meteorologia (46)

Prévia do material em texto

Meteorologia Artesanal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sara Sofia Eusébio da Pena Fonseca 
Luísa Maria F. G. Silva Azevedo 
Filipe Miguel Costa Marques 
 
 
 
ClubeCV 
Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde 
 
 
2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecemos ao Sr. Darcílio, ao João Paulo e ao Moniz toda a sua arte 
em materializar as ideias em objectos. 
 
 
Agradecemos ao Lino, à Cristiana e à Profª Ana Carla as lições de 
física, de matemática e de “excel”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
 
 
 
 
Índice: 
 
 
 
 
Introdução ……………………………………………………………………….. 4 
 
1ª Parte - Estação Meteorológica: 
1.1 Termómetro …………………………………………………………………….. 5 
 1.2 Pluviómetro …………………………………………………………………….. 5 
 1.3 Higrómetro ………………………………………………………………………..7 
 1.4 Barómetro ……………………………………………………………………..8 
 1.5 Anemómetro ……………………………………………………………………….10. 
 
2ª Parte- Índice de Conforto Climatérico ………………………………………………………………………..14 
 
Conclusão ………………………………………………………………………..16 
 
Bibliografia ………………………………………………………………………..17 
 
Anexos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
Figura 2 
 
 
 
 
Introdução 
 
 
 
 O trabalho aqui apresentado foi desenvolvido no âmbito das actividades regulares do ClubeCV – 
Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde (mais informações em 
http://viladoconde.cienciaviva.pt/clube). 
 O Centro Ciência Viva de Vila do Conde possui uma estação meteorológica 
automática (figura 1) que mede e regista, em intervalos pré-definidos 
(actualmente, de 5 em 5 minutos) os parâmetros que permitem avaliar as 
condições climatéricas do local: temperatura, humidade, pluviosidade, pressão, 
potencia radiante por unidade de área, direcção e velocidade do vento. Esses 
dados são enviados para um computador (figura 2) que, através de um software 
adequado (figura 3), permite obter e tratar esses registos; além disso, o 
software permite também o envio desses dados para a Internet, onde podem ser 
consultados por todos em http://viladoconde.cienciaviva.pt/meteo (figura 4). 
Com este poderoso recurso disponível surgiu, naturalmente, no âmbito do 
ClubeCV, trabalhos na área da meteorologia, do qual este é um exemplo. 
 
 Uma vez que automatização “esconde” o processo de medida 
das grandezas envolvidas, pois tratam-se de sensores electrónicos, 
pretendeu-se, numa primeira abordagem ao tema da meteorologia, 
construir de forma rudimentar aparelhos que permitissem medir as 
grandezas disponibilizadas pela estação, de forma a tornar claro o 
processo de aquisição desses dados. Assim, na primeira parte deste 
trabalho, foi construída uma estação meteorológica artesanal, com um 
pluviómetro (medição da pluviosidade), higrómetro (medição da 
humidade), um barómetro (medição da pressão atmosférica) e um 
anemómetro (medição da direcção e velocidade do vento). Não foi 
construído nenhum termómetro por se ter considerado que era um aparelho de 
medição bastante usual e conhecido de todos. No entanto, estudamos um pouco os 
seus aspectos teóricos e o seu modo de funcionamento. A construção do barómetro e do anemómetro 
foi feita baseada em relatos feitos pessoas de idade em relação a aparelhos antigos que por vezes 
haviam nas aldeias para esses fins. 
 Na segunda parte é apresentado o Índice de Conforto Climatérico (um confortómetro). A ideia 
foi combinar os vários factores que condicionam a nossa sensação de conforto físico (temperatura, 
humidade, vento, sol) num único valor de uma escala de 0 a 100%, que traduzisse o nível de conforto que 
uma pessoa sujeita a essas condições sentiria se não tivesse nenhum tipo de abrigo, para além da roupa 
usual no nosso clima. Obviamente que, por definição, o confortómetro será um índice subjectivo (a 
nossa calibração pode não coincidir com a desejada por outra pessoa). Ficamos posteriormente a saber 
que, a nível da climatologia, vários autores produziram índices desta natureza bastante mais elaborados 
e entrando com outros factores (por exemplo, o tipo de roupa) e pensamos, posteriormente, aprender 
um pouco mais e melhorar o nosso Índice de Conforto Climatérico. 
 
 
 
 
 
Figura 1 
5 
1 m2 
1 mm 
d1
d2 
 
 
 
 
1ª Parte - Estação Meteorológica Artesanal 
 
 
1.1 - Termómetro 
 
O Termómetro é um sistema termodinâmico1 que permite medir a temperatura, recorrendo a 
uma propriedade física, chamada propriedade termométrica, cujo o valor é alterado unicamente pela 
temperatura. Há várias grandezas termométricas, mas a mais usual é o volume. A escala de Celsius (ºC) 
apresenta dois pontos fixos (chama-se ponto fixo a temperatura de um estado de equilíbrio 
convenientemente escolhido): 
 0 ºC: Ponto do gelo (é a temperatura do gelo à pressão de uma atmosfera). 
 100 ºC: Ponto de vapor (é a temperatura de ebulição da água ou de condensação do 
vapor à pressão normal). 
Uma vez que o termómetro é um aparelho de uso bastante corrente e com o qual nos 
encontramos familiarizados, optamos por não construir nenhum. O valor da temperatura, na nossa 
estação, é obtido por consulta do termómetro a seco do higrómetro. 
 
 
1.2-Pluviómetro 
 
 
 
Um pluviómetro é um instrumento que recolhe água da chuva e determina o valor da 
precipitação, medida em milímetros, onde a precipitação de 1mm corresponde à altura de água recolhida 
numa área de 1 metro quadrado. À pluviosidade de 1 mm, corresponde à queda de 1 litro de água por 
metro quadrado2. 
 
 
Construção do pluviómetro 
 
 O nosso pluviómetro consiste num recipiente cilíndrico graduado em 
mm, que permite medir a pluviosidade num determinado intervalo de tempo. Ao 
cilindro principal anexou-se um funil para que a área de recolha da água fosse 
um pouco maior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 A termodinâmica é a parte da física que se ocupa das propriedades da matéria relacionadas com o calor e a transformação deste 
em energia 
2 V=1 mm x 1 m2 = 10-3 m3 = 1dm3 = 1 L 
6 
 
 
Calibração do pluviómetro (determinação da sua escala) 
 
Medições efectuadas (valores médios após várias medições) 
A área onde se recolhe a chuva é a área de abertura do funil de diâmetro d1 (raio r1), enchendo 
um cilindro de diâmetro d2 (raio r2). 
d1=15,30 cm 
d2=6,30 cm 
Cálculos: 
Área de entrada da água (área do funil) 
 
Afunil= π r12 
 
Afunil= π (7,650x10-2 m)2 
 
Afunil= 1.838x10-2 m2 
Área da secção recta do cilindro 
 
Acilindro = π r22 
 
Acilindro = π (3,150x10-2 m)2 
 
Acilindro = 3.117x10-3 m2 
 
Volume correspondente à altura de 1 cm de água no ciliondro (V2): 
 
V2= Acilindro x h 
V2= 3.117x10-3 x 1x10-2 
V2= 3.117x10-5 m3 
Volume de água V caído em 1 m2 que corresponde a 1 cm de altura no cilindro: 
 
222-
3-5
m1m10x 1.838
m 10 x 3.117 V= 
V= 1.696x10-3 m3 
Valor correspondente de pluviosidade P: 
 
 
mm
m10 x 1.696
mm1
m 10 3 -33-3
P
= 
 
P= 1.696 mm 
Ou seja, 1 cm de altura de água no cilindro corresponde a uma pluviosidade de 1,7 mm. Portanto, a 
escala do cilindro, de 1 e 1 mm, terá de ser marcada de 0,59 ~0.6 cm em 0.6 cm. 
7 
 
1.3 Higrómetro 
 
Para conhecer o estado hidrográfico da atmosfera é necessário exprimir o seu conteúdo em 
água, o que pode ser feito de duas formas: 
1- Humidade Absoluta: é a massa de vapor de água existente por cada unidade volume de ar 
(geralmente expressa em kgm-3ou gm-3); 
2- Humidade Relativa (ou estado higrométrico do ar): traduz o quociente, a uma determinada 
temperatura, entre a massa de vapor de água que existe na atmosfera e a massa de vapor 
de água que existiria sea atmosfera estivesse saturada a essa temperatura. A Humidade 
relativa exprime-se em percentagem (0% a 100%). 
 
 Quando o ar está saturado de vapor de água, existe a quantidade máxima de vapor de água possível 
para essa temperatura. A humidade do ar é o principal factor de formação das nuvens, chuva, geada e 
neve, que são ocasionadas pelo arrefecimento do ar húmido, provocando a condensação do vapor de 
água. 
 
 A humidade do ar mede-se com aparelhos chamados 
higrómetros. 
Para a nossa estação vamos construir um higrómetro 
de evaporação ou psicómetro. A base de funcionamento do 
psicómetro consiste no facto da evaporação da água produzir 
arrefecimento, pois necessita de energia para passar do 
estado líquido ao gasoso, que vai retirar à vizinhança. Quanto 
mais húmido estiver o ar menos a água evapora e, se estiver 
saturado, não há evaporação. Por isso, quanto mais húmido 
estiver o ar, mais próximos se encontram os valores dados 
pelos dois termómetros. Por outro lado, quanto maior for a 
temperatura do ar, mais facilmente a água evapora pois há 
mais energia disponível para a sua passagem do estado líquido 
ao gasoso. Por isso, o valor da humidade relativa terá de ter 
em conta a temperatura do ar (a seco). 
 
A determinação da humidade relativa vai, então, ser 
dada por comparação entre a temperatura fornecida pelo 
termómetro a seco e o termómetro molhado, utilizando-se a 
seguinte tabela de dupla entrada: 
 
 
 
 
Diferença de temperaturas entre o termómetro seco e o 
termómetro molhado (em ºC) 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
10 e 14 85 75 60 50 40 30 15 5 0 0 
15 e 19 90 80 65 60 50 40 30 20 10 5 
Temperatura 
do 
termómetro 
seco entre 
(ºC) 20 e 25 90 80 70 65 55 45 40 30 25 20 
 
 
8 
 
Exemplo de uma medição: 
 
θ seco = 20,0ºC 
 humidade = 80% 
θ molhado = 18,0ºC 
 
Comparação com o valor da estação automática (humidade=74,2%): diferença de 7,3% 
 
Esta diferença não nos espanta, pois para além dos métodos de medida serem diferentes, o que pode 
conduzir a pequenas diferenças, a estação automática se encontra a mais de 9 metros do solo e a nossa 
medição da humidade foi feita no exterior, mas junto ao solo. 
 
 
1.4 Barómetro 
 
O ar da atmosfera, “preso” à Terra pela sua atracção gravítica, exerce pressão sobre todos os 
objectos nela situados. A pressão atmosférica é exercida em todas as direcções, no entanto nós não 
nos sentimos pressionados porque os líquidos das nossas células e o sangue que circula nas nossas 
artérias, veias e vasos capilares, também exercem pressão de dentro para fora equilibrando a pressão 
exterior. 
 
Definição de pressão: força por unidade de área 
 
A unidade de Pressão do Sistema Internacional de Unidades é o pascal, Pa, que corresponde a 
se exercer uma força de 1 newton por cada metro quadrado. A pressão atmosférica normal é de 101290 
Pa, ou seja, o pascal é uma unidade muito pequena comparada com a pressão atmosférica normal. Usa-
se, então, em meteorologia, outras unidade para a pressão atmosférica, como a atmosfera, atm (1 atm = 
1.013 x 105 Pa), o bar (1 bar = 105 Pa) e o milímetro de mercúrio, mmHg (1 atm = 1.013 x 105 Pa = 760 
mmHg). A estação meteorológica apresenta a pressão atmosférica em milibar (ou hectopascal). 
A pressão atmosférica normal ao nível médio do mar é de 760 mmHg ou 1013 hPa ou ainda 1013 mBar. 
 
A pressão atmosférica é medida com aparelhos chamados barómetros (de metro=medir + 
baro=peso). Há barómetros de vários tipos e, com base num relato de um aparelho antigo, uma espécie 
de “bule de vidro cheio de água” que media a pressão, concluímos que se deveria tratar de um sistema 
de dois vasos comunicantes em que um deles se encontraria hermeticamente fechado contendo uma 
bolsa de ar que se contrairia ou distenderia consoante a pressão atmosférica aumentasse ou diminuísse 
no outro tubo. A pressão atmosférica estaria a ser medida pela deformação provocada na massa de ar. 
Assim, tentámos construir algo de semelhante, mas o único objecto transparente que encontrámos que 
pudesse servir foi o galheteiro da figura 4. O nosso primeiro 
“barómetro a água” não funcionou, com algum desânimo nosso, mas 
rapidamente percebemos o problema: é que a área do “bico” do 
galheteiro é praticamente igual à área corpo da peça, onde se 
encontra o ar. O “truque” consiste em fechar a bolsa de ar num 
recipiente muito mais largo do que o outro tubo, de modo a que uma 
pequena variação de volume possa ser facilmente perceptível no outro 
tubo, de muito menor área de secção recta. 
 
A ideia evoluiu até tomar a forma do dispositivo da figura. O 
nosso barómetro consiste numa bolsa de ar A que se encontra 
“presa”dentro de um recipiente cilíndrico B cheio de água. Este 
cilindro está ligado a outro C, mais fino. Á medida que a pressão 
A
FP =
9 
 
A
B 
C
ar 
água 
atmosférica varia, varia também a força exercida na superfície livre da água no tubo C. Caso a pressão 
aumente, empurra a água, comprimindo o ar que se encontra em A: o nível da água em C baixa. Caso a 
pressão diminua, a força exercida no ar diminui, aumentando o seu volume e, logo, o nível da água em C 
sobe. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
De modo a podermos saber as dimensões mais adequadas, procedemos da seguinte maneira: 
 
Assumindo que o ar contido em A se comporta como um gás perfeito, em que a pressão e o 
volume são grandezas inversamente proporcionais, se a temperatura for constante. Admitindo que a 
temperatura é constante, teremos, então: 
PiVi=PfVf 
Ou, ainda, 
PiVi=(Pi+∆P) (Vi+∆V) 
 
A variação de volume ∆V sofrida pelo ar num aumento de pressão ∆P será, então 
PP
PVV
i
i ∆+
∆=∆ 
Se o cilindro B tiver um raio da base rB e uma altura inicial de ar hB, a equação anterior virá 
PP
PrhV
i
BB ∆+
∆=∆ 2π 
Uma variação ∆V no volume de ar irá empurrar (ou ser preenchido) por igual volume de água, 
provocando uma igual variação de volume de água no tubo C, de raio rC, que corresponderá a uma 
variação de altura ∆hC: 
PP
Prhrh
i
BBCC ∆+
∆=∆ 22 ππ 
de onde se retira, finalmente, que 
PP
P
r
rhh
iC
B
BC ∆+
∆



=∆
2
 
Ou seja, a variação da altura da água em C depende da altura de ar contido em B, da variação de 
pressão, da pressão inicial do ar contido no tubo B e, essencialmente, do quadrado do quociente entre 
os raios das bases dos dois tubos. 
10 
P 
P 
xx 
yy 
F 
Fgθ 
θ 
θ 
Assim, concluímos que se fechássemos o tubo B quando a pressão atmosférica fosse normal (Pi = 
1013 hPa) e com uma altura de ar de 10 cm (hB = 0,1 m), para um cilindro B de raio da base 10 cm e um 
cilíndro C de raio da base 1 cm, uma oscilação de pressão ∆P da ordem do 1 hPa, produziria no tubo C 
uma subida ou descida de líquido de quase 1 cm, o que seria facilmente perceptível, mesmo atendendo a 
que a temperatura não será na realidade constante e que o ar não é um gás perfeito. Por outro lado, 
consultando o historial da estação meteorológica, concluímos que o tubo C teria de ser suficientemente 
longo para suportar variações de pressão de cerca de 990 hPa até 1040 hPa, pelo que um comprimento 
de 50 cm seria suficiente. 
 
A calibração do barómetro é feita com base nos valores fornecidos por outro barómetro, ou 
pode ser utilizado unicamente para detectar subidas ou descidas da pressão atmosférica em relação a 
uma dada situação inicial: Uma vez que a temperatura não é usualmente constante, optámos por não 
fazer uma calibração definitiva, mas colocar apenas uma marca no tubo assinalando a pressão normal, 
até porque o nível de água no tubo também é afectado por fenómenos de evaporação de água no tubo 
mais pequeno e pelo equilíbrio entre a água no estado líquido e água no estadogasoso na bolsa de ar 
contida em A (que também depende da temperatura). Nota-se, alias, a formação de pequenas gotículas 
de água na superfície interior do tubo B, mais visíveis quando a temperatura arrefece, como é de se 
esperar (o que permite saber se a temperatura tem vindo a aumentar ou a diminuir, pelo aspecto do 
“orvalho” que cobre o tubo). De qualquer modo, o barómetro tem se comportado razoavelmente como o 
esperado: por exemplo, a uma variação de pressão dos 1018 mBar para os 1021 mBar provocou uma 
descida do nível da água no tubo C de 3,5 cm. 
 
1.5 Anemómetro 
 
 A base de funcionamento do nosso anemómetro consiste numa 
placa rectangular P que pode girar em torno de um eixo coincidente 
com um dos seus lados mais estreitos. Esta placa é colocada num 
sistema giratório, que roda à medida que o vento sopra de modo a que 
o vento incida sempre “de frente”. A base tem marcada a rosa-dos-
ventos de modo a que, estando esta correctamente orientada com os 
pontos cardeais, fornecer a direcção ou rumo do vento. Quanto mais 
forte for o vento, maior será a força que exercerá na placa, rodando 
este a um ângulo maior em relação à sua posição vertical (sem vento). 
Assim, a calibração do anemómetro consiste na obtenção da relação 
entre o ângulo rodado θ e a velocidade V do vento, que será gravada 
numa placa B de modo a facilitar a sua leitura. 
 
Para determinar a velocidade do 
vento em função do ângulo rodado, começou-
se por analisar as forças aplicadas na placa 
(figura 6). Na posição vertical, sem vento, a 
força gravítica Fg da placa é equilibrado 
pela reacção R no suporte. Quando o vento 
sopra, surge uma nova força F e, para uma 
dada posição de equilíbrio formando um 
ângulo θ com a vertical, há necessidade de 
decompor as forças aplicadas segundo duas 
direcções, y e x, paralela e perpendicular à 
placa, respectivamente: 
 
11 
Na direcção x, a componente Fgx é um vector simétrico da componente Fx. 
 
Fgx = Fx (equação 1) 
 
Na direcção y, a reacção R do suporte iguala a soma das componentes Py e Fy. 
 
R = Fgy + Fy. (equação 2) 
 
Uma vez que Fgx = Fg sen θ e Fx = F cos θ substituindo na equação 1 obtêm-se 
 
 Fg sen �θ = F cos θ ou F = mg tg θ (equação 3) 
 
onde m é a massa da placa e g a aceleração da gravidade. 
 
A massa m pode ainda ser substituída pela massa volúmica do material ρmat vezes o volume que, 
tratando-se de uma placa rectangular, será igual à sua área A vezes a espessura h: 
 
F = ρmat A h g tg θ (equação 4) 
 
O vento, ao soprar, exerce uma força distribuída por toda a área A de contacto. Assim, a força 
F exercida pelo vento, pode ser obtida multiplicando a pressão P pela área A de contacto: 
 
F = P A (equação 5), 
 
que, substituindo na equação 4, resulta 
 
P A = ρmat A h g tg θ (equação 6) 
 
obtendo-se uma equação independente da área 
 
P = ρmat h g tg θ (equação 7). 
 
Por consulta em livros, nomeadamente os números [4] e [6] da bibliografia, ficámos a saber que, 
como seria de esperar, a força de pressão exercida por um gás está relacionada com a sua massa 
volúmica e com a velocidade média das suas partículas constituintes (mais correctamente, com o 
quadrado a sua velocidade média), pela expressão 
2_
3
1 vP arρ= (equação 8). 
 No nosso caso, em que o gás é o ar e, portanto, trata-se de uma mistura de várias substâncias 
moleculares (oxigénio, azoto, dióxido de carbono, monóxido de carbono) e obtivemos (nos livros 
referidos) para a sua densidade aproximada (depende da mistura concreta e da sua temperatura) o 
valor dar= 0,00129. Tem que ser considerada a velocidade média das partículas, pois moléculas do gás 
não se movem todas exactamente com a mesma velocidade, mas apresentam uma distribuição de valores 
em torno de um valor mais provável (grosso modo, o valor médio). 
 
Substituindo a equação 8 na equação 7, obtêm-se 
 
 θρ
ρ
tghgv
ar
mat3
_ = (equação 8). 
 
12 
uma expressão que relaciona a velocidade média das partículas do ar (vento) em função do ângulo θ, 
como era pretendido (os restantes parâmetros são conhecidos ou podem ser determinados). 
 
 Fizemos primeiro os cálculos para os valores tabelados para diferentes metais, e concluímos que 
o ideal seria construir dois anemómetros: um com a placa de alumínio (d=2,7), para media as brisas mais 
suaves, e outro de ferro (d=7,8) para as rajadas mais vigorosas. Posteriormente, confirmamos o valor 
das densidades, pesando as placas construídas e medido o seu volume (pelo método do volume de líquido 
deslocado, uma vez que a peça real não é um paralelepípedo perfeito), obtendo valores concordantes. 
 
 placa 
de alumínio 
Placa 
de aço 
massa/g 15.81 48.11 
volume/cm3 6 6 
Massa volúmica/ g cm-3 2,6 8,0 
 
Uma vez que a medição do volume não foi muito rigorosa, pois a sua menor divisão era de 2 ml 
(para que coubesse a placa dentro da proveta, teve de ser uma de capacidade 250 ml), vamos adoptar 
os valores tabelados. Este procedimento, no entanto, serviu para validar os materiais utilizados. 
 
Usamos em seguida uma folha de cálculo para calcular o valor de V em função do θ. Segue-se os 
valores obtidos, de 5 em 5 graus, bem como a sua representação gráfica, apresentando-se os valores 
mais pormenorizados em anexo (de grau em grau). Coso seria de esperar, o sistema “falha” para os 90º, 
pois a função nesse ponto tende para infinito. 
 
Aspecto da folha do “Excel” que calculou os valores 
da velocidade do vento em função do ângulo para a placa de aço. 
 
ρ_mat 7.8 "aço" 
ρ_ar 0.00129 
Esp 0.001 
g 9.8 
 θ v km/h 
 0 0.0 0.0 
 5 3.9 14.2 
 10 5.6 20.2 
 15 6.9 24.8 
 20 8.0 29.0 
 25 9.1 32.8 
 30 10.1 36.5 
 35 11.2 40.2 
 40 12.2 44.0 
 45 13.3 48.0 
 50 14.6 52.4 
 55 15.9 57.4 
 60 17.5 63.2 
 65 19.5 70.3 
 70 22.1 79.6 
 75 25.8 92.7 
 80 31.8 114.3 
 85 45.1 162.3 
 90 ######## ###### 
 
13 
Aspecto da folha do “Excel” que calculou os valores 
da velocidade do vento em função do ângulo para a placa de alumínio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para além da velocidade do vento, o nosso aparelho pode servir para medir o fôlego de cada um… 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
É enviado em formato electrónico um pequeno filme com o anemómetro em funcionamento. 
ρ_mat 2.7 g/cm3 "alumínio" 
ρ_ar 0.00129 g/cm3 
Esp 0.001 m 
G 9.8 m/s2 
 θ V (m/s) V (km/h) 
 0 0.0 0.0 
 5 2.3 8.4 
 10 3.3 11.9 
 15 4.1 14.6 
 20 4.7 17.0 
 25 5.4 19.3 
 30 6.0 21.5 
 35 6.6 23.6 
 40 7.2 25.9 
 45 7.8 28.2 
 50 8.6 30.8 
 55 9.4 33.7 
 60 10.3 37.2 
 65 11.5 41.4 
 70 13.0 46.8 
 75 15.2 54.6 
 80 18.7 67.3 
 85 26.5 95.5 
 90 ######## ###### 
14 
2ª Parte - Índice de Conforto Climatérico 
 
 
Pensando no que poderia ser feito para explorar um pouco mais os dados que tínhamos à nossa 
disposição fornecidos pela estação meteorológica automática3, pensámos em fazer um “confortómetro, 
construir um parâmetro obtido numericamente e que avaliasse o índice de conforto fornecido por um 
determinado conjunto de parâmetros meteorológicos. Todos sentimos que o valor da temperatura por si 
só não chega para produzir conforto: um valor muito alto de humidade e de temperatura (climas 
asiáticos) pode ser muito desconfortável e quantos dias de praia não foram perdidos devido ao vento... 
Por outro lado, dias muito frios podem ser bem mais agradáveis se se tratar de um clima seco. Assim 
nasceu o Índice de Conforto Climatérico (Icc). 
Para a construção do Icc pensamos em quantificar a importância que cada um dos parâmetros 
dados pela estação meteorológica teria para nós se estivéssemos sujeitos a eles, no exterior, sem 
qualquer tipode abrigo (sombra, cobertura, tapa-vento), com a roupa adequada à época e para o nosso 
clima. Assumidamente subjectivo, concluímos que o Icc deveria contemplar os parâmetros t, h, v e s que 
corresponde à temperatura, humidade, velocidade do vento e piranómetro (sol). Não foi incluído o 
parâmetro pluviosidade, pois consideramos que se estiver a chover, o índice de conforto será zero. Os 
restantes factores irão contribuir da seguinte maneira: 
1- O principal factor de conforto climatérico é a temperatura, que deverá contribuir 
para o Icc com um peso de 40%. Os restantes três factores deverão contribuir com 
20% cada um. 
2- O valor óptimo da temperatura será atribuído para os 20ºC e à medida que a 
temperatura se afasta deste valor, aumentando ou diminuindo, o Icc deverá diminuir, 
de modo a que se tenha reduzido significativamente para t = 10 ºC ou t = 30 ºC. 
Consultando bibliografia, nomeadamente [5], aprendemos que a função matemática 
que nos interessava se chama Função de Gauss. Embora não tenhamos possibilidade 
de compreender completamente a sua expressão matemática, usámos o “excel” para 
representar esta função aplicada ao nosso problema, e vimos como a sua 
representação gráfica correspondia exactamente ao pretendido. Variámos os seus 
parâmetros até ter a “abertura” pretendida e o valor máximo de 1 (100%). Chamámos 
T a esta função, que irá contribuir com um peso de 40% para o Icc, que variará entre 
o 0 e o 100% (desconforto total e conforto total, respectivamente). 
3- Procedemos de modo idêntico para a humidade relativa, criando a função H que 
apresenta o valor máximo de 1 para os 50% de humidade e desce para os 0,5 nos 
valores de 30% e 70%. Um ambiente demasiado seco é desconfortável pela secura 
que provoca na pele, mucosas e olhos. Um valor demasiado alto, além de prejudicial à 
saúde, dificulta a evaporação da sudação, para as temperaturas altas, não deixando 
arrefecer tão eficientemente o corpo como pretendido e, para as temperaturas 
baixas, onde a sudação não ocorre, facilita o arrefecimento do corpo pois o ar torna-
se melhor condutor térmico, o que não é desejável. 
4- Os parâmetros V e S vão ser ligeiramente diferentes consoante o valor da 
temperatura que se regista: 
a. se a temperatura for amena, digamos entre 15 e 25 graus celcius, considera-se 
agradável um sol moderado e uma brisa muito suave. O máximo da função S4 vai ser 
atribuído aos 500 w/m2 e o máximo da função V para os 0,5 m/s. 
b. se a temperatura for fria, inferior a 15 graus celcius, será bom que esteja sol e o 
vento é de todo indesejável. O máximo da função S vai ser atribuído aos 800 w/m2 e 
o máximo da função V para os 0 m/s. 
 
3 Análises climatológicas não são adequadas neste momento pois a estação tem apenas um ano de registos efectuados, o que é 
pouco para este tipo de estudo. 
4 O valor do piranómetro varia entre 0 e os 850 W/m2 (verão, no meio-dia solar). 
15 
c. se a temperatura for quente, superior a 25 graus celcius, será bom que o sol não 
esteja muito forte e um pouco de vento é agradável. O máximo da função S vai ser 
atribuído aos 400 w/m2 e o máximo da função V para os 2 m/s. 
 
A execução do Icc ficou a cargo do programa Excel: introduzindo-se os valores dos parâmetros, 
ele efectua automaticamente os cálculos (a folha de cálculo que executa o Icc é enviada em anexo em 
formato electrónico) Aqui ficam alguns exemplos de valores obtidos para o Índice de Conforto 
Climatérico (não quer dizer que todas as situações ocorram no nosso clima, apenas se pretende testar o 
modelo teórico): 
 
Situação A- Tempo frio, húmido, com vento e sem sol 
 
TEMP 8 ºC 
HUMID 90 % 
VENTO 6 m/s 
SOL 200 W/m2 
 
 
 
Icc 6 % 
 
Situação B- Tempo frio, seco, sem vento e com sol 
TEMP 8 ºC 
HUMID 50 % 
VENTO 0 m/s 
SOL 700 w/m2 
 
 
 
Icc 59 % 
 
Situação C- Tempo ameno, seco, sem vento e com sol 
TEMP 18 ºC 
HUMID 50 % 
VENTO 0 m/s 
SOL 700 w/m2 
 
 
 
Icc 91 % 
 
Situação D- Tempo quente, húmido, sem vento e com sol 
TEMP 27 ºC 
HUMID 90 % 
VENTO 0 m/s 
SOL 800 w/m2 
 
 
 
Icc 47 % 
16 
Situação E- Tempo quente, seco, com vento e sem sol 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como já foi referido na introdução, tomámos conhecimento recentemente de vários índices 
construídos com finalidades idênticas, e tomando em consideração ainda outros factores, como sendo, 
por exemplo, a roupa vestida. Iremos portanto, prosseguir na investigação desta área para nós até aqui 
desconhecida, no sentido de aperfeiçoar o Icc até porque contém várias imperfeições (em nossa opinião, 
por exemplo, não pondera correctamente o factor vento a altas temperaturas). Assim que o índice 
atingir um certo grau de “maturidade”, pensamos colocá-lo na página da estação meteorológica, pois 
achamos interessante avaliar num único parâmetro todos os condicionantes climatéricos em simultâneo. 
 
 
Conclusão 
 
A Humanidade sempre teve o desejo de prever o estado atmosférico. Actualmente, os serviços 
de meteorologia fazem previsões com rigor até cerca de 10 dias, e essas previsões são feitas através 
das medidas de pressão atmosférica, temperatura, precipitação, humidade e através da velocidade e a 
direcção do vento. 
Os centros de meteorologia fazem previsões que resultam da utilização de modelos 
matemáticos e físicos, e do uso de computadores rápidos para a execução de cálculos Mas essas 
previsões estão sujeitas a erros, porque a atmosfera é um sistema muito complexo, os dados não são 
suficientes e são medidos com incertezas. 
Tendo em conta que a estação meteorológica automática pode falhar, despertou-nos uma certa 
curiosidade em construir os instrumentos que fazem parte de uma estação meteorológica (pluviómetro, 
barómetro, higrómetro e anemómetro), até para perceber como essas parâmetros podiam ser obtidos. 
No fim da construção, dos cálculos realizados e de todo o empenho obtivemos bons resultados, com o 
bom funcionamento de todos os instrumentos e uma maior cultura geral acerca da meteorologia. Com o 
Índice de Conforto Climatérico aprendemos a “brincar” um pouco com a matemática e impressionou-nos 
a capacidade de cálculo dos computadores, aprendendo muitas funções do programa “Excel” que até 
aqui desconhecíamos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TEMP 27 ºC 
HUMID 50 % 
VENTO 2 m/s 
SOL 200 w/m2 
 
 
 
Icc 54 % 
17 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
 
[1] Martins , Anabela Física em temas – 9º ano , Porto Editora, 1995 
 
[2] Fiolhais,C. , Valadares,J. , Silva,L. e Teodoro.V. Física – 9º ano , Didáctica Editora, 1997 
 
[3] Mendonça,L. e Ramalho,M. Física no mundo em transformação – 9º ano , Texto Editora, 1997 
 
[4] Walker,H. Fundamento da Física (gravitação , ondas e termodinâmica), Livros técnicos e científicos 
editora S.A, 1996 
 
[5] Acton, J.R. & Squire, P.T. Solving equations with Physical Understanding, Adam Hilger Lta, 1985 
 
[6] Bohr, M. Física Atómica, Fundação Calouste Gulbenkian 
 
 
Consulta do site : www.viladoconde.cienciaviva .pt