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IMPORTÂNCIA & APLICAÇÕES DO CONTROLE DE UMIDADE MEDIÇÃO DE UMIDADE.

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Apresentação em tema: "IMPORTÂNCIA & APLICAÇÕES DO CONTROLE DE UMIDADE MEDIÇÃO DE UMIDADE."— Transcrição da apresentação:

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2 IMPORTÂNCIA & APLICAÇÕES DO CONTROLE DE UMIDADE MEDIÇÃO DE UMIDADE

3 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 •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% U R.

4 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.

5 APLICAÇÕES Mais aplicações durante a exposição técnica...

6 DEFINIÇÕES E TERMINOLOGIA MEDIÇÃO DE UMIDADE

7 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.

8 •O ar é uma mistura de vários gases: Componente% Volume% Peso Nitrogênio7875 Oxigênio2123 Argônio11 Dióxido de Carbono0,030,04 Outros0,020,01 “A pressão total de um gás é a soma das pressões individuais de seus componentes” COMPOSIÇÃO DO AR •Lei de Dalton:

9 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.

10 FÓRMULA DE MAGNUS

11 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% U R. •A alta umidade agrava os sintomas da artrite.

12 UMIDADE RELATIVA •Relação percentual entre a pressão de vapor e a pressão de saturação de vapor de água.

13 •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   RH  P   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

14 •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, U R de 100% não é atingível para temperaturas negativas. T0°C-10°C-20°C-30°C-40°C U R máx100%91%83%76%70% •O cálculo da U R usualmente continua sendo baseado na pressão de saturação de água. UMIDADE RELATIVA

15 •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

16 •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 P saturação RH% P VaporÁgua T Orvalho Magnus RH Magnus

17 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 U R 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.

18 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.

19 UMIDADE ABSOLUTA •Mede a massa de água em gramas contida em 1m 3 de ar úmido. •Calculada a partir da Temperatura e da Pressão de Vapor de Água:

20 OUTRAS GRANDEZAS •Razão de umidade. •Umidade específica. •Fração molar. •Atividade de água. •Temperatura de bulbo úmido. •Entalpia específica.

21 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.

22 REQUISITOS DE MEDIDORES DE UMIDADE MEDIÇÃO DE UMIDADE

23 REQUISITOS CRÍTICOS •Compatibilidade com o meio •Precisão •Faixa de operação (umidade e temperatura) São críticos em medição de umidade os seguintes requisitos:

24 COMPATIBILIDADE COM MEIO •Contaminação química Fontes 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 pressão Seleção do sensor e sua forma de montagem •Tolerância à condensação Alguns sensores de umidade não podem ser molhados (?!?)

25 AGRO-INDÚSTRIA •Incubação em aviários tem sua condição ideal a 37°C e 60% U R. 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.

26 FAIXA DE OPERAÇÃO •Limites combinados de temperatura x umidade Nem sempre todas as combinações extremas são permitidas •Limites de pressão Seleção do sensor e sua forma de montagem •Limites de temperatura e umidade Extremos típicos: -40 a 120°C, 0 a 100%RH

27 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.

28 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 repetibilidade Erros de 2% em um ponto e 5% em uma faixa ampla de operação é muito bom para U R

29 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.

30 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE UMIDADE MEDIÇÃO DE UMIDADE

31 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.

32 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.

33 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.

34 •Método muito preciso, utilizado tipicamente em laboratório como referência de calibração. •Pouco tolerante a poeira e outras contaminações. ESPELHO RESFRIADO •Equipamento não portátil.

35 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”.

36 BULBO SECO E BULBO ÚMIDO •A Carta Psicrométrica permite o cálculo da umidade ambiente a partir destas 2 temperaturas.

37 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.

38 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.

39 CONTROLE DE ELETRICIDADE ESTÁTICA ATIVIDADE TENSÃO ARMAZENADA 20% UR80% UR CAMINHAR EM PISO DE VINIL12kV250V CAMINHAR EM CARPETE35kV1,5kV LEVANTAR DE ALMOFADA18kV1,5kV PEGAR UM SACO DE POLIETILENO20kV600V

40 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.

41 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.

42 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.

43 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).

44 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.

45 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.

46 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.

47 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.

48 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.

49 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 U R <12%.

50 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.

51 CONSERVAÇÃO •Em museus, o ambiente ideal deve estar a 20°C e 50%U R. •Negativos e Slides fotográficos têm a condição ótima de conservação a –18°C e 30% U R. •Livros e documentos são melhor conservados a 18°C e 50% U R.

52 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.

53 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.

54 SENSOR CAPACITIVO TIPO POLÍMERO •Baseado na variação das propriedades dielétricas de um polímero sólido em função da variação da umidade relativa. •Relação U R x Capacitância não é linear. Capacitância cresce com o aumento da U R. •Aplicados de 0 a 100%U R e resistentes à condensação.

55 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.

56 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.

57 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.

58 PADRÕES DE CALIBRAÇÃO DE HIGRÔMETROS MEDIÇÃO DE UMIDADE

59 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.

60 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.

61 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.

62 INFORMÁTICA E LABORATÓRIOS •Laboratórios de metrologia dimensional exigem tipicamente temperatura de 20°C ±0,3°C e umidade de 60% ± 10%U R. •Salas com computadores devem estar preferencialmente a 23°C e 50% U R.

63 TABELA DE GREENSPAN Temp (°C)LiCl (UR%)MgCl2 (UR%)NaCl (UR%)K2SO4 (UR%) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.5

64 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.

65 PRECISÃO •Padrões de transferência têm incertezas da ordem de 1% de U R, e padrões secundários de 1,5% de U R. •Todos estes fatores combinados resultam em precisão final entre 2 e 5% para os medidores de umidade de boa qualidade.

66 PROCESSOS INDUSTRIAIS

67 PRODUTOS NOVUS PARA MEDIÇÃO & CONTROLE DE UMIDADE MEDIÇÃO DE UMIDADE

68 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%U R

69 RHT-RM •Para aplicações em conforto ambiental. Saídas em tensão, corrente ou Modbus.

70 DATA LOGGER PINGÜIM Data logger portátil para temperatura e umidade

71 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.

72 FIELD LOGGER & WS10 •Data Logger para 8 canais com comunicação Modbus. •Módulo de aquisição de dados com Ethernet. Servidor HTML, Envio de , Data Logger, Telemetria por Celular.

73 INDICADORES & CONTROLADORES •Indicadores e controladores para umidade, temperatura e demais variáveis de processo.

74 CONFIGURADOR TxConfig •Configuração dos modelos com saída em corrente ou tensão. •Comunicação RS232.

75 CONFIGURADOR DigiConfig •Configuração dos modelos com comunicação Modbus

76 FIM OBRIGADO !


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