8 pièges courants dans les mesures d'humidité et comment les éviter

Les erreurs et les mauvaises pratiques peuvent faire varier les mesures d'humidité par rapport à ce qui est attendu et une bonne technique d'échantillonnage est cruciale pour obtenir des résultats précis et fiables. Lorsque vous concevez un système d'échantillonnage de l'humidité, vous devez tenir compte de ces éléments :

1. Perméabilité du matériau
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2. Adsorption et désorption
3. La longueur du tube d'échantillonnage
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4. Les volumes morts et l'humidité piégée
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5. Conditionnement des échantillons
6. Condensation et fuites
7. Tube et longueur de l'échantillon
8. Débits d'écoulement

Chacun de ces éléments est abordé en détail ci-dessous.

Perméabilité des matériaux et humidité

Tous les matériaux sont perméables à la vapeur d'eau, car les molécules d'eau sont extrêmement petites par rapport à la structure des solides, même par rapport à la structure cristalline des métaux. Le graphique ci-dessous montre le point de rosée à l'intérieur de tubulures de différents matériaux lorsqu'elles sont purgées avec un gaz très sec, où l'extérieur de la tubulure se trouve dans l'environnement ambiant.

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De nombreux matériaux contiennent de l'humidité dans le cadre de leur structure, notamment les matériaux organiques (naturels ou synthétiques), les sels (ou tout ce qui en contient) et tout ce qui présente de petits pores. Il est important de s'assurer que les matériaux utilisés sont adaptés à l'application.

Si la pression partielle de vapeur d'eau exercée à l'extérieur d'une conduite d'air comprimé est plus élevée qu'à l'intérieur, la vapeur d'eau atmosphérique va naturellement pousser à travers le milieu poreux, provoquant la migration de l'eau dans la conduite d'air pressurisé. Cet effet est appelé transpiration.

Adsorption et désorption

L'adsorption est l'adhésion d'atomes, d'ions ou de molécules d'un gaz, d'un liquide ou d'un solide dissous à la surface d'un matériau, créant ainsi un film. Le taux d'adsorption est augmenté à des pressions plus élevées et à des températures plus basses.

La désorption est la libération d'une substance à partir ou à travers la surface d'un matériau. Dans des conditions environnementales constantes, une substance adsorbée restera sur une surface presque indéfiniment. Cependant, plus la température augmente, plus la probabilité que la désorption se produise augmente.

En termes pratiques, lorsque la température de l'environnement fluctue, les molécules d'eau sont adsorbées et désorbées des surfaces internes du tube d'échantillonnage, ce qui entraîne de petites fluctuations du point de rosée mesuré.

Longueur du tube d'échantillonnage

Le point d'échantillonnage doit toujours être aussi proche que possible du point de mesure critique, afin d'obtenir une mesure réellement représentative. La longueur de la ligne d'échantillonnage vers le capteur ou l'instrument doit être aussi courte que possible. Les points d'interconnexion et les vannes piègent l'humidité, de sorte que l'utilisation du dispositif d'échantillonnage le plus simple possible réduira le temps nécessaire au système d'échantillonnage pour s'assécher lorsqu'il est purgé avec du gaz sec.

Sur un long parcours de tubes, l'eau migre inévitablement dans n'importe quelle ligne, et les effets de l'adsorption et de la désorption deviennent plus apparents. Il est clair, d'après le graphique présenté ci-dessus, que les meilleurs matériaux pour résister à la transpiration sont l'acier inoxydable et le PTFE.

Volumes morts et humidité piégée

Les volumes morts (zones qui ne sont pas dans un chemin d'écoulement direct) dans les lignes d'échantillonnage, retiennent les molécules d'eau qui sont lentement libérées dans le gaz passant ; cela entraîne une augmentation des temps de purge et de réponse, et des lectures plus humides que prévu. Les matériaux hygroscopiques dans les filtres, les vannes (par exemple, le caoutchouc des régulateurs de pression) ou toute autre partie du système peuvent également piéger l'humidité.

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Conditionnement des échantillons

Le conditionnement des échantillons est souvent nécessaire pour éviter l'exposition des composants de mesure sensibles aux liquides et autres contaminants qui peuvent causer des dommages ou affecter la précision dans le temps, selon la technologie de mesure.

Les filtres à particules sont utilisés pour éliminer la saleté, la rouille, le tartre et tout autre solide pouvant se trouver dans un flux d'échantillons. Pour se protéger des liquides, il convient d'utiliser un filtre coalescent.

Le filtre à membrane est une alternative plus coûteuse mais très efficace au filtre coalescent. Il offre une protection contre les gouttelettes de liquide et peut même arrêter complètement le flux vers l'analyseur lorsqu'un gros bouchon de liquide est rencontré.

Condensation et fuites

Maintenir la température de la tubulure du système d'échantillonnage au-dessus du point de rosée de l'échantillon est vital pour éviter la condensation. Toute condensation invalide le processus d'échantillonnage car elle modifie la teneur en vapeur d'eau du gaz mesuré. Le liquide condensé peut modifier l'humidité ailleurs en s'égouttant ou en s'écoulant vers d'autres endroits où il peut se ré-évaporer.

L'intégrité de tous les raccords est également un élément important à prendre en compte, en particulier lors de l'échantillonnage de faibles points de rosée à une pression élevée. Si une petite fuite se produit dans une conduite à haute pression, le gaz s'échappera, mais les tourbillons au point de fuite et un différentiel de pression de vapeur négatif permettront également à la vapeur d'eau de contaminer le flux.

Débit d'écoulement

Théoriquement, le débit n'a pas d'effet direct sur la teneur en humidité mesurée, mais dans la pratique, il peut avoir des effets inattendus sur la vitesse de réponse et la précision. Le débit optimal varie en fonction de la technologie de mesure et peut toujours être trouvé dans le manuel de l'instrument ou du capteur.

Un débit inadéquat peut :

• Accentuer les effets d'adsorption et de désorption sur le gaz passant dans le système d'échantillonnage.
• Permettre à des poches de gaz humide de rester non perturbées dans un système d'échantillonnage complexe, qui seront ensuite progressivement libérées dans le flux d'échantillon.
• Augmenter les chances de contamination par rétrodiffusion : l'air ambiant plus humide que l'échantillon peut s'écouler de l'échappement vers le système. Un échappement plus long (parfois appelé queue de cochon) peut également contribuer à atténuer ce problème.
• La réponse du capteur aux changements de la teneur en humidité est ralentie.

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