Aula 02 Umidade do ar

Prévia do material em texto

Umidade
Prof. Dr. Fábio Palczewski Pacheco
A água é a única substância que ocorre nas
três fases na atmosfera e a Terra é o único
planeta do sistema solar onde isso acontece.
A água na atmosfera e suas mudanças de
fase desempenham papel importantíssimo em
diversos processos físicos naturais:
UMIDADE DO AR
• Transporte e distribuição de calor
• Absorção de comprimentos de onda da 
radiação solar e terrestre
• Condensação (Orvalho, nuvens, chuva)
• Evaporação
Consumo de energia
na superfície pela
evaporação
Liberação de energia
na atmosfera devido
à condensação
Neste momento, está ocorrendo 
evaporação? Ou...
http://www.tapintoquality.com/facts/glossary/evaporation.jpg
... a evaporação só ocorre a 100oC?
Evaporação passagem da água da fase líquida para
gasosa (vapor) que deve acontecer em regiões com
disponibilidade de água (superfície líquida, com
vegetação, por evapotranspiração, solos úmidos) e
capacidade do ar em reter umidade (baixa umidade
relativa e pelos ventos.
A evaporação é um componente do ciclo
hidrológico
E
v
a
p
o
ra
ç
ã
o
http://www.school-for-champions.com/science/images/evaporation.gif
O que ocorre a 100oC?
http://www.nasa.gov/images/content/115722main_k_evaporation.gif
E condensação?
http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter7/graphics/saturate2.free.gif
http://www.geog.ucsb.edu/~joel/g110_w08/lecture_notes/water_vapor/agburt05_01c.j
pg
http://www.mwit.ac.th/~physicslab/hbase/kinetic/imgkin/vapp3.gif
Umidade do ar
 Principal fonte: oceano tropical
 Moléculas de vapor d’água acima da 
superfície de água líquida se movem em 
todas as direções. Aquelas que estão 
próximas da superfície de água e 
movendo-se em direção à superfície 
podem retornar à água líquida.
 Da mesma forma, há sempre 
moléculas de água líquida com 
energia suficiente para deixar a 
superfície, evaporando.
 Quando o número de moléculas que 
evapora é igual ao número de 
moléculas que condensam, a 
atmosfera acima da superfície d’água 
se encontra saturada.
Umidade do ar
 A pressão de saturação do vapor 
depende da temperatura
Umidade relativa
 A UR indica quão próximo o ar está da 
saturação, ao invés de indicar a real 
quantidade de vapor d’água no ar.
 APENAS PARA VISUALIZAÇÃO:
dissolvendo sal na água...
◦ Variando o conteúdo de sal até chegar à 
saturação (à temperatura constante)
◦ Variando a temperatura, varia a quantidade de 
sal que “satura” a solução.
Umidade do ar
 Desempenha papel importantíssimo em
processos físicos naturais:
• Transporte e distribuição de calor (ciclo
hidrológico);
• Absorção de comprimentos de onda da radiação
solar e terrestre (efeito estufa natural);
• Evaporação/Evapotranspiração (consumo de
energia);
• Condensação/Orvalho (liberação de energia);
Mudanças de estado
•
Definições e conceitos
 O teor de vapor d’água na atmosfera varia
de 0 a 4% do volume de ar. Isso quer dizer
que em uma dada massa de ar, o máximo
de vapor d’água que ela pode reter é 4%
de seu volume:
• Caso a umidade corresponda a 0% do
volume de ar - AR SECO
• Caso a umidade esteja entre 0% e 4% do
volume do ar - AR ÚMIDO
• Caso a umidade corresponda a 4% do
volume de ar - AR SATURADO
Umidade relativa do ar
 Umidade relativa do ar é a razão
entre o conteúdo de vapor na condição
atual/real (w) e aquela na condição de
saturação (ws) para uma determinada
temperatura do ar:
Importante
A UR indica quão próximo o ar
está da saturação, ao invés de
indicar a real quantidade de
vapor d’água no ar.
Variação da UR
Variações da umidade relativa causadas 
por variações da temperatura ocorrem na 
natureza tipicamente por: 
1) variação diurna da temperatura; 
2) movimento horizontal de massa de ar; 
3) movimento vertical de ar. 
Temperatura do ponto de orvalho
 Td
 É a temperatura até a qual o ar deve se 
resfriar para atingir seu ponto de 
saturação
 É um bom indicador do conteúdo de 
vapor d’água no ar.
Forma de se obter a UR:
 Temperatura de bulbo úmido (Tw)
A temperatura de bulbo úmido cai, 
devido ao calor retirado para 
evaporar a água. O seu resfriamento 
é diretamente proporcional à secura 
do ar. Quanto mais seco o ar, maior 
o resfriamento. Portanto, quanto 
maior a diferença entre as 
temperaturas de bulbo úmido e de 
bulbo seco, menor a umidade 
relativa; quanto menor a diferença, 
maior a umidade relativa. Se o ar 
está saturado, nenhuma evaporação 
ocorrerá e os dois termômetros 
terão leituras idênticas. 
Diferença entre Td e Tw
 Note-se que a temperatura de ponto de orvalho 
não deve ser confundida com a temperatura de 
bulbo úmido. Elas não são iguais. 
 A temperatura de bulbo úmido é determinada 
induzindo-se resfriamento por evaporação. 
http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap5/cap5-5.html
 A temperatura de ponto de orvalho é 
obtida pelo resfriamento do ar até atingir 
o ponto de saturação.
 Exceto na saturação, a temperatura de 
bulbo úmido é maior que a de ponto de 
orvalho. Quando o ar está saturado, a 
temperatura de bulbo úmido, de ponto de 
orvalho e do ar ambiente são as mesmas. 
Uso de tabelas de conversão
 Dt – Diferença de temperatura.
 ts – temperatura bulbo seco.
 tu – temperatura bulbo úmido.
Se o vapor d’água é adicionado ou subtraído do 
ar, sua UR mudará, se a temperatura permanecer 
constante.
Se o conteúdo de vapor d’água permanecer constante, 
um decréscimo na temperatura aumentará a UR e um 
aumento na temperatura causa uma diminuição na 
UR.
 Quanto maior a temperatura do ar,
maior sua capacidade em reter vapor
d`água.
 Assim, ao longo do dia com o aumento
da temperatura do ar, maior é a razão
de mistura do ar e portanto mais
distante da saturação e menor UR.
• A UR aumenta quando
temperatura diminui;
• Quando temperatura aumenta, a
UR diminui.
U
m
id
a
d
e
 d
o
 A
r
“A capacidade do ar de reter vapor d´água depende da 
sua temperatura.”
•  temperatura -  capacidade de reter vapor
•  temperatura -  capacidade de reter vapor
UR = quantidade de vapor = [%]
quantidade máxima (Tar) 
Variação diária da umidade relativa do ar – Estação 
LCB – São Paulo, SP
URmin = 51,6%
Tmax = 30,2 ºC
Variação diária da umidade relativa do ar – Estação LCB – São 
Paulo, SP
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
0 6 12 18
Hora Local
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (o
C)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Um
idade Relativa (%
)
Temperatura (°C) Tw (°C) Umidade Relativa (%)
Ciclo Diurno da UR
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
UR
(%
)
abr mai jun
Variação temporal da umidade do ar - escala diária
Na escala diária praticamente não há
variação de “Td” ao longo do dia.
Entretanto, a UR varia continuamente ao
longo do dia, chegando ao valor mínimo no
horário de Tmax e a um valor máximo a
partir do momento em que a temperatura
se aproxima do ponto de orvalho (Td).
Desse modo, a UR tem uma variação
inversa à da temperatura do ar (Ts),
como pode-se observar na figura
acima.
15
17
19
21
23
25
27
29
31
5 00 5 04 5 09 5 14 5 19 6 00
Dia e Hora Local
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (o
C)
T
Td
U
m
id
a
d
e
 d
o
 A
r
Ciclo diurno de umidade e temperatura do ar
UR = quantidade de vapor = [%]
quantidade máxima (Tar) 
ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS
ORVALHO& GEADA
Em noites calmas e claras, objetos próximos à superfícies
perdem calor rapidamente por irradiância IV.
A superf. se esfria + rapidamente que o ar adjacente e ao
entrar em contato.
Eventualmente, se esfria até a saturação, e o vapor dentro
deste se condensa sobre a mesma superf. Este é o pto. de
orvalho.
Se for até próximo a zero grau, há a formação da geada,
que pode tanto ser por congelamento do orvalho como por
sublimação.
Alguma superfícies perdem calor mais facilmente, tais como
gramados, carros, etc. No abrigo o termômetro pode estar
até 2-3oC mais quente.
Quando há nuvens, estas bloqueiam a perda de IV e a 
formação de ambos é retardada ou cancelada.
Orvalho e geadas estão associados com as Altas 
Pressões: anticiclones.
Geada branca vs geada negra.
Núcleos de Condensação (CCN)
Os aerossóis podem servir de núcleos de condensação 
onde ocorre a mudança de fase do vapor para o líquido.
Na atmosfera, esta mudança pode se dar ao nível do 
solo, na formação de nevoeiros, por ex., ou no nível de 
condensação por levantamento (NCL).
Nevoeiro/Neblina/Nevoa
Qdo a visibilidade fica abaixo de 1 km pode-se
considerar a formação de nevoeiro. Se ficar
abaixo de 30 m é considerado extra/e perigoso
para o tráfego de carros.
Há diferenças (como nas nuvens) de nevoeiros
próximos a oceanos e continentais/urbanos.
Maiores núcleos, gotículas maiores e em
menor quantidade, no primeiro caso.
Extremos de nevoeiro:
Famoso caso de 1953 em Londres.
Névoa seca: a névoa seca é
definida qdo a UR está abaixo de
100%, podendo atingir valores de
70%. CCN como sal marinho (NaCl),
sulfatos (SO4
=) e nitratos (NO3
-) são
muito higroscópicos, absorvem
vapor até se tornarem “visíveis” .
Névoa úmida: formação sobre
superfícies úmidas com UR igual a
100%.
Nevoeiro ou neblina: pode ser uma
nevoa úmida mais profunda e
larga. Um gde no. de CCN próximos
à superfície na presença de UR
=100% pode formar nevoeiros.
Equipamentos de medida da Umidade do ar
Conjunto 
Psicrométrico ou 
Psicrômetro
Os psicrômetros podem ser de
ventilação natural, como os dois
apresentados à direita e à
esquerda, ou de ventilação
forçada, como o da figura
abaixo.
O psicrômetro Assmann é considerado padrão 
para a medida da umidade do ar. 
Higrógrafos mecânicos
Os higrógrafos mecânicos, normalmente associados ao termógrafo
bimetálico, usam como elemento sensor, para umidade do ar, o cabelo
humano, o qual tem a propriedade de se dilatar e contrair em função da
umidade do ar.
Temperatura do ar
Umidade Relativa do ar
Sentelhas, 2006
Sensor capacitivo de UR 
Esse sensor é empregado nas estações
meteorológicas automáticas. O sensor
constitui-se de um filme de polímero que ao
absorver vapor d’água do ar altera a
capacitância de um circuito ativo. Requer
calibração e limpeza periódicas.
HIGRÔMETRO
Baixa Umidade do Ar...
Pode provocar:
 Mal estar
 Cansaço
 Desânimo
 Dor de cabeça
 Irritação no nariz e garganta
 Sangramento no nariz
 Doenças respiratórias
Padrões de umidade e saúde.
 Entre 20 e 30% - Estado de Atenção
 Entre 12 e 20% - Estado de Alerta
 Abaixo de 12% - Estado de emergência.