2.2.8. Medida de la humedad

La humedad y su relevancia en el entorno eléctrico

La humedad ambiental es uno de los factores climatológicos más críticos en el diseño, montaje y explotación de instalaciones y armarios eléctricos. A diferencia del polvo o las partículas sólidas, el agua en estado gaseoso (vapor de agua) posee la capacidad de penetrar a través de juntas elásticas microscópicas y de acumularse de forma imperceptible en el interior de los envolventes metálicos o plásticos. La norma UNE-EN 60204-1, encargada de regular el equipo eléctrico de las máquinas industriales, establece directrices claras que limitan las condiciones operativas normales de la humedad relativa del aire al 50% a una temperatura máxima de 40 °C, permitiéndose valores de hasta el 90% a temperaturas de hasta 20 °C siempre que no se produzca condensación.

El técnico instalador debe distinguir con claridad entre tres conceptos físicos clave de la higrometría:

• Humedad absoluta: Es la masa real de vapor de agua contenida en un volumen determinado de aire seco ($g/m^3$).
• Humedad relativa (HR): Es la relación porcentual (%) entre la cantidad de vapor de agua en el aire y la cantidad máxima que el aire podría contener a esa misma temperatura antes de saturarse.
• Punto de rocío ($T_d$): Es la temperatura a la cual el vapor de agua suspendido en el aire comienza a condensarse en agua líquida sobre cualquier superficie fría conductora.

Cuando la temperatura interna del armario eléctrico cae por debajo del punto de rocío (por ejemplo, durante la noche en instalaciones a la intemperie), se generan microscópicas gotas de agua sobre las barras colectoras de cobre, bornes de conexionado y envolventes de los interruptores automáticos. Este agua condensada, unida a la suciedad del entorno, reduce drásticamente el aislamiento dieléctrico de los componentes y provoca arcos eléctricos destructivos, cortocircuitos francos y procesos de corrosión galvánica galopante que inutilizan la aparamenta.

Sensores de humedad industriales

La monitorización e higrometría industrial se fundamenta en diversos principios físicos de sensado, diseñados para integrarse en bucles de automatización y control:

Sensores de humedad capacitivos

Están constituidos por un condensador con dos electrodos metálicos delgados entre los cuales se aloja un dieléctrico de polímero altamente higroscópico. Este polímero absorbe o libera moléculas de vapor de agua en función de la humedad relativa del entorno. Al variar el agua absorbida, la constante dieléctrica del polímero cambia de forma predecible y lineal, modificando la capacidad total del condensador. La electrónica de soporte del sensor traduce esta capacitancia variable en señales analógicas estandarizadas de corriente (4-20 mA) o tensión (0-10 V). Son altamente precisos, presentan bajo tiempo de respuesta y excelente estabilidad térmica.

Sensores de humedad resistivos

Utilizan un sustrato cerámico o de polímero recubierto con una sal conductora higroscópica depositada sobre electrodos entrelazados. La absorción de vapor de agua incrementa la movilidad de los iones, provocando una caída drástica de la resistencia eléctrica del sensor. Sin embargo, muestran una fuerte dependencia de la temperatura ambiente, por lo que suelen incorporar obligatoriamente un termistor de compensación. Su rango óptimo de trabajo es más limitado que el de los capacitivos y son vulnerables a contaminantes gaseosos que alteran la conductividad de la sal.

Higrostatos mecánicos y electrónicos

En el interior de los armarios eléctricos es común instalar higrostatos para activar directamente sistemas de climatización. Los higrostatos mecánicos utilizan bandas de fibras sintéticas cuya longitud física varía de forma proporcional a la humedad relativa, accionando un microrruptor de contacto seco. Los higrostatos electrónicos emplean sensores capacitivos integrados junto a un microcontrolador que permite programar umbrales con histéresis precisa, garantizando una vida útil muy superior y lecturas más fiables.

Métodos de protección activa y cálculos térmicos

La forma estándar de combatir la condensación dentro de los envolventes eléctricos es el uso combinado de higrostatos y resistencias calefactoras anticondensación (normalmente fabricadas en chasis de aluminio con tecnología PTC auto-regulable). El objetivo principal de estos calentadores no es elevar notablemente la temperatura interior para el confort de la aparamenta, sino aportar un flujo de calor constante para mantener la temperatura interna de las superficies metálicas e interruptores unos 3 °C a 5 °C por encima del punto de rocío calculado.

Para determinar la potencia calorífica mínima ($P_c$ en vatios) que requiere un armario instalado en exteriores, se utiliza la siguiente ecuación simplificada:

$$P_c = A \cdot k \cdot ΔT$$

Donde $A$ es el área de superficie exterior total del armario expuesta al aire ($m^2$), $k$ es el coeficiente de transmisión de calor del material del envolvente (típicamente $5,5\text{ W}/(m^2\cdot\text{K})$ para chapa de acero pintada y $3,5\text{ W}/(m^2\cdot\text{K})$ para poliéster reforzado con fibra de vidrio), y $ΔT$ es la diferencia de temperatura recomendada respecto al exterior (habitualmente $5\text{ K}$). Este cálculo asegura que en condiciones de frío extremo no se alcance el punto de rocío y los equipos mantengan intacta su rigidez dieléctrica.

# Script para calcular el punto de rocío a partir de la temperatura ambiente

# y la humedad relativa, ayudando a programar la histéresis del higrostato.



import math



def calcular_punto_rocio(temp_c, humedad_relativa):

    # Parámetros constantes aproximados para la fórmula de Magnus

    a = 17.625

    b = 243.04

    

    # Calcular factor alfa

    alfa = ((a * temp_c) / (b + temp_c)) + math.log(humedad_relativa / 100.0)

    

    # Calcular temperatura del punto de rocío (Td)

    temp_rocio = (b * alfa) / (a - alfa)

    

    # Recomendación de temperatura de encendido del calefactor

    temp_min_segura = temp_rocio + 3.0

    

    print(f"?💡 Temperatura Ambiente: {temp_c}°C")

    print(f"💡 Humedad Relativa: {humedad_relativa}%")

    print(f"💡 Punto de Rocío Calculado: {temp_rocio:.2f}°C")

    print(f"💡 Encender calefactor por debajo de: {temp_min_segura:.2f}°C")

    

    return temp_rocio



# Ejemplo: Taller a 15°C y 80% de humedad relativa (riesgo inminente de rocío)

calcular_punto_rocio(temp_c=15.0, humedad_relativa=80.0)