Diseño de medidor de humedad relativa (psicrómetro) con labview

Transcripción

1 Lucila Graciano Gaytán Miguel Eduardo González Elía Julián González Trinidad Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica Univeridad Autónoma de Zacateca E mail: lgracianog@hotmail.com XII JORNADAS DE INVESTIGACIÓN Dieño de medidor de humedad relativa (picrómetro) con labview Reumen En la actualidad exite una gran variedad de intrumento digitale para medir la humedad relativa lo cuale emplean el concepto del higrómetro. Otra forma de medir la humedad relativa e por medio del picrómetro, el cual ua lo concepto de bulbo húmedo y bulbo eco. El acondicionamiento de un dipoitivo electrónico que actúe como picrómetro, e poible uando enore de temperatura LM35, que actúan como bulbo húmedo y bulbo eco. Con la ecuacione de Will Ferrell y Willi Haviland Carrier, e poible calcular la humedad relativa. Ademá, empleando itema de adquiición de dato como NI ELVIS y la programación en el LabVIEW 7.1 de National Intrument, e pueden viualizar lo dato en la computadora, de eta forma e puede utilizar el medidor dentro de un itema de control automático. Palabra clave: Humedad Relativa, Picrómetro, Medidor Digital. Introducción Medir la humedad relativa no e una tarea fácil, acorde a la invetigación realizada lo intrumento má conocido on picrómetro e higrómetro [1], lo cuale pueden er adquirido en vario Etado de la República con coto elevado y in la poibilidad de manejar la información automáticamente dentro de un itema de control. Ete trabajo, e ha dieñado un picrómetro, el cual e 1

2 encillo y fácil de implementar. La finalidad primordial de dieñar un picrómetro e baa en encontrar una forma de tranferir lo dato a una computadora, de eta forma hacer uo de ello a travé de la implementación de un control dentro de un invernadero. La invetigación documental e primordial para dieño del picrómetro, e encontraron vario autore para realizar ete cálculo, como lo on Carrier, Ferrel, Sonntag, por mencionar alguno [1]. Humedad relativa El aire en la atmófera e conidera normalmente como una mezcla de do componente: aire eco y agua. La capacidad de la atmófera para recibir vapor de agua e relaciona con lo concepto de humedad aboluta, que correponde a la cantidad de agua preente en el aire por unidad de maa de aire eco, y la humedad relativa que e la razón entre la humedad aboluta y la cantidad máxima de agua que admite el aire por unidad de volumen. Se mide en tanto por ciento y etá normalizada de forma que la humedad relativa máxima poible e el 100%. La forma má encilla e medir lo que e conoce como temperatura de bulbo eco y temperatura de bulbo húmedo. La temperatura de bulbo eco, correponde a la temperatura ambiente, la que e mide habitualmente con un termómetro de mercurio. Para medir la temperatura de bulbo húmedo e ua el mimo tipo de termómetro pero e realiza la iguiente operación: e rodea el bulbo el termómetro con una tela humedecida. El aire circulante en la atmófera choca con el algodón humedecido y evapora parte del agua. Al evaporare el agua e aborbe calor latente y eto permite quitarle calor al bulbo del termómetro. Entonce la temperatura del termómetro deciende continuamente hata que el aire de lo alrededore e atura, e decir, no admite má agua. Aí la temperatura permanece en un valor fijo que e denomina temperatura del bulbo húmedo. [2] 2

3 Objetivo Dieñar y contruir un picrómetro (medidor de humedad relativa) con el cual ea poible leer lo dato de manera digital a travé del LabVIEW. Contribuir en el dieño de un medidor de humedad relativa para er utilizado por el itema de control de un invernadero. Metodología La ecuación con la cual e mide la humedad relativa mediante picrómetro e la iguiente: e( T ) HR = 100%...(1) e ( T ) Donde, HR e la humedad relativa en %, de agua en aire húmedo, en Pa y aire húmedo aturado, en Pa. e(t ) la preión parcial real del vapor e (T ) la preión parcial de vapor de agua en Preión parcial de vapor aturado Exprea el hecho de que a una temperatura dada, exite un máximo en la cantidad de vapor de agua que puede etar preente, en otra palabra e la máxima preión parcial (T ) e que puede ejercer el vapor de agua en el aire aturado en Pa, a la temperatura del bulbo eco (t ó T). [3] Donde, e ( T ) = 1Pa e 2 D AT + BT + C+ T...(2) e = que equivale a la bae logaritmo natural, lo valore de A, B, C y D, on , , y , repectivamente, por último T e la temperatura ambiente de bulbo eco en K = T

4 Preión parcial real de vapor de agua De acuerdo con la ecuación de Ferrel, la cual e utilizada en el cálculo de la humedad relativa con el picrómetro de giro: e( T ) = e ( Tw) P ( T Tw) ( ψ + ϕtw)...(3) O bien mediante la ecuación experimental de Carrier: Donde, e(t ) e( T ) = e ( Tw) [ P e ( Tw) ] ( T Tw) θ + χ Tw...(4) e la preión parcial real de vapor de agua en aire húmedo en Pa, a la temperatura de bulbo eco t ó T, e (Tw) e la preión parcial de vapor de agua en aire húmedo aturado en Pa, a la temperatura de bulbo húmedo Tw ó tw, P e la preión atmoférica local en Pa, Tw e la temperatura de bulbo húmedo en ºC = tw , la contante ψ, ϕ, θ y χ equivalen a lo valore de K, K, 1940 C y 1. 44, repectivamente. Sutituyendo la ecuación (3) en (1), tenemo que: e ( Tw) P ( T Tw) ( ψ + ϕtw) Ferrel: HR% = 100%...(5) e ( T ) Y ahora utituyendo la ecuación (4) en (1), reulta: Carrier: [ P e ( Tw) ] ( T Tw) e ( Tw) θ + χ Tw HR% = 100%...(6) e ( T ) Se programaron la ecuacione de Carrier y Ferrel en el programa National Intrument LabVIEW 7.1, el cual e una herramienta gráfica, para intrumentación, control y dieño mediante la programación [5]. Una vez 4

5 dieñado el programa de la humedad relativa, e hace uo de u entrada analógica a travé del NI ELVIS (NI Educational Laboratory Virtual Intrumentation Suite) de Nacional Intrument, iendo éte un dipoitivo de adquiición de dato multifunción (DAQ) y una etación de trabajo para banco de prueba con una tarjeta de conexione para prototipo (proto board) [6]. Con el uo de un amplificador operacional, conectado como un amplificador no inveror y do LM35 (enore de temperatura) para imular, cada uno de ello, el bulbo húmedo y el bulbo eco [4]. El enor que actúa como bulbo húmedo e introducido en un pequeño recipiente con agua envuelto en algodón, para diminuir la temperatura, en la computadora e viualiza la diferencia de temperatura de lo do enore. Reultado Con la diferencia de temperatura de lo do enore, automáticamente on introducido a la ecuacione de Ferrel y Carrier dentro del programa elaborado en LabVIEW 7.1, e puede obervar como e va modificando la humedad relativa (%), ademá de guardare en un tabla de dato para ete regitro. Cuando e ha pueto en marcha el programa e epera un tiempo pertinente para que e etabilice, e decir cuando el algodón eta completamente aturado y e muetra el valor en pantalla tomándoe ete como el dato de la humedad relativa del ambiente. Para validar el reultado viualizado en la pantalla del LabVIEW 7.1 e comparado con la medida que muetra la pantalla del termómetro e higrómetro digital. La prueba realizada en día anteriore, on la iguiente: Con el Higrómetro Digital e motraba un valor de 29% de humedad relativa y en el picrómetro en LabVIEW 7.1 con la ecuación de Carrier un valor de 31% promedio y Ferrel de 30% promedio. Lo que índica que on valido lo reultado de manera experimental. 5

6 Concluione La contrucción de un picrómetro con la poibilidad de enviar lo dato a una computadora permite, de manera encilla, er utilizado dentro de un itema de control. Lo dipoitivo electrónico uado para ete dieño on económico y fácile de coneguir. La programación de la ecuacione de Ferrel y Carrier en el LabVIEW 7.1 de National Intrument, conforman ólo do forma de calcular la humedad relativa de varia que e han etudiado, iendo u aplicacione en itema de calefacción, principalmente. La validación de la información que e obtienen en la prueba en laboratorio, concluyen que lo objetivo planteado para un dieño económico y de fácil aplicación on acertado, aí la finalidad de ete e er implementado en el interior de un invernadero e cumple para facilitar un el dieño de un control multivariable. 6

7 Bibliografía [1] Jeú A. Dávila Pacheco, Enrique Martine López, Propagación de incertidumbre en la converión de alguna magnitude de humedad, Centro Nacional de Metrología, Diviión de Termometría, Qro., México, (Octubre 2006). [2] Carolina Meruane y René Garreaud, Determinación de Humedad en la Atmófera, DGF, Univeridad de Chile, (Abril 2006). [3] Ing. Silvia Medrano, Medición de Humedad Relativa con Picrómetro, Meta S. A. de C. V. Metrólogo Aociado, Jalico, México, (Septiembre 2003). [4] Ramón Pallá Areny, Senore y Acondicionadore de eñal, Ed. Alfaomega, 4a. Edición, Barcelona, (2007). [5] Data Acquiition Baic Manual of LabVIEW. Part Number E-01, (January 2000). [6] NI Educational Laboratory Virtual Intrumentation Suite (NI ELVIS) Uer Manual. Part Number A-01, (April 2003). 7