Cómo mejorar las mediciones de humedad en ambientes extremadamente secos

Ejemplo de caso en gases de alta pureza en la industria de procesos

Se suele entender que la mejor manera de lograr una alta precisión es adquirir un instrumento de medición con las mejores especificaciones. Para las mediciones de humedad, esto significa un instrumento tipo analizador, ya que, en teoría, son muy precisos. Sin embargo, los analizadores son más costosos que los instrumentos industriales más robustos. También son más sensibles a los efectos ambientales y, por lo tanto, requieren condiciones específicas y estables.

Por lo general, los analizadores no miden directamente desde el proceso. En lugar de eso, se toma una muestra de gas, se lleva al analizador y luego se desperdicia. Los problemas con los gases de muestra son comunes en todas las mediciones: 

• Pueden no ser representativos de las condiciones reales del proceso.
• También pueden verse afectados por factores externos durante el muestreo y el análisis.
• Pueden verse afectados por fugas o incluso ser la fuente de fuga. 

Por ejemplo, imagine que está pesando un polvo. Si el polvo se moja con la lluvia entre el muestreo y el pesaje, la muestra no reflejará el verdadero peso y composición del polvo. De manera similar, el vapor de agua puede fácilmente aumentar la humedad de una muestra de gas, llevando a resultados inexactos incluso con los instrumentos más avanzados y nuevos.

Experimentos

Para demostrar el problema y estudiar sus impactos, construimos un sistema de prueba (demostrado en la figura 1). La idea básica del sistema era mantener una humedad constante, que luego se alteraba al cambiar la temperatura de las tuberías en un rango de 20 °C a 27 °C. En teoría, esto provocaría un efecto de adsorción/desorción, que influiría en la cantidad total de vapor de agua que sale de la cámara de calor. De manera similar, un tubo de muestreo desde el campo hasta el laboratorio de medición podría estar expuesto al clima exterior y, por lo tanto, a cambios de temperatura. A una escala menor, las temperaturas interiores variables podrían tener un impacto similar. Durante los experimentos, la presión del gas se mantuvo dentro de un rango de 1 bar(a) a 2 bar(a) y el caudal fue en todo momento menor a 1 l/min, lo cual corresponde a los caudales de los analizadores.

La configuración consistía en un generador de humedad, dos instrumentos de punto de rocío Vaisala DMT152, una cámara de calor con un tubo de acero electropulido de 6.7 m y un analizador CRDS. Un instrumento de punto de rocío DMT152 se colocó antes y después de la cámara de calor (Figura 1). La tubería desde el segundo DMT152 hasta el analizador se mantuvo lo más corta posible para minimizar los efectos ambientales entre el DMT152 y el analizador. La temperatura de la cámara de calor se monitoreó con dos sensores de temperatura.
 

Resultados

Se realizaron múltiples mediciones con diferentes presiones, caudales y niveles de humedad. La cámara de calor se controló de la misma manera en cada uno de los experimentos. (Véase la Figura 2.)

En la Figura 2, a medida que la temperatura (negra) se altera más y más, el DMT152 en la salida detecta una humedad ruidosa mientras que la humedad en la entrada se mantiene constante durante la medición. Al final de la medición, la temperatura se estabiliza a la temperatura del laboratorio y ambos instrumentos DMT152 vuelven a estar estables e indican la misma temperatura de punto de congelación. Esta imagen demuestra claramente el efecto de la estabilidad de la temperatura del tubo de muestreo en la humedad de salida y, por ende, en las mediciones de humedad.

Otra medición se presenta en la Figura 3. Aquí, la humedad en la entrada no fue tan estable como en la Figura 2, pero ambos instrumentos DMT152 y el analizador CRDS indican una tendencia similar. Sin embargo, en la Figura 3, la humedad en la entrada es mucho menos ruidosa en comparación con el analizador CRDS o el DMT152 en la salida. De hecho, la humedad en la salida varía tanto que ni el DMT152 ni el analizador CRDS indican la humedad correcta en la entrada, y, de hecho, ambos están fuera de sus especificaciones. Sin embargo, los instrumentos están completamente funcionales, y su rendimiento se ajusta a sus especificaciones; el problema radica en el tubo de muestreo. La variación de temperatura provoca un fenómeno de adsorción/desorción que resulta en una humedad variable en la salida del tubo de muestreo.

Los resultados de la campaña de medición indicaron:

• El cambio máximo en la temperatura de punto de congelación causado por adsorción/desorción fue superior a 4 °C.
• Impactos del caudal: un caudal mayor produce mayor ruido.
• Cuanto mayores son los cambios de temperatura, mayor es el efecto de adsorción/desorción en el tubo.
• Cuanto más baja es la humedad, mayor es el efecto relativo.
   

Puntos clave

En este artículo se probaron los efectos ambientales sobre el muestreo. Si el entorno de medición o el muestreo no son ideales, pueden tener un impacto significativo en los resultados de medición. Como se muestra en las Figuras 2 y 3, el DMT152, más asequible y ubicado en la entrada, supera al analizador más costoso gracias a la mejor representatividad de la medición del proceso en línea. Por lo tanto, se recomienda realizar las mediciones directamente en el punto de interés y minimizar el uso de muestreo siempre que sea posible. Este enfoque también es significativamente más rentable, gracias a la configuración y al principio de medición más simples.

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