Principios de la medición de la humedad

Antes de presentar las distintas mediciones de humedad, es importante definir el contenido de humedad. El contenido de humedad se expresa normalmente como un porcentaje en peso del producto total (base húmeda) o del producto seco (base seca).

Contenido de humedad en base húmeda:
M = 100 x (peso húmedo — peso seco) /peso húmedo

Contenido de humedad en base seca:
M = 100 x (peso húmedo — peso seco) /peso seco

Según las ecuaciones anteriores, el contenido de humedad en base húmeda no puede superar el 100%. La humedad de base seca puede superar el 100% y es una función no lineal.

El contenido de humedad se puede determinar mediante numerosas técnicas. Estos pueden dividirse en dos categorías principales: medición primaria y secundaria.

Humedad primaria Las técnicas implican la determinación química directa del contenido de agua, generalmente extrayendo la humedad del producto.

Todos los métodos principales son destructivos y consumen mucho tiempo. Los métodos principales se llevan a cabo fuera de línea, pero suelen ser muy precisos. Es posible que un tamaño de muestra pequeño no represente adecuadamente el producto a granel.

El método principal más común es la pérdida de peso, en el que se pesa una muestra, se seca hasta que no se pierde más peso y luego se vuelve a pesar.

Otros métodos incluyen la valoración de Karl-Fischer. La precisión de todos los métodos primarios fuera de línea depende de la precisión de los instrumentos de laboratorio y de la habilidad del personal del laboratorio.

Dado que los métodos fuera de línea requieren tomar una muestra del producto del proceso, el método de muestreo debe proporcionar muestras de producto consistentes para la prueba.

Humedad secundaria las técnicas miden una propiedad de la variable (humedad) en lugar de la variable directamente. Todos los analizadores de humedad continuos utilizan principios de medición secundarios y deben calibrarse según una técnica de referencia primaria. Tienen la ventaja de realizar mediciones de muestreo rápidas o continuas y se pueden utilizar para la supervisión y el control de los procesos en tiempo real.

Sin una capacidad de medición continua, un proceso típico se controlaría tomando muestras del producto y realizando análisis de laboratorio. Estos métodos llevan mucho tiempo. Cuando se obtiene un resultado, es muy posible que el proceso haya cambiado sustancialmente.

En su forma más simple, un analizador de humedad continuo proporcionará información sobre las tendencias entre las muestras de laboratorio, incluso si no está calibrado. De esta forma, el instrumento es un útil controlador del punto de ajuste, que permite ajustar el punto de ajuste del proceso después de cada muestra de laboratorio.

Existen numerosas técnicas de medición de humedad en línea. La medición dieléctrica y la reflectancia del infrarrojo cercano son dos tecnologías que han demostrado ser precisas y confiables en muchos sectores.

Técnica dieléctrica RF

Este método se basa en el dieléctrico relativamente alto del agua en relación con la mayoría de los sólidos.

Se han desarrollado numerosas técnicas para determinar el dieléctrico, incluida la reflectometría en el dominio del tiempo, la radiofrecuencia y las microondas. Para medir el dieléctrico relativo de un material, es necesario acoplar eléctricamente el material al circuito de detección. Esto se puede hacer colocando el material entre dos electrodos paralelos, pero esto no se presta fácilmente a una aplicación en línea. Si el circuito de detección funciona a radiofrecuencia, es bastante sencillo propagar la energía de RF a través del material y así acoplarla al producto sin contacto físico. Los electrodos planos de campo marginal proporcionan una estructura de medición de un solo lado que obstruye menos el proceso.

La analogía eléctrica de un producto sólido es un condensador en paralelo con una conductancia de fuga. Ambos componentes están influenciados por la humedad, pero mientras que el dieléctrico está relacionado de una manera muy predecible, el factor de pérdida no lo está. Los componentes combinados representan una impedancia compleja que se puede medir fácilmente, pero en la que pueden influir otras variables además de la humedad.

Los verdaderos instrumentos dieléctricos de humedad son raros, ya que la mayoría de los instrumentos de bajo costo no intentan separar los componentes dieléctricos de los de pérdida. Los instrumentos de menor costo hacen poco o ningún intento de medir la impedancia combinada con estabilidad y repetibilidad a largo plazo. La técnica de medición dieléctrica de Sensortech Systems se ha perfeccionado hasta el punto de que los dos componentes están completamente aislados y se pueden medir de forma independiente. El principio de frecuencia resonante patentado mejora la precisión y la repetibilidad.

• Es una medida penetrante y puede medir productos no homogéneos.
• Tiene un área de medición grande que proporciona una humedad promedio a granel más representativa para el producto.
• Es relativamente económico en comparación con otras técnicas en línea.
• Es muy fiable y robusto, sin piezas móviles que se desgasten o rompan.
• Los diversos diseños de sensores mecánicos se adaptan a una amplia gama de condiciones de proceso y se pueden utilizar en entornos de alta temperatura.

Técnica IR

La técnica de reflectancia del infrarrojo cercano, NIR o IR, es una tecnología ampliamente utilizada para las pruebas de humedad en línea. Su popularidad se debe en gran parte a la facilidad con la que se puede aplicar.

Una fuente de luz (normalmente una bombilla halógena de cuarzo) se colima y se filtra en longitudes de onda específicas. Los filtros, montados en una rueda giratoria, cortan la luz en una serie de pulsos de longitud de onda específica. El haz filtrado se dirige a la superficie del producto que se va a medir. Una parte de la luz se refleja de nuevo en un detector (normalmente sulfuro de plomo). El agua absorbe longitudes de onda específicas de la luz. Si los filtros se eligen de manera que una longitud de onda sea absorbida por el agua (haz de muestra) y otra longitud de onda no se vea afectada por el agua (haz de referencia), la relación de amplitud de las dos longitudes de onda reflejadas será proporcional a la cantidad de agua en el producto. La técnica de la relación elimina los efectos de la distancia entre el producto y el envejecimiento de la fuente.

• Facilidad de aplicación. Por lo general, se monta de 6 a 10 pulgadas por encima del producto. Las variaciones moderadas de altura del producto tienen poca influencia en la medición.
• El área de medición puntual pequeña junto con el marco de escaneo proporcionan el perfil del producto.
• Se pueden elegir longitudes de onda específicas para medir variables distintas de la humedad.