Suszenie polega na usuwaniu wody lub innego rozpuszczalnika z ciał stałych, cieczy lub gazów za pomocą różnego rodzaju procesów technologicznych. Przyjrzyjmy się dziś temu zjawisku pod kątem urządzeń do pomiaru wilgotności. Postarajmy się odpowiedzieć na pytanie jak dobrać odpowiednie czujniki wilgotności w suszarniach?

Wczoraj a dziś

Proces suszenia jest jedną z najstarszych znanych metod konserwacji i utrzymania jakości  materiałów. Człowiek od zawsze stosował do swoich celów zmiany zachodzące w materii podczas ubytku wody, dzięki czemu metoda ta stała się jedną z pierwszych wykorzystywanych do przechowywania żywności. Zmiany, jakie zachodzą podczas odparowania wody, wykorzystywano także do produkcji naczyń z gliny. Ponadto zauważono, że drewno oraz inny materiał organiczny, odpowiednio wysuszony jest lżejszy, trwalszy i nie ulega rozkładowi.

Suszenie to proces pozbycia się z produktu wody poprzez jej wyparowanie. Proces ten najlepiej zachodzi w podwyższonej temperaturze oraz w miejscu przewiewnym — zwiększając temperaturę, zwiększamy zdolność powietrza do gromadzenia wody. Dochodzi wtedy do parowania, czyli do migracji wody z materiału do powietrza. Dodatkowo cyrkulacja powoduje, że powietrze, które wchłonęło już część wody, zastępowane jest suchym, dzięki czemu proces napędzany jest ponownie.

Parowanie to nie jedyny sposób na pozbywanie się wody z materii. Równie popularne to wirowanie. Materia wprowadzona w bardzo szybki ruch, najczęściej kołowy, powoduje przemieszczanie się cząsteczek wody w kierunku zewnętrznym, prowadząc do opuszczenia materii. Zjawisko to powszechnie używane jest w automatach wirowania, chociażby w popularnej pralce.

Wilgotność można także zmniejszać stosując środki chemiczne. Specjalne absorbenty chłoną wilgoć z otoczenia do momentu nasycenia, kiedy to tracą swoją zdolność i trzeba je wymienić.

Jeszcze innym sposobem pozbycia się wody, jest umieszczenie produktu w próżni. Wskutek podciśnienia woda zasysana jest z produktu do otoczenia.

Popularnych metod suszenia, jak widać, jest sporo. Dziś jednak przyjrzymy się bliżej procesowi suszenia, który oparty jest o parowanie wspomagane ciepłem i odpowiednią wentylacją. Dawniej stosowano w tym celu metody polegające na wysuszeniu produktów poprzez promienie słoneczne i wiatr. Później prawdopodobnie, jako czynnika zwiększającego temperaturę, używano ognia. Obecnie stosujemy wyspecjalizowane systemy grzania i wentylacji, a kontrola wilgotności jest jednym z kluczowych parametrów tego procesu.

Czujniki wilgotności w suszarniach

Czujniki wilgotności w wykonaniu przemysłowym trafiają w dużej mierze do suszarni drewna. Nierzadko wykorzystywane są również w procesach suszenia wyrobów ceramicznych, wyrobów makaronów, czy w procesach suszenia tekstyliów. Należy zauważyć, że pomiar wilgotności w takich aplikacjach jest o wiele trudniejszy, niż w systemach klimatyzacji i wentylacji (HVAC). Procesowi suszenia materiałów organicznych, prócz wydzielania wody, towarzyszy często wydzielanie innych substancji. Mają one negatywny wpływ na sensor pomiarowy. W suszeniu drewna będą to żywice, w suszeniu ceramiki sole i minerały, niejednokrotnie materiał organiczny. Biorąc pod uwagę, że substancje te wchodzą w reakcję z polimerem, z którego wykonany jest sensor, będzie to prowadziło do korozji i uszkodzeń sensora.

Zanieczyszczenie sensora materiałem suszonym wydaje się największym zagrożeniem, okazuje się jednak, że nie jedynym.

Pomiar wilgotności a wysokość temperatury

Nie bez znaczenia jest również podwyższona temperatura pracy. Przyjmuje się, że do temperatury 60°C można montować całe urządzenie pomiarowe w badanym medium. Temperatura powyżej 60°C negatywnie wpływa na pozostałe komponenty elektroniczne. Tylko nieliczne rozwiązania mają dopuszczenie do pracy w zakresie 60…80°C. Powyżej 80°C stosuje się rozwiązania, w których wyłącznie sonda z sensorem wprowadzana jest do medium. W związku z tym pozostała część elektroniki odseparowana jest na przewodzie i umieszczona poza medium.

Czy istnieją czujniki wilgotności , których konstrukcja pozwoli, wbrew zagrożeniom, na bezpieczny i dokładny pomiar? 

Odpowiedź brzmi tak. W czujnikach wilgotności w suszarniach, oferowanych przez firmę E+E Elektronik, dopuszczalną temperaturę pracy sondy, czyli aż 120°C mają przetworniki EE23 oraz HTP501. Specjalne przemysłowe sensory oraz odpowiednia kompensacja, pozwalają na stosowanie tych właśnie urządzeń w większości procesów suszenia. Zoptymalizowane sondy do trudnych warunków środowiskowych dają wysoką dokładność pomiaru.

Czy wilgotność ma wpływ na pracę przetwornika?

Tak. I to spory. Procesowi suszenia, prowadzonemu w wyższych temperaturach, któremu w początkowej fazie towarzyszy wysoka wilgotność, bardzo często dochodzi do kondensacji. Kondensacja wody na sensorze bez wątpienia sprzyja korozji oraz powstawaniu niejednokrotnie substancji żrących i kwasów. Okazuje się jednak, że już samo przebywanie sensora w warunkach wysokiej wilgotności w połączeniu z wysoką temperaturą, jest szkodliwe dla polimeru, z którego wykonany jest sensor. Można to zobaczyć na poniższym wykresie.

Najbardziej optymalne warunki pracy (zaznaczony obszar na zielono) dotyczą głównie przetworników pracujących w aplikacji HVAC. Warunki te nie są specjalnie wymagające.  Wykraczając z tej strefy, w pewnych warunkach dobór przetwornika wilgotności opartego o sensor pojemnościowy, nie jest nawet możliwy. Znając jednak ograniczenia wybranego urządzenia, możemy zaplanować odpowiedni serwis czy też jego wzorcowanie.

W aplikacjach, w których dochodzi do skropleń wody i występuje bardzo duża wilgotność, polecamy stosować przetworniki z podgrzewanymi sensorami. Przykłądem takiego czujnika jest czujnik HTS801, który gwarantuje długoterminową stabilność nawet w najtrudniejszych warunkach przemysłowych. Przemysłowy, monolityczny czujnik wilgotności z podgrzewaniem charakteryzuje się największą odpornością na zanieczyszczenia chemiczne.

Podsumowując, dzisiejszy stan wiedzy pozwala użyć wyspecjalizowane systemy grzania i wentylacji oraz dobrać odpowiednie urządzenia pomiarowe, które usprawnią proces suszenia. Biorąc pod uwagę ceny energii – zwiększenie efektywności przez chociażby skrócenie czasu suszenia, nie pozostaje bez znaczenia dla opłacalności procesu. Stosując sprawdzone i dobre urządzenie zapewnimy sobie szybki zwrot w inwestycji.

Jednocześnie zachęcamy Państwa do sięgnięcia do naszego czasopisma Pod Kontrolą, w którym przypominamy zalety stosowania przetworników z podgrzewanymi sensorami:

https://www.podkontrola.pl/precyzyjny-pomiar-wilgotnosci-95%c3%b7100-rh