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MEDI

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Title: MEDI O DE UMIDADE Author: Marcos Last modified by: Novus Eletronicos Ltda Created Date: 9/5/2004 11:30:40 PM Document presentation format – PowerPoint PPT presentation

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Title: MEDI


1
(No Transcript)
2
IMPORTÂNCIA APLICAÇÕES DO CONTROLE DE UMIDADE
MEDIÇÃO DE UMIDADE
3
QUALIDADE DO AR
  • Cada um de nós inspira pelo menos
    litros de ar por dia, e passamos a maior parte do
    tempo em espaços fechados.

15.000
  • A má qualidade do ar causa irritação da pele,
    mucosas e órgãos respiratórios. Provoca também
    dores de cabeça, fadiga e diversas doenças.
  • A umidade ambiente tem papel importante na
    qualidade do ar. O nível ideal de umidade é entre
    40 e 60 UR.

4
QUALIDADE DO AR
  • Em alta umidade, aumenta a proliferação de
    bactérias e o crescimento de fungos (mofo).
  • Em baixa umidade, vírus vivem mais tempo e são
    mais facilmente inalados com partículas de poeira.
  • Em alta temperatura, nosso corpo sua para que a
    evaporação reduza sua temperatura. Se a umidade é
    alta, a evaporação é reduzida e o corpo gasta
    mais energia, causando fadiga.

5
APLICAÇÕES
Mais aplicações durante a exposição técnica ...
6
DEFINIÇÕES E TERMINOLOGIA
MEDIÇÃO DE UMIDADE
7
DEFINIÇÕES DE UMIDADE
  • UMIDADE (HUMIDITY) Expressa o conteúdo de vapor
    de água em gases.
  • UMIDADE (MOISTURE) Expressa a quantidade de água
    em um sólido ou líquido que pode ser retirada sem
    alterar suas propriedades químicas.
  • PSICROMETRIA Trata das propriedades
    termodinâmicas de gases úmidos.

8
COMPOSIÇÃO DO AR
  • O ar é uma mistura de vários gases

Componente Volume Peso
Nitrogênio 78 75
Oxigênio 21 23
Argônio 1 1
Dióxido de Carbono 0,03 0,04
Outros 0,02 0,01
  • Lei de Dalton

A pressão total de um gás é a soma das pressões
individuais de seus componentes
9
PRESSÃO DE VAPOR
  • A água em estado gasoso é mais um componente do
    ar, com uma determinada Pressão de Vapor de
    Água relacionada à quantidade de água presente
    no ar.
  • A pressão de vapor de água tem um valor máximo
    que depende da temperatura. Ar quente pode reter
    mais água.
  • A Pressão de Saturação de Vapor de Água define
    a máxima quantidade de água que o ar a uma dada
    temperatura pode conter.Acima desta ocorre
    condensação.

10
FÓRMULA DE MAGNUS
11
MEDICINA E SAÚDE
  • A eclosão de ovos de mosquito é facilitada em
    ambientes de alta temperatura e umidade.
  • Unidades de tratamento de queimados são mantidas
    a 32C e 95 UR.
  • A alta umidade agrava os sintomas da artrite.

12
UMIDADE RELATIVA
  • Relação percentual entre a pressão de vapor e a
    pressão de saturação de vapor de água.

13
UMIDADE RELATIVA
  • Se em um sistema fechado a temperatura aumenta, a
    umidade relativa diminui, devido ao aumento da
    pressão de saturação de vapor.
  • Se em um sistema fechado a pressão do ar aumenta,
    a umidade relativa também aumenta, devido ao
    aumento da pressão de vapor de água (Lei de
    Dalton).

T? ? RH? P? ? RH?
  • Em altas pressões os gases se comportam de forma
    não ideal. Aplica-se um fator de correção à
    pressão de saturação do vapor.

14
UMIDADE RELATIVA
  • Abaixo de 0,01C (ponto tríplice da água), o
    estado estável é gelo. A pressão de saturação
    sobre o gelo é menor que sobre a água
    (evaporação mais difícil) .
  • O cálculo da UR usualmente continua sendo baseado
    na pressão de saturação de água.
  • Como resultado, UR de 100 não é atingível para
    temperaturas negativas.

T 0C -10C -20C -30C -40C
URmáx 100 91 83 76 70
15
PONTO DE ORVALHO
  • É a temperatura em que o ar se torna saturado de
    água e esta começa a condensar.
  • Na temperatura de orvalho, RH 100.
  • Quanto menor a temperatura de orvalho, mais seco
    está o ar.
  • É uma medida de umidade absoluta, ou seja,
    permanece constante em um sistema fechado mesmo
    que ocorram variações de temperatura.

16
PONTO DE ORVALHO
  • O ponto de orvalho pode ser calculado a partir da
    Umidade Relativa e Temperatura, usando a fórmula
    de Magnus e de cálculo da RH

Psaturação
PVaporÁgua
17
PONTO DE ORVALHO
  • É utilizado na supervisão de sistemas em que a
    condensação é um problema (exemplo tubulações
    externas)
  • É aplicado em medições de baixas umidades, por
    sua melhor resolução nesta condição. Em
    temperatura ambiente, uma variação de UR de 1
    para 2 corresponde a uma variação de -36C para
    -29C no ponto de orvalho
  • Algumas áreas de aplicação tratamento térmico de
    metais, secagem de plástico, ar comprimido.

18
AR COMPRIMIDO
  • Sistemas de ar comprimido devem produzi-lo seco,
    sem óleo e sem partículas sólidas. Em algumas
    aplicações o ar deve ter ponto de orvalho de
    -70C, que equivale a umidade relativa de 0,02
    em temperatura ambiente.

19
UMIDADE ABSOLUTA
  • Mede a massa de água em gramas contida em 1m3 de
    ar úmido.
  • Calculada a partir da Temperatura e da Pressão de
    Vapor de Água

20
OUTRAS GRANDEZAS
  • Razão de umidade.
  • Umidade específica.
  • Fração molar.
  • Atividade de água.
  • Temperatura de bulbo úmido.
  • Entalpia específica.

21
AGRO-INDÚSTRIA
  • Exportador de café aufere mais receita em
    exportações para o Japão quando a carga é
    monitorada por data logger de temperatura e
    umidade.
  • O grão de arroz deve ser estocado seco, com
    umidade de 14 a 22, para manter baixa a
    atividade de água, responsável pela proliferação
    de fungos e bactérias, que pode causar até mesmo
    incêndios.

22
REQUISITOS DE MEDIDORES DE UMIDADE
MEDIÇÃO DE UMIDADE
23
REQUISITOS CRÍTICOS
São críticos em medição de umidade os seguintes
requisitos
  • Compatibilidade com o meio
  • Faixa de operação (umidade e temperatura)
  • Precisão

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COMPATIBILIDADE COM MEIO
Os sensores de umidade não podem ser totalmente
encapsulados. A parte ativa do sensor deve estar
em contato com o meio. Principais problemas
  • Contaminação químicaFontes típicas de problemas
    Amônia, Acetona, Etanol
  • Tolerância à condensaçãoAlguns sensores de
    umidade não podem ser molhados (?!?)
  • Limites de pressãoSeleção do sensor e sua forma
    de montagem

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AGRO-INDÚSTRIA
  • Incubação em aviários tem sua condição ideal a
    37C e 60 UR. Em baixa umidade os pintos nascem
    mutilados por não conseguir se desprender do ovo.
  • Os vapores de Amônia derivados dos excrementos de
    aves são altamente prejudiciais aos circuitos
    eletrônicos, e poucos sensores resistem neste
    ambiente.

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FAIXA DE OPERAÇÃO
  • Limites de temperatura e umidadeExtremos
    típicos -40 a 120C, 0 a 100RH
  • Limites combinados de temperatura x umidadeNem
    sempre todas as combinações extremas são
    permitidas
  • Limites de pressãoSeleção do sensor e sua forma
    de montagem

27
ALIMENTOS
  • O processo de cozimento de pães e biscoitos
    requer controle da temperatura e umidade para
    garantir a qualidade. A alta temperatura (300C)
    impõe dificuldades na medição.

28
PRECISÃO
Cuidado com informações incompletas. Geralmente é
dado apenas um número para a precisão, o que não
é o suficiente. Medidores de umidade têm várias
fontes de imprecisão significativas
  • Precisão diferente para diferentes valores de
    umidade
  • Erro por variação da temperatura do sensor
  • Erro por variação da temperatura da eletrônica

Além de erros menores por histerese e
repetibilidade
Erros de 2 em um ponto e 5 em uma faixa ampla
de operação é muito bom para UR
29
ALIMENTOS
  • Sal deve ser conservado em umidade abaixo de 75.
  • Açúcar deve ser conservado em umidade abaixo de
    65. Açúcar refinado para exportação deve ter no
    máximo 0,04 de umidade.
  • O chocolate quando exposto a umidade não
    controlada muda de sabor e memo ao retornar ao
    ambiente seco tem sua aparência alterada, ficando
    com manchas brancas.

30
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE UMIDADE
MEDIÇÃO DE UMIDADE
31
POR SECAGEM
  • Umidade determinada pela diferença de peso antes
    e após a secagem.
  • Resultado depende da temperatura escolhida, pois
    níveis diferentes de energia térmica são
    necessários para liberar a água de suas
    diferentes ligações com a amostra.
  • Secagem termina quando o peso da amostra deixa de
    variar ou se sua temperatura se eleva subitamente
    (fim da evaporação).
  • Útil como método de comparação entre amostras de
    um mesmo produto.

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AGRO-INDÚSTRIA
  • Produção leiteira depende fortemente do
    micro-clima em qua as vacas repousam,
    especialmente da temperatura e umidade.
  • Gado de corte no Japão é confinado em ambiente
    climatizado com música, comem cevada e recebem
    massagem.

33
ESPELHO RESFRIADO
  • Uma superfície espelhada exposta ao gás a ser
    medido é resfriada até que ocorra condensação.
  • Um sistema ótico detecta a condensação e regula a
    intensidade do resfriamento para manter fina a
    camada de condensação.
  • Um sensor mede a temperatura do espelho nesta
    condição, que corresponde à temperatura de
    orvalho da amostra.

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ESPELHO RESFRIADO
  • Método muito preciso, utilizado tipicamente em
    laboratório como referência de calibração.
  • Pouco tolerante a poeira e outras contaminações.
  • Equipamento não portátil.

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BULBO SECO E BULBO ÚMIDO
  • A água evapora mesmo à temperatura ambiente. A
    energia necessária à evaporação vem da própria
    água, que conseqüentemente esfria.
  • Se um termômetro mede a temperatura em um tecido
    molhado submetido a uma corrente de ar, sua
    leitura será inferior à temperatura ambiente e se
    denomina Temperatura de Bulbo Úmido.
  • Um segundo termômetro mede a temperatura do ar,
    denominada Temperatura de Bulbo Seco.

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BULBO SECO E BULBO ÚMIDO
  • A Carta Psicrométrica permite o cálculo da
    umidade ambiente a partir destas 2 temperaturas.

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BULBO SECO E BULBO ÚMIDO
Medida pouco precisa
  • Em baixa umidade, a diferença entre as
    temperaturas chega a 15C, causando demora na
    estabilização.
  • Erro de 0,5C na leitura da temperatura do bulbo
    úmido pode resultar em erro de 10 na umidade
    relativa.
  • Forte dependência da calibração dos termômetros.
  • Pouco prático Requer circulação de ar e
    reposição da água que mantém o bulbo úmido.

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CONTROLE DE ELETRICIDADE ESTÁTICA
  • Descargas eletrostáticas são prejudiciais para
    componentes eletrônicos e perigosas em áreas
    industriais com risco de explosão.
  • O ar úmido contribui na dissipação de cargas
    eletrostáticas pelo aumento da condutividade de
    superfícies devido ao acúmulo de umidade.
  • Umidade entre 40 e 60 é adequada tanto para
    reduzir o efeito das descargas eletrostáticas
    quanto prevenir corrosão.

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CONTROLE DE ELETRICIDADE ESTÁTICA
ATIVIDADE TENSÃO ARMAZENADA TENSÃO ARMAZENADA
ATIVIDADE 20 UR 80 UR
CAMINHAR EM PISO DE VINIL 12kV 250V
CAMINHAR EM CARPETE 35kV 1,5kV
LEVANTAR DE ALMOFADA 18kV 1,5kV
PEGAR UM SACO DE POLIETILENO 20kV 600V
40
CONTROLE DE ELETRICIDADE ESTÁTICA
  • Na produção de micro-fibras sintéticas a umidade
    baixa demais facilita a geração de eletricidade
    estática que, por sua vez provoca incêndios .

41
CONDUTIVIDADE TÉRMICA
  • Composto por 2 termistores. Um é selado em uma
    atmosfera de Nitrogênio seco e o outro exposto ao
    ar.
  • A mesma corrente circula por ambos os
    termistores, elevando sua temperatura para a
    faixa de 200C.
  • O termistor exposto ao ar úmido fica mais frio
    pela maior condutividade térmica da água.
  • A diferença entre as resistências dos 2
    termistores é proporcional à Umidade Absoluta.

42
CONDUTIVIDADE TÉRMICA
  • Aplicado em altas temperaturas (300C).
  • Boa resistência a atmosferas agressivas.
  • Apresenta erros se o gás em medição tem
    propriedades térmicas diferentes do Nitrogênio.
  • Apresenta erro quando ocorre variação da
    temperatura.

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ABSORÇÃO DE LYMAN-ALFA
  • Baseado na geração de radiação ultra-violeta e
    absorção desta pelo vapor de água presente no
    espaço entre o emissor e o receptor.
  • Aplicado principalmente em climatologia e
    aviônica.
  • Tempo de resposta pequeno (ms).

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RF E MICROONDAS
  • Aplicado na medição de quantidade de água em
    sólidos não condutivos.
  • Baseado na variação de absorção da energia
    eletromagnética (50 a 1300MHz) causada pela
    grande diferença entre a constante dielétrica da
    água e de materiais secos.
  • Permite a detecção de baixíssimas concentrações
    de água (lt50ppm).
  • Amostra do material deve ser condicionada e
    inserida em uma câmara com eletrodos.

45
INFRA-VERMELHO (NIR)
NIR Near Infrared
  • A água absorve a luz de determinados comprimentos
    de onda próximas ao infravermelho (1450, 1950 e
    3000nm).
  • Luz em vários comprimentos de onda é emitida, e
    dois receptores medem a luz refletida pelo
    material em análise (sólido).
  • Um receptor mede em comprimento de onda não
    absorvido pela água e o outro em comprimento de
    onda absorvido pela água.

46
INFRA-VERMELHO (NIR)
  • O conteúdo de água do material é calculado a
    partir destas 2 medidas.
  • Permite medição On-Line de umidade em uma
    esteira transportadora de grãos, pó ou folhas.

47
LASER TDL
  • Baseia-se em princípio semelhante ao NIR,
    aplicado à medida de umidade em gases.
  • Um diodo laser sintonizável (TDL) emite luz em
    diferentes comprimentos de onda próximos a um
    comprimento de onda absorvido pela água.
  • Após atravessar a amostra gasosa, a luz é medida
    por um detector, que calcula a quantidade de água
    misturada no gás.
  • Permite monitoração On-Line em dutos.

48
COURO
  • O excesso ou a falta de umidade no couro provocam
    alterações na densidade, superfície,
    flexibilidade e elasticidade.
  • Ao ser armazenado nos curtumes, deve ser estocado
    em locais em que a Umidade Relativa do Ar esteja
    em torno de 60, com isso, a umidade do couro
    ficará entre 16 e 17, nível aceito como ideal
    para manter suas propriedades físicas estáveis e
    prevenir o surgimento de fungos.

49
SENSOR DE CLORETO DE LÍTIO
  • Aplicado na medição direta do ponto de orvalho.
  • Tecido impregnado com cloreto de lítio aquece por
    circulação de corrente. A evaporação da umidade
    causa aumento da resistência e conseqüente
    redução do aquecimento e evaporação. Quando o
    equilíbrio é atingido, a temperatura medida pelo
    sensor corresponde à temperatura de orvalho.
  • Resposta lenta, não opera para URlt12.

50
SENSOR CAPACITIVO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO
  • Aplicado na medição de umidade em gases e
    hidrocarbonetos líquidos.
  • Baseado na variação da capacitância causado pela
    penetração de moléculas de água nos poros do
    dielétrico formado por óxido de Alumínio.
  • Insensível às grandes moléculas dos
    hidrocarbonetos, permite a medição da quantidade
    de água nestes líquidos.

51
CONSERVAÇÃO
  • Em museus, o ambiente ideal deve estar a 20C e
    50UR.
  • Negativos e Slides fotográficos têm a condição
    ótima de conservação a 18C e 30 UR.
  • Livros e documentos são melhor conservados a 18C
    e 50 UR.

52
SENSOR RESISTIVO
  • Medem a variação de impedância de um sal ou
    polímero condutivo. Excitação em corrente
    alternada.
  • Impedância medida reduz com o aumento da umidade
    relativa (relação exponencial).
  • Boa resistência química.

53
SENSOR RESISTIVO
  • Impedância do sensor sensível também a variações
    na temperatura.
  • Muitos modelos não toleram condensação, limitando
    sua aplicação em alta umidade.
  • Alto valor da impedância limita a aplicação em
    baixas umidades.
  • Aplicação freqüente em equipamentos de medição de
    umidade relativa ambiente de baixo custo.

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SENSOR CAPACITIVO TIPO POLÍMERO
  • Baseado na variação das propriedades dielétricas
    de um polímero sólido em função da variação da
    umidade relativa.
  • Relação UR x Capacitância não é linear.
    Capacitância cresce com o aumento da UR.
  • Aplicados de 0 a 100UR e resistentes à
    condensação.

55
SENSOR CAPACITIVO TIPO POLÍMERO
  • Ampla faixa de temperatura -50 a 120C, podendo
    alguns modelos operar a 200C.
  • Boa resistência química.
  • Alguns modelos incorporam circuito eletrônico que
    condiciona o sinal do sensor.
  • Modelos de maior qualidade apresentam excelente
    estabilidade e precisão.

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SECAGEM
  • Fornos de secagem com monitoração da umidade
    podem interromper o aquecimento automaticamente
    quando a umidade desejada é atingida, reduzindo o
    consumo de energia.
  • O processo de secagem de tijolos e cerâmicas
    exige sua exposição progressiva a níveis
    decrescentes de umidade e crescentes de
    temperatura, para garantir sua resistência,
    aparência e dimensões.
  • No processo de produção de plástico, secadores
    precisam operar com ponto de orvalho de até -40C.

57
AMOSTRAGEM DE GÁS EM MEDIÇÃO DE UMIDADE
  • Aplicado quando o gás a ser medido é contaminado
    e esta contaminação pode ser filtrada ou quando a
    pressão e/ou temperatura estão fora da faixa
    admitida pelo sensor.
  • Se o ponto de orvalho da amostra é superior a
    temperatura ambiente, linha de amostragem e
    sensor de umidade devem ser aquecidos para evitar
    condensação.

58
PADRÕES DE CALIBRAÇÃO DE HIGRÔMETROS
MEDIÇÃO DE UMIDADE
59
PADRÕES DE UMIDADE
  • Podem ser sistemas de medição de umidade ou de
    geração de atmosferas com umidade conhecida.
  • PADRÕES PRIMÁRIOS Se baseiam em princípios
    fundamentais Higrômetro Gravimétrico, Gerador de
    2 pressões, Gerador de 2 temperaturas, Gerador de
    2 vazões.
  • PADRÕES DE TRANSFERÊNCIA Se baseiam em
    princípios fundamentais, com menor precisão
    Espelho resfriado, Psicrômetro.

60
PADRÕES DE UMIDADE
  • PADRÕES SECUNDÁRIOS Não se baseiam em princípios
    fundamentais.Precisam ser calibrados a partir de
    um padrão primário ou de transferência Sensor
    resistivo, Óxido de Alumínio e principalmente
    Capacitivos com Polímero dielétrico.

61
PADRÕES DE UMIDADE
  • SOLUÇÕES SALINAS Atmosfera com umidade relativa
    conhecida é gerada no espaço com ar acima de uma
    solução salina em água.
  • Método simples e largamente empregado na
    calibração de instrumentos de umidade, tanto em
    laboratório como no campo.
  • Tipicamente são utilizados duas soluções
    diferentes para a calibração de um instrumento.
    Uma de baixa e outra de alta umidade.

62
INFORMÁTICA E LABORATÓRIOS
  • Salas com computadores devem estar
    preferencialmente a 23C e 50 UR.
  • Laboratórios de metrologia dimensional exigem
    tipicamente temperatura de 20C 0,3C e umidade
    de 60 10UR.

63
TABELA DE GREENSPAN
Temp (C) LiCl (UR) MgCl2 (UR) NaCl (UR) K2SO4 (UR)
0 - 33.7 0.3 75.5 0.3 98.8 1.1
5 - 33.6 0.3 75.7 0.3 98.5 0.9
10 - 33.5 0.2 75.7 0.2 98.2 0.8
15 - 33.3 0.2 75.6 0.2 97.9 0.6
20 11.3 0.3 33.1 0.2 75.5 0.1 97.6 0.5
25 11.3 0.3 32.8 0.2 75.3 0.1 97.3 0.5
30 11.3 0.2 32.4 0.1 75.1 0.1 97.0 0.4
35 11.3 0.2 32.1 0.1 74.9 0.1 96.7 0.4
40 11.2 0.2 31.6 0.1 74.7 0.1 96.4 0.4
45 11.2 0.2 31.1 0.1 74.5 0.2 96.1 0.4
50 11.1 0.2 30.5 0.1 74.4 0.2 95.8 0.5
64
PRECISÃO
  • Fabricantes usualmente indicam a precisão do
    sensor ou instrumento de umidade a uma dada
    temperatura (tipicamente 25C).
  • A aferição em laboratório é tipicamente também
    realizada em uma única temperatura.
  • No processo, as condições de temperatura e
    umidade muitas vezes se afastam da condição de
    aferição, resultando em erros não previstos.
  • A estabilidade da calibração ao longo do tempo
    pode ser afetada pela atmosfera do sistema.

65
PRECISÃO
  • Padrões de transferência têm incertezas da ordem
    de 1 de UR, e padrões secundários de 1,5 de UR.
  • Todos estes fatores combinados resultam em
    precisão final entre 2 e 5 para os medidores de
    umidade de boa qualidade.

66
PROCESSOS INDUSTRIAIS
67
PRODUTOS NOVUSPARA MEDIÇÃO CONTROLE DE UMIDADE
MEDIÇÃO DE UMIDADE
68
RHT-WM RHT-DM
  • Para aplicações em parede ou duto. Saídas em
    tensão, corrente ou Modbus.
  • Sensor capacitivo de alta qualidade. Operação
    de-40 a 120C, 0 a 100UR

69
RHT-RM
  • Para aplicações em conforto ambiental. Saídas em
    tensão, corrente ou Modbus.

70
DATA LOGGER PINGÜIM
Data logger portátil para temperatura e umidade
71
DATA LOGGER PINGÜIM
  • Interface de comunicação por infra-vermelho com
    PC ou Palm. Alcance até 1m.
  • Alojamento resistente à água. IP65.
  • Faixa de aplicação -40 a 85C, 0 a 100UR.

72
FIELD LOGGER WS10
  • Data Logger para 8 canais com comunicação Modbus.
  • Módulo de aquisição de dados com
    Ethernet.Servidor HTML, Envio de e-mail, Data
    Logger, Telemetria por Celular.

73
INDICADORES CONTROLADORES
  • Indicadores e controladores para umidade,
    temperatura e demais variáveis de processo.

74
CONFIGURADOR TxConfig
  • Configuração dos modelos com saída em corrente ou
    tensão.
  • Comunicação RS232.

75
CONFIGURADOR DigiConfig
  • Configuração dos modelos com comunicação Modbus

76
FIM
OBRIGADO !
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