Seminário - climatologia

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UMIDADE DO AR
Andriele Fockinj
Bruna L. Boni
Cláudia Pazini
Francéllwika C. G. de Azevedo 
Raquel da Silva
Sarah Wahlbrink
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA – UFSM
CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR NORTE – CESNORS/FW
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS E AMBIENTAIS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Frederico Westphalen
Novembro de 2011
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Introdução 
 
 Transporte e distribuição de calor.
 Absorção de comprimentos de onda da radiação solar e terrestre.
 Evaporação/Evapotranspiração.
 Condensação/Orvalho.
 
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Umidade do ar
 A umidade do ar nada mais é do que a água na fase vapor, presente na atmosfera.
Imagens 1: Umidade do ar
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Umidade do ar
 Fontes naturais: 
 superfícies de água/solo; 
 gelo e neve;
 superfícies vegetais e animais.
	
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Umidade do ar
Passagem para fase de vapor/processos físicos:
 de evaporação;
 sublimação; 
 pela transpiração/evapotranspiração. 
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Umidade do ar
 É responsável pela formação das nuvens e pode influenciar diretamente na saúde/bem-estar do homem, assim como em algumas de suas atividades,
como por exemplo a agricultura.
 
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Umidade do ar
Aspectos de possível afetabilidade:
 Conforto animal;
 Conforto hídrico;
 Armazenamento de produtos;
 Incêndios florestais.
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Umidade do ar e Saúde
Baixas umidades: geram problemas respiratórios, sangramentos nasais, desidratação, irritação da pele, etc...
 
Altas umidades: pode provocar tonturas e proliferação de fungos..
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Umidade do ar e Saúde
A Organização Mundial de Saúde (OMS): UR do ar entre 40% a 70%. 
 Estado de atenção – entre 20% e 30%
 Estado de alerta – entre 12 e 20%
 Estado de emergência – Abaixo de 12%
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O teor de vapor d´água na atmosfera varia de 0 a 4% do volume de ar.
Caso a umidade corresponda a 0% do volume de ar 
 AR SECO 
 Caso a umidade esteja entre 0% e 4% do volume de ar 
 AR ÚMIDO
 Caso a umidade corresponda a 4% do volume de ar 
 AR SATURADO 
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Abaixo do ponto de saturação  ponto de orvalho
Acima do limite de saturação  chuva
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O vapor de água é um dos mais importantes constituintes atmosféricos:
Balanço de energia próximo a superfície do solo;
Indispensável para vida na Terra; 
Ciclo hidrológico;
Atua como absorvedor de radiação infravermelha;
Desempenha o papel de um agente termoregulador.
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Fatores influenciam na umidade do ar
Temperatura; 
cobertura vegetal;
quantidade de edificações;
presença de rios, lagos, mares, etc. 
O vapor de água presente no ar atmosférico pode desencadear nevoeiros, neblinas, orvalhos, geadas, etc.
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Lei de Dalton:
	Patm é soma das pressões parciais exercidas por todos os constituintes atmosféricos. Isso pode ser representado por:
Patm = PN + PO + ... + PCO2 + PO3 + PH2Ov
Resumindo:
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A determinação da pressão real de vapor (ea) pode se dar de duas formas. A mais simples, é se conhecendo a umidade relativa e a temperatura do ar. Com a temperatura calcula-se es e assim chega-se a:
ea = (UR * es) / 100
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Pressão parcial 
é a pressão que um determinado componente em uma mistura exerce sobre a mistura teste.
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Pressão parcial do vapor d’água
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Umidade relativa do ar
Relação entre a pressão parcial do vapor d'água e a pressão de saturação do vapor na mesma temperatura.
onde UR é a umidade relativa; w é a massa de vapor pela massa de ar e ws é a massa de vapor por massa de ar no ponto de saturação.
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Data representativa do inverno.
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Data representativa do verão.
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Além da umidade relativa (UR), o conhecimento da pressão real e de saturação de vapor d’água no ar nos fornece outras informações bastante utilizadas nas ciências agronômicas, como:
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Umidade Específica
A umidade específica é a razão de vapor de água com o ar (incluindo o próprio vapor de água e o ar seco) em uma massa particular.
 A razão de umidade específica é expressa como uma razão de quilogramas de vapor de água (mágua) por quilograma da massa de ar úmido total (mt).
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A razão pode ser mostrada como:
A umidade específica está relacionada à razão de mistura (e vice-versa) por:
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É a temperatura na qual a saturação ocorreria se o ar fosse resfriado a pressão constante e sem adição e remoção de vapor de água. 
Temperatura do Ponto de Orvalho (td) 
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Tabela da Temperatura do Ponto de Orvalho (td) 
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Condensação na Atmosfera
FONTE: Google images
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CONCEITO
A condensação, também chamada de liquefação, é a transformação da água em estado gasoso (vapor) para o líquido;
Normalmente quando este é submetido a um resfriamento. 
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Exemplo
Um copo gelado, cercado externamente de gotículas de água.
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CONDENSAÇÃO
É importante ressaltar que a água não condensa facilmente sem uma superfície presente.
Essas superfícies geralmente correspondem à: vegetação, solo e construções ... 
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Processo adiabático
Ocorre quando uma parcela de ar sobe e se resfria. Sendo que, essa ascensão de ar depende das condições atmosféricas.
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Como se mede?
Psicrômetro aspirado 
Higrógrafo 
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O psicrômetro Assmann é considerado padrão para a medida da umidade do ar. 
SENTELHAS, 2006
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Higrógrafos mecânicos
SENTELHAS, 2006
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A quantificação da umidade do ar pode ser feita através:
 método analítico;
 método tabular; 
 método gráfico.
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Método Analítico 
Pressão de Saturação do Vapor de Água 
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MÉTODO TABULAR 
SENTELHAS, 2006
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Tabela Psicrométrica para altitudes entre 600 e 800 m
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Método Gráfico 
SENTELHAS, 2006
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SENTELHAS, 2006
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Medida da Umidade do ar em Condições Padrões
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Sensor capacitivo de UR associado a EMA
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.
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Referencias
ALMEIDA, D. P. F.(2004). Psicrometria. Disponível em: <dalmeida.com/poscolheita/ISA2005/Psicrometria-Almeida-2004.pdf>. Acesso em:15 out. 2011.
CERQUEIRA, W. Umidade do Ar. Equipe Brasil Escola. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/geografia/umidade-ar.htm>. Acesso em: 15 out. 2011.
DALL’AMICO, R. Fundamentos da pneumática I. SMC Pneumáticos do Brasil. Disponível em: <www.acser-automacao.com.br/_downloads/3.pdf>. Acesso em: 15 out. 2011.
DANTAS, T. Umidade do Ar. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/geografia/umidade-ar.htm>. Acesso em: 15 out. 2011.
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Referencias
INDRIUNAS, A. Como funciona a umidade do ar. Disponível em: <http://ciencia.hsw.uol.com.br/umidade-do-ar.htm>. Acesso em: 16 out. 2011.
GALVANI, E. Umidade do Ar. Laboratório de Climatologia e Biogeografia – LCB. Disponível em: <www.geografia.fflch.usp.br/.../apoio/...Emerson/.../Umidade_do_ar.p..>. Acesso em: 16 out. 2011.
GRIMM, A. M. (1999). Umidade Relativa. Disponível em: <http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap5/cap5-3-3.html >. Acesso em: 16 out. 2011.
GUIMARÃES, P. O. L. Metrologia ambiental. Disponível em:<lim1.cptec.inpe.br/~rlim/docs/metrologiaambiental.ppt>. Acesso em: 16 out. 2011.
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Referencias
LUZ, M. L. (2006). Determinação de umidade nos grãos. Disponível em: <www.inmetro.gov.br/painelsetorial/palestras/PalestraMedicao.pdf>. Acesso em: 16 out. 2011.
PEZZOPANE, J. R. M. (2009). Água na biosfera e agricultura – Umidade do ar. Disponível em: <www.ceunes.ufes.br/.../2/josepezzopane-topico%208%202009.pdf>.
Acesso em: 15 out. 2011.
SENTELHAS, P. C.; ANGELOCCI, L. R. Umidade do ar. ESALQ/USP – 2009. Disponível em: <www.leb.esalq.usp.br/aulas/lce306/Aula7_2011.pdf>. Acesso em: 14 out. 2011.
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Obrigada pela presença!
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A água é a única substância que ocorre nas 3 fases na atm.
A água e suas mudanças na atm, desempenham papel importantíssimo em diversos 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);
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O vapor de água, ao passar da fase líquida para gasosa, absorve calor do ar circunvizinho, resfriando-o, e, ao retornar da fase gasosa para fase líquida, libera o calor latente acumulado, aquecendo a atmosfera. Possuindo concentrações máximas nas regiões tropicais e equatoriais úmidas. 
A umidade é a quantidade de vapor de água presente na atmosfera num determinado momento, resultado do processo de evaporação das águas da superfície terrestre e da transpiração das plantas.
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As indústrias de petrolíferas lidam diariamente com problemas decorrentes de vazamentos, refinamento, transporte e armazenamento do petróleo/derivados.
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Benzeno = =tóxico padrão de potabilidade de 10 mg/l
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Uma das formas mais simples e cotidiana de perceber o fenômeno é quando olhamos um copo com um líquido gelado ou o vidro do carro embaçados.  
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Benzeno = =tóxico padrão de potabilidade de 10 mg/l
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A umidade do ar de um determinado local interfere diretamente na qualidade de vida dos habitantes. Baixas umidades podem gerar problemas respiratórios, sangramentos nasais, desidratação, etc. Já as altas umidades podem provocar tonturas e proliferação de fungos.
A alta umidade durante dias quentes faz a sensação térmica aumentar, devido à redução da eficácia da transpiração da pele, e assim reduzindo o resfriamento corporal. Por outro lado, a baixa umidade dos desertos causa uma grande diferença de temperatura entre o dia e a noite. Este efeito é calculado pela tabela de índice de calor.
As condições de umidade relativa do ar são importantes para a saúde e a sensação de conforto ou desconforto térmico. Nos dias quentes e úmidos, nosso organismo sente maior necessidade de transpirar, enquanto nos dias secos se agravam os problemas respiratórios e de irritação de pele.
Influência da umidade do ar na saúde
Naquelas tardes quentes de verão, quando o ar está pesado e abafado, muitas pessoas sentem-se mal. Isto se dá porque o ar está praticamente saturado de vapor d’água e para nos refrescarmos, para baixar nossa temperatura corporal, nosso corpo transpira. A perda de água para a atmosfera com o suor é um importante mecanismo de controle de temperatura. Mas e se o ar já está cheio, saturado de vapor d’água, o que acontece? Nosso suor não evapora e com isso não perdemos calor para o meio, ficamos com uma sensação ruim de calor. Embora incômodo, este grau de umidade não causa tanto mal a saúde, bastando tomar medidas simples como resfriar e ventilar o ambiente. No outro extremo, no inverno, quando a umidade relativa está baixa sofremos com a diminuição da hidratação das vias aéreas e dos olhos. A baixa umidade do ar agride as mucosas que revestem as fossas nasais e o trato respiratório como um todo, tornando mais propensas crises de asma e bronquite e infecções virais e bacterianas. Mesmo em invernos com temperaturas altas a pouca umidade é bastante nociva. Até porque apesar de transpirarmos, a água que sai do nosso corpo é absorvida pelo ambiente deixando, por exemplo, a pele ressecada. O ar seco aumenta a poluição das grande cidades Além disso, a poluição do ar aumenta com o ar seco, assim como fenômenos como a inversão térmica.
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A Organização Mundial de Saúde (OMS) aponta que os valores ideais de umidade relativa do ar encontram-se na faixa de 40% a 70%. A seguir temos algumas medidas a serem tomadas para minimizar a influência nociva em caso de baixa umidade:
Estado de atenção – entre 20% e 30%
• Consumir muita água
• Entre as 11h e 15h deve-se evitar exercícios físicos ao ar livre
• Proteger-se do sol em locais sombreados e áreas com vegetação
• Com o intuito de umidificar o ambiente, utilizar toalhas molhadas, recipientes com água (bacias, por exemplo), vaporizadores, regador de jardim
Estado de alerta – entre 12 e 20%
• Seguir as mesmas recomendações do estado de atenção
• No período das 10h às 16h não fazer exercícios físicos ao ar livre
• Umedecer os olhos com soro fisiológico
• Evitar aglomerações em locais fechados
Estado de emergência – Abaixo de 12%
• Além das recomendações anteriores
• E no período das 10h às 16h, os ambientes internos devem ser umedecidos
• Nesse período, aulas, cinemas ou qualquer atividade que exijam aglomerações devem ser suspensas
• Interromper qualquer atividade ao ar livre como ginástica, aulas de educação física, serviços externos como coleta de lixo e de correios 
Apenas como exemplo, no inverno de 2008, a cidade de São Paulo registrou umidade relativa do ar que deixou a cidade em estado de atenção.
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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:
Ar Saturado: quando a taxa de escape de moléculas de água de uma superfície líquida para o ar se iguala à taxa de retorno de moléculas de vapor d´água do ar para a superfície líquida. Essa taxa é dependente da temperatura do sistema, a qual determina a capacidade máxima de vapor d´água que o ar pode reter.
É importante destacar que a capacidade de retenção de vapor d'água na atmosfera também está associada à temperatura. Quando a temperatura está elevada, os gases estão dilatados e aumenta sua capacidade de retenção de vapor; ao contrário, com temperaturas baixas os gases ficam mais adensados e é necessária uma menor quantidade de vapor para atingir o ponto de saturação.
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A figura a seguir ilustra esse processo, mostrando um sistema fechado, a 20ºC, no qual em (a) têm-se o ar seco. À medida que a evaporação ocorre, a pressão exercida pelo vapor d´água aumenta (b = ar úmido), até se atingir a condição de saturação para essa temperatura (c). Caso haja o aumento da temperatura do sistema, a capacidade máxima de retenção de vapor do ar aumenta, como mostra a figura (d).
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Como qualquer outra substância o ar tem um limite de absorção, este limite se denomina saturação. Abaixo do ponto de saturação ( ponto de orvalho ) o ar úmido não se distingue do ar seco ao simples olhar sendo absolutamente incolor e transparente. Acima do limite de saturação a quantidade de água em excesso se precipita em forma de neblina ou pequenas gotas de água (chuva). A quantidade de água que o ar absorve antes de atingir a saturação depende da temperatura e aumenta progressivamente com ela.
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Com uma concentração praticamente nula nas regiões desérticas e extremos polares, ate 4% em volume, nas regiões tropicais quentes e úmidas, o vapor de água é um dos mais importantes constituintes atmosféricos. Exerce papel de destaque no balanço de energia próximo a superfície do solo. Além disso, sua presença é absolutamente indispensável para toda espécie de vida na Terra. É elemento decisivo no ciclo hidrológico, quer transferindo água da superfície para atmosfera, que retornando, sob a forma líquida, como chuva. Atua como absorvedor de radiação infravermelha, reemitindo-a à sua temperatura. Com isso, desempenha o papel de um agente termoregulador, impedindo que a camada de ar junto ao solo se resfrie em demasia durante a noite. 
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Quando um meio de comunicação divulga a temperatura, normalmente, também é informada a umidade relativa do ar. Mas, afinal, o que é umidade do ar e qual a sua importância?
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De acordo com a lei de Dalton, a pressão atmosférica (Patm) é igual à soma das
pressões parciais exercidas por todos os constituintes atmosféricos.
Isso pode
ser representado por:
Patm = PN + PO + ... + PCO2 + PO3 + PH2Ov
Resumindo:
Patm = PAr Seco + PH2Ov
A pressão parcial exercida pelo vapor d´água (PH2Ov) é simbolizada pela letra “e”. Para a condição de saturação, ou seja, para o máximo de vapor d´água que o ar pode reter, utilizamos o símbolo “es” e para a condição de ar úmido, ou seja, para a condição real de vapor d´água no ar, utilizamos o símbolo “ea”. Portanto, para chegarmos à umidade relativa (UR, em %), teremos a seguinte equação:
UR = (ea / es) * 100
“ea” e “es” são expressos em unidade de pressão (atm, mmHg, mb, hPa ou kPa)
1 atm = 760 mmHg = 1013,3 mb = 1013,3 hPa = 101,33 kPa
A umidade relativa também pode ser expressa em termos de pressão parcial de vapor. De acordo com a lei de Dalton cada gás que compõe um a mistura exerce uma pressão parcial, independente da pressão dos outros gases, igual à pressão que se fosse o único gás a ocupar o volume. No ponto de saturação a pressão parcial do vapor corresponde à pressão de saturação do vapor no ar, e a equação anterior pode ser reescrita como:
onde UR é a umidade relativa; e é a pressão parcial de vapor no ar e es é pressão de saturação.
 
E = C (es – e) 
E = evaporação (mm/hora; mm/dia)
es = pressão de saturação do vapor de água no ar atmosférico
e = pressão do vapor presente na atmosfera
C = constante
Ar mais seco – mais evaporação
Ar mais úmido – menos evaporação
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Pressão de Vapor 
Da mesma forma que a atmosfera exerce pressão sobre nós o vapor acumulado sobre a superfície livre do líquido também exerce pressão sobre ele. A esta pressão dá-se o nome de pressão de vapor À medida que o líquido evapora essa pressão de vapor vai aumentando. Esse aumento atinge um valor máximo para cada temperatura e, neste caso, dizemos que o ambiente está saturado de vapor. 
Neste gráfico, temos a representação de uma curva de pressão de vapor saturado da água em função da temperatura. Vapor saturado pode ser definido como aquele que está em equilíbrio com seu próprio líquido. Dessa forma todos os pares de valores de pressão e temperatura sobre a curva representam condições em que a água está em equilíbrio com seu próprio vapor saturado. Isto significa que, nesta situação, se uma determinada quantidade de água for vaporizada, imediatamente a mesma quantidade de vapor será condensada de modo que a massa de cada um (líquido e vapor) permaneça constante. 
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Pressão parcial é a pressão que um determinado componente em uma mistura exerce sobre a mistura teste.
Pressão parcial de vapor é a pressão que um dado volume de gás exerce dentro de um recipiente em relação à pressão máxima que ele exerceria se ocupasse todo o seu volume.
Ao se misturar gases diferentes num mesmo recipiente, considera-se que cada gás exerce uma determinada pressão no sistema de modo isolado. Pode-se considerar que a pressão parcial de um gás é a pressão total que ele exerceria se apenas ele estivesse contido no recipiente. Desta forma, a soma das pressões parciais dos gases é a pressão total.
Considerando "P" a pressão total, PA a pressão parcial de um certo gas "A", PB a pressão parcial de um certo gás "B" e "X" a fração molar, temos a seguinte relação:
 ou  
sendo que a fração molar (X) de um gás é a relação entre o número de mols do gás pelo número de mols da mistura. Exemplo:  
ATENÇÃO: Esse método descrito aqui corresponde a lei de Raoult e vale apenas para gases ideais. Para gases reais: em uma mistura o volume molar das substância não é o mesmo que o volume molar do gás ideal (calculado por P.V=n.R.T).
A pressão atmosférica não interfere no resultado do cálculo, pois será constante no que diz respeito a variações de soluto no solvente, por exemplo, não importa o quanto de soluto será adicionado, se a pressão atmosférica for de 1 atm, ela permanecerá constante, mesmo se aquecer a solução, ou realizar qualquer outro procedimento. Portanto, a pressão parcial se relaciona diretamente com a fração molar da substância (quanto maior a fração molar, maior é a pressão parcial).
 
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Pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor quando este está em equilíbrio dinâmico com o líquido que lhe deu origem, ou seja, a quantidade de líquido (solução) que evapora é a mesma que se condensa. A pressão de vapor é uma medida da tendência de evaporação de um líquido. Quanto maior for a sua pressão de vapor, mais volátil será o líquido, e menor será sua temperatura de ebulição relativamente a outros líquidos com menor pressão de vapor à mesma temperatura de referência.
A pressão de vapor é uma propriedade física que depende intimamente do valor da temperatura. Qualquer que seja a temperatura, a tendência é de o líquido se vaporizar até atingir equilíbrio termodinâmico com o vapor; em termos cinéticos, esse equilíbrio se manifesta quando a taxa de líquido vaporizado é igual à taxa de vapor condensado. Uma substância líquida entra em ebulição quando a pressão do sistema ao qual faz parte atinge a pressão de vapor dessa substância. Esse ponto recebe o nome de ponto de ebulição ou temperatura de ebulição. O ponto de ebulição normal é a temperatura de ebulição da substância à pressão de uma atmosfera.
Em locais com maior altitude, onde a pressão atmosférica é menor, a temperatura de ebulição das substâncias líquidas são mais baixas já que sua pressão de vapor precisa se igualar a um valor menor (considerando que o sistema é aberto).
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A umidade relativa do ar (%) é uma relação entre a quantidade de vapor existente na atmosfera num dado momento (umidade absoluta - g/m³) e a quantidade de vapor de água que essa atmosfera comporta. Assim, ar com umidade relativa de 100% está saturado de vapor(chuva), e ar com umidade relativa de 0% está completamente isento de vapor. 
  Se ao longo do dia a umidade relativa estiver aumentando, chegando próximo de 100%, há grande possibilidade de ocorrer precipitação, pois a atmosfera está atingindo seu ponto de saturação. Para chover, o vapor d'água tem de se condensar, passando do estado gasoso para o líquido, o que acontece com a queda de temperatura. Em contrapartida, se a umidade relativa do ar for constante ou estiver diminuindo, dificilmente choverá.
 A umidade relativa é uma importante variável (medida) usada na previsão do tempo, e indica a possibilidade de precipitação(chuva, neve, entre outros), orvalho ou nevoeiro. 
  Como a temperatura atinge seus valores mais altos durante o dia, e mais baixos durante a noite, é fácil entender que a umidade relativa do ar tenda a ser menor durante os períodos mais quentes do dia e maior durante a noite. Por isso, também nos invernos paulistanos ou mato-grossenses, por exemplo, a “secura” é sentida mais ao meio-dia (durante o dia)  que à meia-noite (durante a noite). 
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Se vapor d’água é adicionado ou subtraído do ar, sua UR mudará, se a temperatura permanecer constante.
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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.
Ou seja, 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 a razão de mistura do ar e portanto mais distante da saturação e menor a UR.
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Os valores de umidade relativa do ar podem ser diferentes em função da metodologia de cálculo. Quando for comparar dados de UR verifique se os valores médios foram obtidos da mesma forma. Veja os valores do exercício proposto.
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Ponto de orvalho designa a temperatura à qual o vapor de água presente no ar ambiente passa ao estado líquido na forma de pequenas gotas (condensação).
Ponto de orvalho
O conceito de umidade faz parte do senso comum. O tempo pode estar úmido, o chão pode estar úmido, até mesmo um pedaço de pão pode estar úmido. A idéia de que os objetos e as substâncias possam conter mais ou menos água é natural. É esta a idéia de umidade – o quanto há de água em determinada substância ou material. Com o ar não é diferente. O ar é uma mistura
de gases e inclui quantidades variáveis de água em estado de vapor. O ar seco, isento de água, é composto por gases em porcentagens diversas: nitrogênio (N2) – aproximadamente 78% –, seguido de oxigênio (O2) – aproximadamente 21% –, e argônio (Ar) – cerca de 1% –, além de outros gases como dióxido de carbono (CO2), neon (Ne), metano (CH4) em quantidades menores. Vamos entender como a água, ou mais especificamente o vapor d’água, comporta-se
na atmosfera. Por exemplo, ao passearmos à beira de um lago ou de uma represa no fim da tarde, quando a temperatura baixou repentinamente, normalmente nos deparamos com a neblina. Como se explica esse fenômeno? A neblina é o efeito mais visível da umidade do ar Com o nascer do sol e com o passar do dia, a temperatura tende a aumentar e, ao fim do dia, diminuir. Este fato é bastante importante, pois a quantidade de vapor de água que o ar pode conter aumenta com a temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de água possível no ar. Mas há limites para essa quantidade. Há um ponto de saturação, ou seja, a quantidade máxima de vapor d’água que o ar pode conter em determinada temperatura. As unidades utilizadas são pressão relativa de vapor de água, em relação massa/massa (gramas de vapor d’água por kg de ar) ou ainda massa/volume (gramas de vapor d’água por metros cúbicos de ar). De qualquer modo elas demonstram o quanto de água o ar pode conter. Este valor limite é chamado de Ponto de Orvalho (Dew Point, em inglês).
Para entendermos a situação da formação da neblina, vamos atribuir valores ao exemplo acima. Imaginem um dia quente, coma temperatura próxima a 30ºC, e a quantidade de vapor d’água a beira do lago estivesse bem próxima do limite de saturação, do ponto de orvalho. A 30ºC o valor é cerca de 30 g/m3. Agora imaginemos que a temperatura diminuísse em 5ºC, sendo que para a temperatura de 25ºC o ponto de orvalho de 23 g/m3. A diferença de aproximadamente 7 g/m3 de vapor d’água que estava no ar, não “cabe” mais, ou seja, o ar não consegue retê-la. O
vapor então se condensa em minúsculas gotículas de água líquida que fica suspensa no ar formando a neblina.
O ar presente no ambiente é composto por vários tipos de gases, partículas em suspensão e também água no estado gasoso. A quantidade de água que um metro cúbico de ar contém define a humidade absoluta. Se introduzirmos humidade numa determinada massa de ar a sua humidade absoluta vai aumentando. A questão está em saber que quantidade de humidade podemos introduzir sem que ocorra condensação.
Ponto de Orvalho ou Ponto de Saturação designa a temperatura à qual, a uma determinada pressão atmosférica, ocorre acondensação. O ponto de orvalho é um ponto de saturação. A água condensada no solo é denominada orvalho e normalmente forma névoa ou neblina. Quando a temperatura do ponto de orvalho é menor que zero, chama-se ponto de geada e ocasiona geada.
O ar que nos envolve é composto por vários tipos de gases, partículas em suspensão e também água no estado gasoso (vapor de água que é invisível). A quantidade de água que um metro cúbico de ar contém define a humidade absoluta. Normalmente a humidade absoluta é dada em g/m3. Naturalmente, se introduzirmos humidade numa determinada massa de ar a sua humidade absoluta vai aumentando. A questão está em saber que quantidade de humidade podemos introduzir sem que ocorra condensação.
O ar tem uma capacidade limitada de suportar vapor de água sem que ocorra condensação. De forma a simplificar o entendimento do processo foi criado o conceito de humidade relativa. A humidade relativa estabelece a relação entre a humidade absoluta duma massa de ar e a quantidade máxima de humidade que essa massa de ar pode conter. Em termos matemáticos a humidade relativa pode ser obtida dividindo a humidade absoluta pelo ponto de saturação e multiplicando por 100, para que o resultado venha dado em percentagem.
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Condensação na Atmosfera
Para que haja condensação na atmosfera, há necessidade da presença de
núcleos de condensação, em torno dos quais se formam os elementos de
nuvem (pequenas gotículas de água que permanecem em suspensão no ar). O
principal núcleo de condensação é o NaCl. No entanto, em algumas regiões
específicas, outras substâncias podem atuar como núcleos de condensação,
como é o caso do 2-metiltreitol, álcool proveniente da reação do isopreno
emitido pela floresta com a radiação solar, considerado o principal núcleo de
condensação para formação das chuvas convectivas na região Amazônica.
Além dos núcleos de condensação, há necessidade de que o ar fique saturado
de vapor, o que ocorre por duas vias: aumento da pressão de vapor d´água no
ar e resfriamento do ar (mais eficiente e comum). Esse resfriamento do ar se
dá normalmente por processo adiabático, ou seja, a parcela de ar sobe e se
resfria devido à expansão interna, que se deve à redução de pressão.
A taxa de decréscimo da temperatura do ar com a elevação é
denominada de GRADIENTE ADIABÁTICO (G):
Gar seco = - 0,98o C / 100m
Gar saturado = - 0,4oC / 100m
Gar úmido = - 0,6oC / 100m
A ascensão de uma parcela de ar irá depender das condições atmosféricas. Isso
explica por que em alguns dias ocorre formação intensa de nuvens pelo processo
convectivo e em outros dias não. Quando as condições atmosféricas favorecem a
formação dos movimentos convectivos e, conseqüentemente, a formação de
nuvens, a atmosfera é dita “instável”, ao passo que sob condições desfavoráveis à
formação de nuvens, a atmosfera é dita “estável”.
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Essas gotículas eram vapor de água que estavam no ar, e ao serem resfriadas pela superficie gelada do copo, condensaram.
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O resfriamento do ar se dá por um processo adiabático.
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Essas figuras exemplificam o que ocorre com os movimentos convectivos nas três condições atmosféricas: instável, estável e neutra. Observe que na condição estável a ascensão da parcela de ar é inibida, não havendo, portanto, possibilidade de formação de nuvens. Isso porque as condições atmosféricas favorecem ou não a formação de movimentos convectivos, que formam as nuvens. Nas outras condições
há movimentos ascendentes, sendo mais intensos na condição de instabilidade atmosférica.
Como se mede?
Há dois aparelhos básicos para medir a umidade do ar: o psicrômetro e o higrômetro. A umidade do ar é medida normalmente através de psicrômetros e higrômetros, e registrada por higrógrafos.
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O psicrômetro Assmann é considerado padrão para a medida da umidade do ar. No entanto, este é um equipamento mecânico É constituído por dois termômetros de mercúrio idênticos que são expostos ao ar: um com o bulbo descoberto (bulbo seco) e o outro coberto por gaze umedecida (bulbo úmido). A água quando evapora da gaze, resfria o bulbo, assim quanto mais seco estiver, mais água perde e mais resfria o bulbo. Através da diferença de temperatura pode-se calcular a umidade relativa do ar.
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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. Esses equipamentos são empregados para a obtenção de medidas contínuas nas estações
meteorológicas convencionais e registram os valores de UR no higrograma. Esse equipamento requer
calibrações freqüentes, pois o cabelo vai perdendo elasticidade com o tempo.
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Os resultados permitem sintetizar as seguintes conclusões: a pressão de saturação do vapor d’água não depende da pressão atmosférica, mas sim da temperatura. Como o vapor d’água é um dos constituintes da atmosfera, a soma das pressões parciais dos diversos constituintes (vapor d’água mais ar seco) será igual a pressão atmosférica total, de acordo com a Lei de Dalton.
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Medida da Umidade do ar em Condições Padrões
Os sensores de UR, para medidas rotineiras, devem ser instalados dentro dos abrigos
meteorológicos (1,5 a 2,0 m de altura), tanto nas estações convencionais como nas
automáticas
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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.
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