aula7[1]-Umidade do ar

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Umidade do ar 
ÁGUA NA 
ATMOSFERA
A água é a única substância que ocorre nas três fases na atmosfera. A água na 
atmosfera e suas mudanças de fase desempenham papel importantíssimo em 
diversos processos físicos naturais:
ÁGUA NA ATMOSFERA
• Transporte e distribuição de calor (ciclo hidrológico)
• Absorção de comprimentos de onda da radiação solar e terrestre
• Evaporação/Evapotranspiração
• Condensação/Orvalho
Consumo de energia na 
superfície p/ evaporação
Liberação de energia na 
atmosfera devido à 
condensação
A presença de água é espacial e temporalmente variável na 
Troposfera, pois depende da superfície fornecedora (solo, 
vegetação, oceanos, mares, lagos, rios e banhados) e das 
características diárias da atmosfera para dela fazer parte.
Exemplo: a água pode corresponder a 1/1000 do peso do 
ar durante o inverno siberiano e a 18/1000 do peso do ar 
de um abafado dia da floresta amazônica.
ESTADO GASOSO:
As moléculas do vapor d’água misturam-se perfeitamente com os 
demais gases da atmosfera. Embora não sejam vistas a olho nu, 
sua ocorrência é percebida pela sensação de conforto e 
desconforto térmico que produz.
A presença de vapor no ar torna-o mais leve do que o ar 
seco, porque o vapor não é agregado a um dado volume de ar já 
existente, de modo que as moléculas de vapor d’água substituem 
as moléculas de ar.
Como a densidade da água é menor que a dor ar seco, 
considerando duas caixas contendo o mesmo volume de ar, a mais 
leve será aquela preenchida com ar úmido.
Essa propriedade do ar úmido é importante para ajudar a 
explicar o fato de ele possuir tendência a ascender na Troposfera.
EVAPORAÇÃO:
Para que a água, em seu estado líquido, passe para o estado 
gasoso (vapor) – EVAPORAÇÃO -, há um consumo de 
energia por parte das moléculas de água, na ordem de 600 
calorias por grama, que fica nelas retido.
Essa energia é chamada de CALOR LATENTE DE 
EVAPORAÇÃO e é responsável por manter as moléculas 
de água no estado de excitação molecular pertinente aos 
gases, ou seja, ela é usada para manter a molécula de água 
como molécula de vapor.
Assim, a evaporação, ao consumir calor sensível e 
transformá-lo em calor latente, estará resfriando o ar, uma 
vez que a energia que foi consumida não mais estará sendo 
usada para aquecê-lo.
CONDENSAÇÃO:
Corresponde a passagem da água em seu estado gasoso para o 
líquido, mediante a perda do calor latente de evaporação e a 
presença de núcleos de condensação, resultando na formação de 
NUVENS, ORVALHO, NEVOEIRO. 
A energia liberada para o ambiente quando ocorre a 
condensação é aquela que dele foi absorvida pela evaporação, e 
envolve as mesmas 600 cal/g de água.
A condensação ao transformar calor latente em calor sensível, 
estará AQUECENDO O AR.
TEMPERATURA DO PONTO DE ORVALHO:
Para que o ambiente retire a energia contida na molécula de vapor, ele 
deverá estar mais frio que a própria molécula.
Este ocorre quando, a uma dada quantidade possível de vapor, a 
temperatura do ambiente atinge o nível ideal para que a molécula de 
vapor se condense em uma molécula de água.
Quando essa condição é atingida, diz-se que a temperatura do ar 
alcançou a TEMPERATURA DO PONTO DE ORVALHO (TPO).
A TPO pode ser atingida por resfriamento por meio de três 
mecanismos:
• radiação, comumente observado nas noites calmas de céu limpo;
•Ascensão de um volume de ar úmido;
•Mistura do ar úmido com um ar frio mais frio.
NÚCLEOS DE CONDENSAÇÃO:
Além do ambiente atingir a TPO necessária, para que se efetue a 
condensação naquele volume de ar, a condensação do vapor no ar 
somente será realizada na presença de NÚCLEOS DE 
CONDENSAÇÃO.
Estes são constituídos por finíssimas partículas de poeira, cinza 
vulcânica, pólen e sais marinhos, por exemplo, e atuam como uma 
espécie de suporte para que a película de água possa se fixar 
quando da sua formação.
SOLIDIFICAÇÃO OU CONGELAMENTO:
Quando a temperatura do ar atinge valores abaixo de seu ponto de
congelamento (00C), a água em estado líquido pode transformar-se em finos 
cristais de gelo (presentes nas nuvens mais elevadas), ou manter-se como água 
super-resfriada, que, embora instável, atinge a temperaturas de até –400 C.
A fim de que ocorra a passagem das gotículas de água para cristais de gelo, há 
liberação de energia para o ambiente, equivalente a 80 cal/g, e o processo é 
chamado de SOLIDIFICAÇÃO.
O processo inverso LIQUEFAÇÃO ou FUSÃO efetua-se com o consumo 
do mesmo montante de energia por parte dos cristais de gelo, que assim se 
transformam em água.
Os cristais de gelo podem ser formados diretamente a partir do vapor de água, 
quando em ambientes com temperaturas negativas extremas. O vapor de água 
perde para o ambiente 680 cal/g de energia, ocorrendo a SUBLIMAÇÃO.
Também se chama SUBLIMAÇÃO o sentido inverso desse processo físico, 
ocasião em que há consumo das mesmas 680 cal/g por parte da água na fase 
sólida (cristais de gelo), que se transforma em vapor (fase gasosa).
Em função disso, afeta vários aspectos relacionados à indústria, cidades, 
agricultura, silvicultura, pecuária e conservação de alimentos:
• Conforto animal
• Consumo hídrico das plantas
• Relação plantas-doenças/pragas
• Armazenamento de produtos
• Incêndios florestais
UMIDADE DO AR
A presença do vapor de água na atmosfera é tratado como 
UMIDADE.
Os termos: 
•Pressão de Vapor
•Umidade Absoluta
•Umidade Específica, Razão de Mistura
•Umidade Relativa
São variações na forma de abordar a presença de vapor.
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 corresponda a um valor entre 0% e 4% do volume de ar ? AR ÚMIDO
• Caso a umidade corresponda a 4% do volume de ar ? AR SATURADO
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.
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).
Manômetro
Ar seco
Água
Ar Saturado Ar Saturado
14 g de vapor/kg de ar úmido 26,5 g de vapor/kg de ar úmido
PRESSÃO DE VAPOR:
Refere-se ao peso do vapor dado pela pressão que ele exerce sobre 
uma superfície ao nível médio do mar.
Água Água
ArAr
Ar não saturado de vapor: por 
evaporação, há aumento do 
número de moléculas de vapor 
no ar
Ar saturado de vapor: o 
número de moléculas de água 
que saem da superfície líquida 
é igual ao número de moléculas 
de vapor que retornam para a 
água.
Considerando-se que não haja mudança na temperatura ambiente, o processo de evaporação 
irá cessar quando o ar alcançar seu ponto de saturação.
Para cada valor de TEMPERATURA haverá uma quantidade 
máxima de moléculas de vapor, uma vez que é a temperatura 
do ar que controla o volume ocupado por esse ar.
Exemplo:
A 270 C, o ar suporta uma pressão de vapor equivalente a 35 
mb, o que representa um dia úmido local de clima equatorial.
A –70 C, em local de clima temperado, em um típico dia 
úmido de inverno, a pressão de vapor será apenas de 3 mb.
UMIDADE ABSOLUTAUMIDADE ABSOLUTA
?? Expressa o peso de vapor de água em um dado Expressa o peso de vapor de água em um dado 
volume de ar, representado em gramas por volume de ar, representado em gramas por 
metro cúbico (g/mmetro cúbico (g/m33).).
?? Não é muito utilizada porque pode não retratar a Não é muitoutilizada porque pode não retratar a 
quantidade real de vapor existente no ar, já que o quantidade real de vapor existente no ar, já que o 
ar muda de volume ao ascender (rarefazar muda de volume ao ascender (rarefaz--se) e ao se) e ao 
descender (adensadescender (adensa--se).se).
UMIDADE ESPECÍFICAUMIDADE ESPECÍFICA
?? Dada pela razão entre o peso do vapor de água e o peso Dada pela razão entre o peso do vapor de água e o peso 
de ar, isto é, quantas gramas de vapor existem em cada de ar, isto é, quantas gramas de vapor existem em cada 
quilograma de ar úmido. Similarmente, a RAZÃO DE quilograma de ar úmido. Similarmente, a RAZÃO DE 
MISTURA é a relação entre a quantidade de vapor em MISTURA é a relação entre a quantidade de vapor em 
gramas existente em um quilograma do ar, sem o peso gramas existente em um quilograma do ar, sem o peso 
do próprio vapor, isto é, ela retrata a mistura do vapor do próprio vapor, isto é, ela retrata a mistura do vapor 
de ar seco (sua densidade).de ar seco (sua densidade).
?? Não havendo perda de umidade por condensação ou Não havendo perda de umidade por condensação ou 
sublimação, nem adição por evaporação, o ar, ao sublimação, nem adição por evaporação, o ar, ao 
movimentarmovimentar--se verticalmente, não terá alterado seus se verticalmente, não terá alterado seus 
valores de umidade específica ou da razão de mistura.valores de umidade específica ou da razão de mistura.
UMIDADE RELATIVAUMIDADE RELATIVA
?? Expressa uma relação de proporção relativa Expressa uma relação de proporção relativa 
entre o vapor existente no ar e o ponto de entre o vapor existente no ar e o ponto de 
saturação do mesmo.saturação do mesmo.
?? A fórmula que define a UR é descrita:A fórmula que define a UR é descrita:
UR = (v/psv)100UR = (v/psv)100
Onde v: vapor existente (gramas)Onde v: vapor existente (gramas)
Psv: pressão saturada de vapor (gramas) para dada Psv: pressão saturada de vapor (gramas) para dada 
temperatura do artemperatura do ar
Equipamentos de medida da Umidade do ar
Conjunto Psicrométrico
ou Psicrômetro
O conjunto psicrométrico utiliza as 
equações apresentadas anteriormente 
para a determinação de “es” e “ea”, 
que posteriormente são empregados 
na determinação de UR. 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.
Ventilador 
mecânico
Termômetro de 
bulbo seco
Termômetro de 
bulbo úmido
Tubo por onde o 
ar é succionado
O psicrômetro Assmann é 
considerado padrão para a medida 
da umidade do ar. No entanto, este 
é um equipamento mecânico. 
Outras versões desse tipo de 
sensor vem sendo desenvolvidas, 
mas todas usando o princípio das 
medidas das temperaturas do 
bulbo seco e do bulbo úmido.
As versões mais atuais dos 
psicrômetros envolvem medidas 
dessas temperaturas com o uso de 
termopares, em abrigos 
meteorológicos onde há um fluxo 
constante de ar. Esses 
psicrômetros possibilitam medidas 
automatizadas, o que facilita a 
determinação da UR.
Psicrômetro Assmann
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. 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.
Temperatura do ar
Umidade Relativa do ar
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.
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
Abrigos meteorológico – Estação Convencional
Abrigo meteorológico –
Estação Automática
Cálculo da Umidade Relativa Média do ar
URmed = (UR9h + URmáx + URmín + 2.UR21h) / 5
URmed = (? URi) / n
Estação Convencional:
Estação Automática :
INMET
IAC URmed = (UR7h + UR14h + 2.UR21h) / 4
Valores 
Extremos URmed = (URmáx + URmín) / 2
Real
URi é a umidade relativa do ar medida a cada 
intervalo de tempo e n é o total de observações 
feitas ao longo de um dia
Higró-
grafo
URmed = (? URi) / 24
URi é a umidade relativa do ar medida a cada 
intervalo de 1 hora e 24 é o total de observações 
feitas ao longo de um dia
Variação temporal da umidade do ar - escala diária
Piracicaba, 14/08/2004
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 131415 1617 18192021222324
Horário
Ts
 ( 
o
C
 )
0
20
40
60
80
100
120
U
R
 (
%
)
Ts
UR Piracicaba, 14/08/2004
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Horário
P
re
ss
ão
 d
e 
va
p
o
r 
(k
P
a
)
es
ea
Na escala diária praticamente não há 
variação de “ea” ao longo do dia, ao passo 
que “es” varia exponencialmente com a 
temperatura do ar. Isso faz com que a UR 
varie 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 do ponto 
de orvalho (To) é atingida.
Desse modo, a UR tem uma variação 
inversa à da temperatura do ar (Ts), 
como pode-se observar na figura 
acima, porém o efeito direto da Ts é 
sobre “es”, como pode-se observar 
na figura ao lado.
Variação temporal da umidade do ar - escala anual
Variação Anual da UR (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
J F M A M J J A S O N D
Mês
M
éd
ia
 m
en
sa
l d
a 
U
R
 (%
)
Piracicaba, SP
Manaus, AM
Brasília, DF
Na escala anual, a UR média mensal acompanha basicamente o regime de chuvas, 
pois havendo água na superfície haverá vapor d´água no ar. Observa-se na figura 
abaixo que nas três localidades analisadas, a UR média mensal é maior na estação 
chuvosa e menor na estação seca. No entanto, em Manaus a UR é sempre maior que 
nas duas outras localidades, devido à estação seca ser mais curta e menos intensa. 
Em Piracicaba e em Brasília, a UR média mensal é praticamente igual na estação 
chuvosa, porém menor em Brasília na estação seca, o que se deve ao fato da 
estiagem ser muito mais intensa e prolongada nessa região do que em Piracicaba. 
Variação espacial da umidade do ar
Também segue o regime de chuvas das regiões. No estado de São Paulo a UR média 
anual é maior na faixa litorânea e menor no norte e noroeste do estado.