CIDGALLEGUILLOSc

Junio de 2003

Sensores de humedad
Felipe Galleguillos, Patricio Cid
Departamento de Electrónica, Universidad Técnica Federico Santa María, Casilla 110-V, Valparaíso, Chile.

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Resumen
La humedad es un fenómeno natural, que se presenta a nivel molecular y se encuentra relacionado con lacantidad de moléculas de
agua presentes en una sustancia en estado sólido o gaseoso. Existe necesidad de desarrollar un conocimiento sustancial del
fenómeno, para incorporarlo en los procesos pertinentes y de esa manera obtener cierto beneficio.
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1. INTRODUCCIÓN
La humedad es una variable físicadefinida formalmente como
la cantidad de agua disuelta en un gas o absorbida en un sólido.
Es un variable importante en muchos ámbitos.
En este trabajo se describirán varias formas de medir la
humedad absorbida en sólidos y la disuelta en el aire ambiental,
explicando los sensores adecuados.
Los objetivos son:
- entender los conceptos y propiedades más importantes
relacionados con la humedad;
-identificar variables, parámetros y relaciones matemáticas, que
modelen el fenómeno;
- estudiar el principio de funcionamiento de algunos sensores de
humedad;
- conocer formas de calibración y mantenimiento de sensores de
humedad;
- establecer usos y aplicaciones de los sensores en la actualidad.
3. ECUACIONES
Para calcular la humedad relativa (Hr) por medio de una
formula aproximada, teniendo en cuentaque la Hr es una de las
variables mas comunes y representativas de la Humedad en
general. Se tiene por definición que:

= 100 ⋅

P
P

v
Donde
r
debemos
sa t
determinar
Psat, por medio de la aproximación de Antoine:

H

(1 )
−β

P → Presión atmosférica (aire seco + vapor de agua).
T → Temperatura ambiente en [ºK].
msat → Masa en [Kg] de agua en saturación.
ma → Masa en [Kg] de aire seco.
µv → Masaen [Kg] de una molécula de vapor de agua.
µv = 2µH + µO =2.991·10-26
µa → Masa en [Kg] de las moléculas de aire seco
µa = 0.781µN2 + 0.21µ02 + 0.009µAr = 4.808·10-26

Se puede ver que m/µ es igual a la cantidad de átomos para cada
caso. Además podemos notar que la fracción que multiplica a P,
es igual a la razón entre la cantidad de átomos de vapor de agua,
y la cantidad de átomos de aire húmedo(con vapor incluido).
Esto representa la fracción de presión atmosférica debido al
vapor de agua en estado de saturación.
Reemplazando tres pares de valores de (T, Psat) de las tablas de
Boltz y Tuve a una presión P = 1.013E5 [Pa] (presión
atmosférica standard), se obtiene la expresión equivalente:

Psat ≈ 4.969 × 10 9 ⋅ e

3333

T − 64.6 (2)

La aproximación es bastante buena y cercana a larealidad, y los
valores que a partir de ella se calculan, no distan mayormente
de los de las tablas psicrométricas.

4. Sensores y Principios de Funcionamiento
Pv y

msat µv
≈ α ⋅ eT +γ
Psat = P ⋅
msat µv + ma µa
Donde:

(Composición promedio), suponiendo que el aire seco está
compuesto por 78.1% de N2, 21% de O2 y 0.9% de Ar. Los
valores µ son sacados de la tabla periódica de los elementos, ycorresponden a el peso atómico del elemento, dividido por la
constante de Avogadro (6.02E23).
α, β, γ → Coeficientes que serán determinados evaluando 3
pares (T, Psat) conocidos por tablas.

4.1 Sensores Mecánicos (por Deformaciones)
Estos sensores aprovechan los cambios en las dimensiones que
sufren ciertos tipos de materiales en presencia de la humedad.
Al aumentar la humedad relativa, las fibrasaumentan de
tamaño. Luego esta deformación puede ser amplificada de
alguna manera a través de circuitos electrónicos y debe ser
regulada de acuerdo a la proporcionalidad con la humedad
relativa. Lo anterior se aprecia en la figura 1.

Figura Nº 3

Figura Nº 1

En la actualidad ya no se emplean algodones ni termómetros
convencionales, sino más bien mechas que envuelven
termocuplas o termo resistencias...