En los entornos donde el secado de materiales es el tema principal, los términos TBS y TBH son habituales. Las siglas significan termómetro de bulbo seco y termómetro de bulbo húmedo. El TBS mide la temperatura del aire del ambiente donde está instalado. El TBH tiene el bulbo humedecido e indica una temperatura más baja, resultado del enfriamiento causado por la evaporación del agua, que depende de la humedad del aire. El área de la ingeniería que estudia las propiedades termodinámicas de las mezclas de aire y vapor de agua, y que trata este tema, es la psicrometría.

¿Cómo medir estas temperaturas? ¿Qué cuidados tomar para obtener medidas correctas? ¿Cómo se hace en la práctica? Para entenderlo mejor, conviene conocer algunos conceptos básicos.

Temperatura ambiente (bulbo seco)

Es la temperatura del aire en el ambiente donde está instalado el termómetro. Es lo mismo que la temperatura de bulbo seco (TBS).

Temperatura de bulbo húmedo

La temperatura de bulbo húmedo refleja el efecto de la evaporación del agua en el aire. La evaporación consume calor y provoca enfriamiento: como escapan las moléculas de mayor energía, las que quedan tienen menor energía cinética media y la temperatura del líquido baja. Un ejemplo de este fenómeno es la transpiración. La evaporación enfría porque transforma calor sensible en calor latente; en el caso del agua, son unas 540 a 585 calorías por gramo evaporado, según la temperatura.

Es la temperatura que se siente cuando la piel está mojada y expuesta a una corriente de aire. La temperatura de bulbo húmedo es una indicación de la cantidad de humedad en el aire: cuanto menor es la humedad relativa, más agua se evapora, mayor es el enfriamiento del termómetro de bulbo húmedo y mayor es la diferencia entre las lecturas de TBS y TBH.

El termómetro de bulbo húmedo tiene el bulbo cubierto por una malla porosa (generalmente de algodón) sumergida en un recipiente con agua destilada. La malla se mantiene siempre húmeda por capilaridad. La evaporación del agua de la malla retira calor del bulbo, y el termómetro indica una temperatura más baja que la del aire ambiente (medida por el bulbo seco). Esta evaporación, y por lo tanto la reducción de la temperatura de bulbo húmedo, es mayor cuanto más seco está el aire, y es nula cuando el aire está saturado de vapor de agua (humedad relativa del 100%).

Humedad relativa

Es la cantidad de vapor de agua contenida en el aire en relación con la cantidad máxima que ese mismo aire podría contener a esa temperatura, expresada en %. Así, si la humedad relativa es del 100%, el aire no absorbe más humedad sin que se produzca condensación.

Para cuantificar: 1 m³ de aire a 30 °C y 100% de humedad relativa contiene unos 30 g de agua (esta cantidad máxima depende esencialmente de la temperatura). Si ese mismo aire contiene 15 g de agua, su humedad relativa será de alrededor del 50%.

Humedad absoluta

La humedad absoluta, en base volumétrica, es la masa de vapor de agua contenida en un volumen de aire, expresada normalmente en gramos por metro cúbico (g/m³) o, en el SI, en kg/m³. Si toda el agua de un metro cúbico de aire se condensara en un recipiente, podría pesarse para cuantificar la humedad absoluta.

Con el ejemplo anterior, una porción de aire con una humedad absoluta de 0,030 kg/m³ contiene 30 g de agua por metro cúbico.

Humedad de equilibrio

Cuando un material higroscópico (como madera, papel, granos o tejidos de fibra natural) se expone a un ambiente, pierde o gana agua hasta ajustar su humedad a una condición de equilibrio con ese ambiente. El equilibrio se alcanza cuando la presión de vapor en la superficie del material se iguala a la presión de vapor de agua del aire que lo rodea.

Cómo medir correctamente estas magnitudes

Aquí tratamos los dispositivos usados para medir estas magnitudes dentro de un secadero (horno) de madera.

• TBS: se mide con sensores Pt100, un resistor de platino cuya resistencia aumenta de forma prácticamente lineal con la temperatura. El sensor va dentro de una vaina de protección de acero inoxidable y se conecta a un módulo electrónico que convierte el valor de la resistencia en una señal eléctrica utilizada por el indicador o el sistema de control.
• TBH: usa el mismo sensor que el TBS, pero la vaina de protección está envuelta en un tejido de algodón sumergido en un recipiente con agua a temperatura ambiente. La lectura se hace igual que en el TBS.
• HR (humedad relativa): puede medirse directamente, con sensores capacitivos o de cloruro de litio, o calcularse a partir de TBS y TBH con una carta psicrométrica.
• HE (humedad de equilibrio): puede calcularse o medirse con un sensor resistivo, similar a los medidores de humedad de la madera.
• HA (humedad absoluta): su medición se usa sobre todo en procesos de alta temperatura, en los que la carta psicrométrica no ofrece valores confiables. Los métodos directos usan sensores de velocidad de ultrasonido y sensores capacitivos montados en sustratos cerámicos.

Cuidados en la medición

Algunas consideraciones importantes para obtener buenas medidas de TBS y TBH:

• Use sensores de buena calidad, con buena linealidad entre temperatura y resistencia, sellado adecuado al proceso (para evitar la entrada de humedad) y conexión a tres o cuatro hilos.
• Instale los sensores en puntos del proceso donde el flujo de aire sea representativo y se renueve continuamente.

En las mediciones de bulbo húmedo, observe además estos aspectos, muy importantes:

• El sensor debe estar cubierto por un paño de algodón sumergido en un recipiente con agua.
• El paño de algodón debe cubrir la parte de la vaina donde está el sensor de temperatura, normalmente el extremo (4 a 5 cm desde la punta).
• La distancia entre el vástago del sensor y la superficie del agua de humectación debe ser del orden de 10 cm.
• El recipiente de agua debe tener un mecanismo de flotador que mantenga el nivel constante y evite el recambio continuo del agua.
• Es fundamental que el TBH esté expuesto al flujo de aire que circula por las pilas de madera en secado. Un TBH instalado fuera de ese flujo indicará valores erróneos, lo que provocará un secado deficiente.

Los controladores y gestores de secado de Marrari miden TBS y TBH y conducen el proceso automáticamente. Conozca las soluciones para la gestión de hornos de secado.

Autor: Celso Martini, director comercial de Marrari Automação

¿Quiere aplicar esto en su planta?

Hable con un especialista de Marrari por WhatsApp o conozca la solución indicada para su proceso.