Como escolher um sensor de umidade

Há duas grandezas físicas bem distintas que podem ser usadas para medir a umidade atmosférica ou de um gás: a umidade absoluta e a umidade relativa.

Umidade absoluta

A umidade absoluta é definida como a massa de vapor de água contida num certo volume de ar ou de gás seco. Geralmente expressa em gramas por unidade de volume, a umidade absoluta não depende da temperatura do ar ou do gás.

Umidade relativa

A umidade relativa é expressa em porcentagem e designa a relação entre a massa de vapor de água presente no ar (umidade absoluta) e a massa máxima de vapor de água que o ar pode conter (acima da qual ocorre a condensação do vapor de água).
Essa massa máxima de vapor de água (antes da condensação) varia conforme a temperatura. Quanto mais quente o ar ou o gás, mais vapor de água pode conter. Isto significa que a umidade relativa do ar ou de um gás contendo a mesma massa de vapor de água varia em função da sua temperatura.
A temperatura na qual se atinge uma umidade relativa de 100% é chamada de ponto de orvalho. Abaixo dessa temperatura, dá‑se a condensação.

Há três tipos principais de sensores:

Sensores de umidade capacitivos

São compostos por uma camada de material dielétrico sensível à umidade colocada entre dois eletrodos, formando assim um capacitor cuja capacitância varia linearmente com a umidade relativa.

Permitem medir a umidade relativa de 0% a 100%.

Além disso, fornecem medições atmosféricas de alta precisão. Este tipo de sensor é usado na indústria e em meteorologia.

Sensores de umidade resistivos

Medem a variação da impedância elétrica de um elemento higroscópico (que pode ser um polímero condutor ou um sal) por meio de íons. A resistência desse elemento sensível varia em função da umidade.

Estes sensores oferecem pouca precisão para medir valores de umidade relativa inferiores a 5%. Têm, contudo, um preço mais acessível. Constituem, por isso, uma boa opção se não forem necessárias medições de alta precisão.

Sensores de ponto de orvalho

Medem a temperatura do ponto de orvalho, ou seja, a temperatura a partir da qual o vapor de água no ar começa a condensar, fornecendo assim a indicação da umidade.

São mais complexos do que os tipos de sensores acima mencionados e sobretudo usados em laboratórios.

Sensor de umidade capacitivo da Rotronic

Os sensores de umidade capacitivos têm como elemento sensível um material dielétrico higroscópico posicionado entre um par de eletrodos, funcionando assim como um capacitor em contato com a atmosfera (ar ou gás) cuja umidade se quer medir.

Ao absorver a umidade da atmosfera, o material dielétrico faz com que o valor da capacitância do capacitor varie de acordo com a umidade relativa da atmosfera.

Vantagens:

• São confiáveis, precisos e estáveis;
• Têm um tempo de resposta rápido;
• Oferecem uma ampla faixa de medição da umidade relativa (de 0% a 100%);
• Podem operar numa ampla faixa de temperaturas (de -70°C a +200°C);
• São compactos e fáceis de integrar;
• Apresentam uma certa resistência à condensação, a poeiras e a produtos químicos.

Desvantagens:

• São menos precisos na medição de níveis de umidade muito baixos (inferiores a 10%);
• São mais caros do que os sensores resistivos.

Sensor de umidade resistivo da Rotronic

Os sensores de umidade resistivos medem as alterações na impedância elétrica de um material higroscópico, como um polímero condutor ou um sal. Os sensores resistivos são geralmente compostos por eletrodos de um metal nobre depositados sobre um substrato ou por eletrodos enrolados em um cilindro de plástico ou vidro. O substrato é revestido com um sal ou um polímero condutor cuja resistência elétrica varia em função da umidade da atmosfera ao redor do elemento sensível.

Esses sensores são mais econômicos e oferecem a vantagem de poderem ser substituídos no terreno e utilizados de imediato, sem precisarem de ser calibrados antes.

Vantagens:

• São um pouco mais econômicos do que os capacitivos;
• Podem ser substituídos no terreno sem necessidade de calibração; 
• São adequados para uma faixa de umidade relativa média (de 20% a 90%).

Desvantagens:

• Não são adequados a condições de operação extremas;
• São sensíveis à condensação e a produtos químicos.

Sensor de ponto de orvalho da Ahlborn

Os sensores de ponto de orvalho funcionam segundo um princípio de medição óptica para determinar a temperatura do ponto de orvalho da atmosfera. Têm por base um espelho que reflete um feixe de luz em direção a um sensor. A superfície do espelho é resfriada por um elemento termoelétrico (Peltier). Quando o ponto de orvalho é atingido, forma-se condensação no espelho, que reflete assim menos luz para o sensor optoeletrônico. Um sensor de temperatura mede então a temperatura do espelho (temperatura do ponto de orvalho), que é usada para calcular a umidade do ar.

Vantagens:

• Apresentam uma excelente estabilidade a longo prazo;
• Reagem rapidamente às variações de umidade;
• São resistentes à condensação.

Desvantagens:

• Precisam de um ambiente limpo para funcionar corretamente;
• Não apresentam um comportamento linear com níveis muito baixos de umidade relativa;
• São caros em comparação com as outras tecnologias.

Depois de decidir qual o tipo de sensor de umidade mais adequado ao uso previsto, deverá selecionar um modelo específico com base nos critérios de escolha habituais de qualquer outro sensor:

• Faixa de medição
• Precisão
• Resolução
• Sinal de saída e tipo de conector elétrico
• Tipo de montagem e de conexão ao processo
• Temperatura de operação e grau de proteção de acordo com as condições ambientais de funcionamento