Precisión bajo condiciones adversas

En las salas de entrenamiento se dan condiciones especiales.

La estructura del sensor HUMICAP de Vaisala.

Matthias Lorenzen, Gerente de Desarrollo de Negocios, EMEA, Vaisala.

La elección de los instrumentos de medición adecuados es de gran importancia para lograr resultados óptimos. Un desafío particular son las mediciones de humedad, como las que se realizan en salas limpias y cámaras climáticas. Entornos críticos como estos dependen de procedimientos de medición de alto rendimiento, ya que parámetros como la humedad o la temperatura, por ejemplo, en la fabricación, tienen un impacto significativo en la calidad de los productos y la productividad. No en vano, su control y registro están sujetos a estrictas directrices. Para mantener una operación continua con especificaciones establecidas, los instrumentos de medición utilizados deben garantizar una alta precisión de forma constante, incluso en condiciones adversas.

La selección de los instrumentos de medición de humedad adecuados para salas limpias y cámaras climáticas requiere consideraciones cuidadosas. Las soluciones "estándar" son casi inexistentes debido a las diferentes aplicaciones y condiciones en estos entornos. En la industria de semiconductores y electrónica, con ciclos de producción cada vez más cortos, la supervisión de la humedad o los puntos de rocío en el proceso de fabricación se vuelve cada vez más importante. En los mini-entornos de las plantas de producción, se exigen cada vez más sistemas de medición de alta precisión con desviaciones de +/-1 % de humedad relativa (HR). En la supervisión de humedad en instalaciones para la fabricación de pantallas de cristal líquido y pinturas, además de la precisión, la durabilidad de los sensores juega un papel importante. En entornos así, a menudo aparecen contaminantes del aire no deseados que pueden afectar los elementos sensibles de los sensores. Al seleccionar instrumentos de medición en cámaras climáticas, surge la pregunta de si las mediciones de humedad son necesarias en toda la gama de temperaturas de operación, si durante una prueba puede ocurrir condensación o si la cámara se operará durante un período prolongado con una humedad relativa cercana al 100 %. Gases agresivos o entornos extremadamente secos también pueden representar un desafío: no todos los instrumentos son adecuados para tales condiciones.

Aquí entran en juego los especialistas

Las salas limpias y las cámaras climáticas ponen a prueba los instrumentos de medición, ya que a menudo existen condiciones que dificultan mediciones precisas:

Altos niveles de humedad – Los entornos con atmósfera saturada son problemáticos para la mayoría de los sensores eléctricos de humedad. Los psicrómetros son más adecuados, ya que proporcionan valores precisos. Sin embargo, requieren mantenimiento continuo y alcanzan sus límites cuando también hay valores bajos de humedad o temperaturas extremas. Una solución óptima para estos casos son los sensores capacitivos con una función de precalentamiento inteligente: la temperatura de la sonda se mantiene ligeramente por encima de la temperatura ambiente. Esto previene la condensación o congelación de la sonda y garantiza la continuidad de las mediciones incluso en entornos con condensación. Además, las sondas calefactadas pueden operarse en combinaciones de temperatura y humedad en las que los psicrómetros no son efectivos o simplemente no se pueden usar.

Gases agresivos – Los sensores de humedad generalmente están en contacto directo con el gas o mezcla de gases del entorno. En algunas aplicaciones, pueden presentarse concentraciones particularmente altas de productos químicos agresivos, lo que conduce a una deriva de ganancia reversible en el sensor de humedad o punto de rocío. Un sensor de humedad simple puede llegar rápidamente a sus límites en estos casos. Para aplicaciones como estas, se utilizan sensores de humedad de alta calidad, caracterizados por la selección del polímero del sensor y una estructura optimizada. Un ejemplo es el sensor capacitivo HUMICAP®180R de Vaisala, que se produce en la sala limpia propia de la empresa, basada en años de experiencia en la fabricación de sensores de humedad. Otra solución para el problema de la deriva potencial del sensor es la "limpieza química del sensor" que ofrece Vaisala. Al calentar el sensor, los contaminantes responsables de la deriva se volatilizan, restaurando las propiedades originales del sensor.

Entornos extremadamente secos – Para medir el contenido de agua en el aire, en la práctica se emplean diferentes sensores según el rango de humedad. Un sensor de humedad estándar generalmente se usa a partir de un contenido de humedad del 10 % HR. Sin embargo, en cámaras climáticas, puede ser necesario un contenido de humedad de solo el 3 % HR o menos. La mayoría de los instrumentos de medición de humedad, diseñados para un rango de 0 a 100 % HR, no funcionan de manera confiable en condiciones de humedad tan baja. En estos casos, se emplean medidores de punto de rocío, que, gracias a tecnologías específicas como sensores de polímero, pueden realizar mediciones capacitivas confiables del punto de rocío. Los sensores capacitivos que utilizan esta tecnología pueden operarse en un rango de temperatura muy amplio. Con un rango de -70 a +180 grados Celsius, no encuentran límites en puntos de congelación o ebullición.

La calibración también es importante

Para garantizar una alta precisión de los instrumentos de medición de forma duradera, es importante realizar calibraciones precisas de forma regular. En principio, una calibración en laboratorio es preferible a una calibración en el lugar. En un laboratorio, se pueden minimizar significativamente los efectos del entorno y la cantidad de factores que influyen. Sin embargo, las calibraciones en operación son una forma rápida y sencilla de verificar los instrumentos sin tener que retirarlos del proceso o área. Para calibraciones en el lugar, se utilizan dispositivos portátiles universales que muestran gráficamente los resultados de medición a lo largo del tiempo o los transfieren a un PC. Lo ideal es que puedan conectarse directamente a los instrumentos de medición. Esta posibilidad debe considerarse desde la selección de los instrumentos.

Los factores "duros" descritos, que se basan en el uso, ayudan en la elección de los instrumentos. Además, si se consideran factores "blandos" como una instalación y mantenimiento sencillos, bajo requerimiento de mantenimiento, posibilidad de personalización y el servicio del fabricante, se puede encontrar el equipamiento óptimo para la medición de humedad en salas limpias y cámaras climáticas.

Consejo de servicio: atención al elegir servicios de calibración

Las calibraciones deben ser realizadas en cualquier caso por proveedores certificados. Pueden ser fabricantes que ofrecen calibraciones para sus propios productos, o laboratorios que calibran instrumentos en general. Sin acreditación, no se puede certificar la competencia de los servicios. Por ello, antes de decidirse por un proveedor, siempre se debe verificar su competencia. Cada proveedor de servicios de calibración debe poder demostrar una cadena de trazabilidad válida. Al menos, una referencia de laboratorio debe haber sido calibrada en un laboratorio externo, que luego se utilice para la calibración interna. Además, el alcance de los servicios debe aclararse antes de comenzar la colaboración: algunos proveedores comerciales solo muestran las incertidumbres de medición en sus certificados de calibración si se solicitan expresamente. Otros, en cambio, no son capaces de calcular incertidumbres de medición en absoluto.