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O Medidor de Umidade por Microondas Mw2001 foi desenvolvido para quantificar o percentual de água (umidade) em linhas e processamento de tabaco, cereais, areia, cimento, madeira e diversos outros materiais. O equipamento foi projetado para ser facilmente instalado em esteiras transportadoras e utiliza campos eletromagnéticos na frequência das microondas para medir com precisão a umidade dos materiais.

Medidor de Umidade por Microondas Mw2001

  • Até 4 unidades de leitura por CPU
  • Fácil de operar
  • Fácil de instalar
  • Fácil de calibrar
  • Sistema microprocessado de medição
  • Indicador numérico
  • Ajustável para vários tipos de materiais

A umidade ocorre praticamente em todos os materiais e pode afetar significativamente as propriedades desses materiais comprometendo as características do produto, qualidade, custo, lucratividade, podendo até inviabilizar sua utilização.  Existe um grande número de técnicas para a medição da umidade. Descrevemos algumas a seguir.

Técnicas de medição de umidade

Podemos dividir as técnicas de medição de umidade em três grupos:

Métodos gravimétricos

Consistem na medição do peso de uma amostra antes e após a desidratação por aquecimento. A umidade será a diferença do peso da mostra úmida para o peso da amostra seca. Este método é o mais antigo e aceito universalmente e pode ser utilizado para calibrar e aferir equipamentos que utilizam outras técnicas, por exemplo equipamentos de medição online. Contudo, o método é destrutivo, a amostra é inutilizada e deve ser removida do processo. Este método demanda tempo pois a amostra deve ser lenta e cuidadosamente desidratada e pesada. O método é caro e lento mas pode ser utilizado para calibração.

Medição por impedância elétrica

Esta técnica utiliza a diferença da constante dielétrica da água e do material avaliado. Ao aplicar uma diferença de potencial à amostra e medindo a corrente resultante, a resistência elétrica ou a capacidade de armazenamento de cargas, uma leitura da permissividade pode ser efetuada e a umidade medida. Esta técnica utiliza a característica de alta permissividade da água se comparada com os materiais sendo medidos, sejam sólidos ou gases. Quando o espaço entre as placas de um capacitor é preenchido por um material dielétrico a capacitância aumenta. O dielétrico reduz a diferença de potencial entre as placas de forma que a fonte externa pode aumentar o fluxo de corrente no circuito até que as cargas elétricas nas placas se equilibrem. Dessa forma, medindo a capacitância, resistência ou condutividade da amostra podemos avaliar e medir a umidade.

Métodos espectroscópicos

Esses métodos utilizam o espectro próximo do infra-vermelho ou, mais exatamente, um das três faixas de níveis de energia vibracional do hidrogênio/oxigênio. Para gases esse método por Infra Red funciona bem. Para sólidos, a técnica utiliza uma medição da energia refletida pela superfície do material, onde um sinal de assinatura multi frequencial é comparando com a intensidade conhecida para a capacidade de reflexão da molécula da água. A leitura do sinal refletido é processada e calibrada para indicar o nível de umidade na superfície do material avaliado. A desvantagem do método está na medição apenas da superfície da amostra, desconsiderando a umidade no interior do material.

Existem diversos outros métodos, principalmente para a leitura de umidade em gases ou para medição de umidade relativa do ar. O objetivo aqui é de esclarecer a aplicabilidade desses métodos na medição online da umidade em processos industriais, em especial no processamento de tabaco, nos quais os métodos anteriores não são tão eficientes como o método de medição da umidade por microondas, que se apresenta como a melhor solução.

Medição de umidade por microondas

Este método utiliza uma técnica bastante diferenciada para a determinar os níveis de umidade em fardos. Em altas frequências, as moléculas de água são levadas a girar. A energia de rotação da molécula da água é especifica devido ao seu tamanho e geometria triatômica únicos.

Esta excitação específica da molécula da água é semelhante ao método utilizado pela técnica Near Infra Red, fazendo uso da energia vibracional do conjunto hidrogênio/oxigênio, onde a ligação molecular funciona como um conjunto ressonante. Utilizando a energia por microondas, contudo, temos um método mais preciso para medir a quantidade de água em materiais sólidos, granulados e particulados, onde outros métodos não são aplicáveis pois medem apenas a superfície ou necessitam um contato intrusivo com o  produto.

O medidor de umidade por microondas irradia um sinal de baixa intensidade eletromagnética que é colimado e formatado por guias de ondas e antenas, e utiliza o processamento digital de sinais para medir as alterações dos campos eletromagnéticos. A técnica de microondas permite tanto a medição da energia absorvida quanto a refletida. Isso significa que a o material a ser medido pode ser colocado entre o lado receptor e o transmissor, podendo passar entre os dispositivos e assim viabilizando a utilização em esteiras transportadoras.

Dessa forma, o medidor por microondas pode ser utilizado para a medições remotas, sem contato, em materiais transportados por esteiras, vertedouros, sopradores e tubulações.

Variações na densidade serão detectadas pelo medidor que pode ser utilizado para a detecção de falhas, bolhas e espaços vazios do material, permitindo a utilização no controle de qualidade de diversos processos produtivos.

As vantagens da medição de umidade por microondas sobre outros métodos incluem:

Medição de fardos: O faixo de energia atravessa o material, permitindo a medição da umidade de todo o conteúdo e não apenas da superfície.

Precisão: A energia do microondas é absorvida apenas pelas moléculas de água e não é afetadas  pela coloração do material como acontece com os medidores por infra vermelho, ou pela textura como acontece com os medidores por impedância elétrica. A velocidade do material também não afeta a medição.

Calibração: A calibração dos medidores de umidade por microondas pode ser feita pela utilização de métodos gravimétricos de amostras periódicas ou pela utilização de células de calibração fornecidas pelo fabricante do equipamento.

Operação: O medidor de umidade por microondas é fácil de operar e instalar na linha de processo industrial. Softwares de processamento modernos permitem a indicação instantânea e o registro histórico da medição da umidade para o controle e automação de processos industriais com baixos custos.

Exemplos de aplicação do medidor de umidade por microondas onde outros métodos não apresentam a mesma eficiência incluem:

  • linhas de processamento de tabaco
  • produção de placas de todo o tipo
  • manufatura de papel e polpa
  • laminados para embalagem
  • processamento de madeira
  • areia e cerâmicas
  • alimentação animal, cereais, pó, e pellets
  • secagem de grãos e atividades de colheita
  • comida congelada, processamento de leite e diversas outras aplicações

Diagrama de blocos

O Medidor de Umidade por Microondas Mw2001, como mostrado no diagrama de blocos abaixo, é composto de um Transmissor que gera a energia em microondas, um Receptor que detecta e amplifica o sinal de microondas e uma Unidade Central de Processamento responsável pela conversão e tratamento matemático do sinal para o cálculo e apresentação visual da umidade medida.

Operação

A unidade transmissora irradia a energia microondas continuamente enquanto o produto passa entre o transmissor e o receptor. O produto sendo analisado absorve parte da energia irradiada pelo transmissor reduzindo o sinal detectado pela unidade receptora. O sinal detectado é continuamente amplificado, e tratado pela unidade central de processamento.

O software de controle varre o circuito de leitura 50 vezes por segundo para realizar um cálculo preciso do perfil de umidade no produto. Por fim, algoritmos matemáticos calculam a quantidade de água presente no produto e consequentemente a umidade do material.

Para cada unidade de leitura (Transmissor + Receptor), a CPU disponibiliza um sinal em 4 a 20 mA proporcional a umidade medida.

Especificações gerais

  • Faixa de medição: 1% to 50% ajustável
  • Repetibilidade: melhor que 0,1%
  • Precisão: melhor que 0,3%
  • Amostragem de leitura: até 50 amostras / segundo
  • Temperatura de operação: 0º a 40º C
  • Interface: quatro saídas analógicas 4 a 20 mA
  • Alimentação: 220 VCA

Unidade transmissora

A unidade transmissora é composta de:

  • 1 fonte de alimentação 2035
  • 1 gerador de microondas 2032
  • 1 antena a com Backplane

 

Unidade receptora

A unidade receptora é composta de:

  • 1 fonte de alimentação 2035
  • 1 módulo condicionador 2008B
  • 1 antena com Backplane
  • 1 módulo conversor tensão/corrente 2026B

Unidade Central de Processamento

A CPU é composta de:

  • 1 módulo de processamento central
  • Conexões

Instalação física

A figura abaixo apresenta um exemplo de solução mecânica para fixar o receptor acima da esteira transportadora e o receptor abaixo da esteira. A estrutura de fixação deverá permitir o ajuste das alturas do módulos transmissor e receptor para obter o melhor rendimento do sinal.

Conexões elétricas

Uma vez posicionadas as unidades transmissora e receptora, as mesmas devem ser interconectadas a Unidade Central por meio de cabos específicos ligados as caixas de conexão. Os esquemáticos de conexão são apresentados a seguir.

Conexão do transmissor – O transmissor necessita apenas da alimentação 220 VCA. Esta alimentação provém do unidade central. A figura abaixo apresenta a conexão do transmissor.

Conexão do receptor – A caixa de conexão da unidade receptora é mostrada abaixo. Esta unidade é alimentada por 220 VCA e fornece um sinal de 4 a 20 mA que deve ser conectado à unidade central por meio de um cabo blindado.

 

Calibração da unidade central

A calibração da unidade central é feita nas telas da unidade de processamento ajustando os parâmetros. A IHM da unidade de processamento possui um display alfa numérico de duas linhas e quatro teclas de função.

F1 – ativa a tela anterior

F2 – ativa a tela seguinte

F3 – incrementa o parâmetro mostrado na tela presente

F4 – decrementa o parâmetro mostrado na tela presente

Quando ligado o equipamento irá apresentar a tela principal como mostrado abaixo. Esta tela apresenta as quatro leituras de umidade referentes às quatro unidade medidoras.

As próximas telas permitem ao operador visualizar e ajustar os parâmetros de ajuste do medidor de umidade para cada unidade medidora. A seguir apresentamos o procedimento para calibrar a primeira unidade medidora. O ajuste das restantes unidades segue o mesmo procedimento.

Calibração do canal 1

Ajuste de zero – se a tela presente é a tela principal, pressione F2 duas vezes para mostrar a tela ZERO 1. Pressione F3 ou F4 para ajustar a indicação de umidade para o valor mínimo esperado.

Ajuste de fim de escala – Pressione F1 or F2 para mostrar a tela SPAN1. Pressione F3 ou F4 para ajustar a  indicação de umidade para o máximo de umidade esperado.

Ajuste de ganho e offset – São necessárias uma amostra seca e uma úmida para o ajuste de ganho offset. A umidade de ambas amostras deve ser previamente conhecida utilizando métodos laboratoriais de medição.

  1. Coloque a amostra seca entre as unidades transmissora e receptora e ajuste o OFFSET de forma a que o indicador mostre o valor de umidade conhecido da mostra seca.
  2. Coloque a amostra úmida entre as unidades transmissora e receptora e ajuste o GAIN de forma a que o indicador mostre o valor de umidade conhecido da mostra úmida.
  3. Repita os passos 1 e 2 até nenhum ajuste seja necessário.

OBS: Pressione F1 ou F2 para mudar para a tela desejada. Pressione F3 ou F4 para ajustar a indicação de umidade para refletir os valores reais.

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