Erros e más práticas podem fazer com que as medições de umidade variem em relação à expectativa, e uma boa técnica de amostragem é fundamental para obter resultados precisos e confiáveis. Ao projetar um sistema de amostragem de umidade, você deve considerar estes elementos:
- Permeabilidade do material
- Adsorção e dessorção
- Comprimento do tubo de amostragem
- Volumes mortos e umidade retida
- Acondicionamento da amostra
- Condensação e vazamentos
- Tubo e comprimento da amostra
- Taxas de fluxo
Cada um deles é discutido em detalhes a seguir.
Permeabilidade do material e umidade
Todos os materiais são permeáveis ao vapor de água, pois as moléculas de água são extremamente pequenas em comparação com a estrutura dos sólidos, mesmo quando comparadas à estrutura cristalina dos metais. O gráfico abaixo mostra o ponto de orvalho no interior de tubos de diferentes materiais quando purgados com gás muito seco, em que o exterior do tubo está no ambiente ambiente.
Muitos materiais contêm umidade como parte de sua estrutura, especialmente materiais orgânicos (naturais ou sintéticos), sais (ou qualquer coisa que os contenha) e qualquer coisa que tenha poros pequenos. É importante garantir que os materiais usados sejam adequados para a aplicação.
Se a pressão parcial do vapor de água exercida na parte externa de uma linha de ar comprimido for maior do que na parte interna, o vapor de água atmosférico será naturalmente empurrado pelo meio poroso, fazendo com que a água migre para a linha de ar pressurizado. Esse efeito é chamado de transpiração.
Adsorção e dessorção
A adsorção é a adesão de átomos, íons ou moléculas de um gás, líquido ou sólido dissolvido à superfície de um material, criando um filme. A taxa de adsorção aumenta em pressões mais altas e temperaturas mais baixas.
Dessorção é a liberação de uma substância da superfície de um material ou por meio dela. Em condições ambientais constantes, uma substância adsorvida permanecerá em uma superfície quase indefinidamente. Entretanto, à medida que a temperatura aumenta, aumenta também a probabilidade de ocorrer a dessorção.
Em termos práticos, conforme a temperatura do ambiente flutua, as moléculas de água são adsorvidas e dessorvidas das superfícies internas do tubo de amostragem, causando pequenas flutuações no ponto de orvalho medido.
Comprimento do tubo de amostragem
O ponto de amostragem deve estar sempre o mais próximo possível do ponto crítico de medição, a fim de obter uma medição realmente representativa. O comprimento da linha de amostragem até o sensor ou instrumento deve ser o mais curto possível. Os pontos de interconexão e as válvulas retêm a umidade, portanto, usar o arranjo de amostragem mais simples possível reduzirá o tempo necessário para que o sistema de amostragem seque quando purgado com gás seco.
Em uma longa tubulação, a água inevitavelmente migrará para qualquer linha, e os efeitos de adsorção e dessorção se tornarão mais aparentes. O gráfico mostrado acima deixa claro que os melhores materiais para resistir à transpiração são o aço inoxidável e o PTFE.
Volumes mortos e umidade retida
Os volumes mortos (áreas que não estão em um caminho de fluxo direto) nas linhas de amostragem retêm as moléculas de água que são liberadas lentamente no gás que passa; isso resulta em tempos maiores de purga e resposta e leituras mais úmidas do que o esperado. Materiais higroscópicos em filtros, válvulas (por exemplo, borracha de reguladores de pressão) ou quaisquer outras partes do sistema também podem reter a umidade.
Acondicionamento de amostra
O condicionamento da amostra é frequentemente necessário para evitar a exposição de componentes de medição sensíveis a líquidos e outros contaminantes que podem causar danos ou afetar a precisão ao longo do tempo, dependendo da tecnologia de medição.
Os filtros de partículas são usados para remover sujeira, ferrugem, incrustações e quaisquer outros sólidos que possam estar em um fluxo de amostra. Para proteção contra líquidos, deve ser usado um filtro coalescente.
O filtro de membrana é uma alternativa mais cara, mas altamente eficaz, ao filtro coalescente. Ele oferece proteção contra gotículas de líquido e pode até mesmo interromper completamente o fluxo para o analisador quando uma grande quantidade de líquido é encontrada.
Condensação e vazamentos
Manter a temperatura da tubulação do sistema de amostragem acima do ponto de orvalho da amostra é vital para evitar a condensação. Qualquer condensação invalida o processo de amostragem, pois altera o teor de vapor de água do gás que está sendo medido. O líquido condensado pode alterar a umidade em outro local, pingando ou escorrendo para outros locais, onde pode voltar a evaporar.
A integridade de todas as conexões também é uma consideração importante, especialmente na amostragem de pontos de orvalho baixos em uma pressão elevada. Se ocorrer um pequeno vazamento em uma linha de alta pressão, o gás vazará, mas os vórtices no ponto de vazamento e um diferencial negativo de pressão de vapor também permitirão que o vapor de água contamine o fluxo.
Taxas de fluxo
Teoricamente, a taxa de fluxo não tem efeito direto sobre o teor de umidade medido, mas, na prática, pode ter efeitos imprevistos sobre a velocidade e a precisão da resposta. A taxa de fluxo ideal varia de acordo com a tecnologia de medição e sempre pode ser encontrada no manual do instrumento ou do sensor.
Uma taxa de fluxo inadequada pode:
- Acentuam os efeitos de adsorção e dessorção no gás que passa pelo sistema de amostragem.
- Permite que bolsões de gás úmido permaneçam inalterados em um sistema de amostragem complexo, que será então gradualmente liberado no fluxo da amostra.
- Aumenta a chance de contaminação por retrodifusão: o ar ambiente que é mais úmido do que a amostra pode fluir do escapamento de volta para o sistema. Um escapamento mais longo (às vezes chamado de pigtail) também pode ajudar a aliviar esse problema.
- Limite a resposta do sensor a alterações no teor de umidade.
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