede producir gradientes de presión. Se debe tener cuidado para asegurar que el sistema de muestreo pueda acomodarse a las distintas condiciones de trabajo.

El uso de sensores de humedad en los laboratorios

Los sensores de humedad son herramientas verdaderamente fundamentales en algunos sectores ya que debemos tener en cuenta el hechos de que la humedad puede ser un factor positivo o negativo del ambiente según el contexto en el cual se la evalúe ya que la mayoría de las veces sucede que la humedad suele afectar algunos contenidos, objetos y sustancias negativamente y por eso es muy importante que se tenga un cierto control sobre la misma en un espacio cerrado. Ahora bien debemos decir que le proceso de medición de la humedad suele ser muy analítico ya que lógicamente lo sensores de humedad deben estar en contacto directo con el ambiente.

No obstante debemos decir que la mayoría de los sensores de humedad generalmente suelen venir acompañados de todo un sistema que nos ayuda a entender los valores de la misma además de ayudarnos a disminuirla o aumentarla según se necesite, por eso es importante que tengamos en cuenta el hecho de que cuando nos dirigimos a una empresa que desarrolla este tipo de sistemas, desde un principio debemos saber que nos encontraremos con un mecanismo algo complicado de entender pero que sin lugar a duda con el tiempo lo comenzaremos a utilizar como una herramienta normal.

Fuente

• Tomado de www.ehowenespanol.com Consultado el 16 de Septiembre de 2014.
• Tomado de www.monografias.com Consultado el 16 de Septiembre de 2014.
• Tomado de es.scribd.comConsultado el 16 de Septiembre de 2014.
• Tomado de www.antirrobo.netConsultado el 16 de Septiembre de 2014.