UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA FLORESTAL UMIDADE DO AR
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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAP GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA FLORESTAL UMIDADE DO AR DISCIPLINA: METEOROLOGIA AGROFLORESTAL PROF.: DRA. MARIA JOSÉ HATEM DE SOUZA MESTRANDO: MÁRCIO M LUIZ DA SILVA
2 INTRODUÇÃO 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: Como vapor, é a origem de todas as formas de precipitação e condensação, além de exercer papel como regulador térmico no sistema Terra-Atmosfera; 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).
3 CONCEITOS E DEFINIÇÕES O teor de vapor d água na atmosfera varia de 0 (regiões desérticas e polares) a 4% do volume de ar (regiões quentes e úmidas), representando somente 2% da massa total da atmosfera. 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 de ar (AR ÚMIDO); Caso a umidade corresponda a 4% do volume de ar (AR SATURADO).
4 Ar atmosférico: composto de uma mistura de gases e vapores. Lei de Dalton (Pressões Parciais): cada constituinte atmosférico exerce pressão sobre a superfície independente da presença dos outros, de tal modo que a pressão total (atmosférica) é igual à soma das pressões de cada gás ou vapor. Pressão Atmosférica: Patm = Par seco + e a Par seco (pressão parcial do ar seco mistura de gases como N 2, O 2, CO 2 ); e a (pressão parcial do vapor d água). e s (pressão de saturação de vapor d água).
5 Unidades de Pressão: - 1atm=760mmHg=1013,3mb=1013,3hPa=101,33kPa. Lei dos Gases Ideais: Em condição de pressão constante, o volume de uma massa de ar é diretamente proporcional à sua temperatura (V=nRT/P). Assim, o volume de ar se contrai/expande com a variação da temperatura. A quantidade máxima (saturante) de vapor d água pode ser descrita por uma função da temperatura ambiente. A pressão exercida pelo teor saturante de vapor d água (e s ) e sua dependência da temperatura pode ser descrita pela Equação de Tentens, em kpa: e s = 0, ,5 TAR/237,3 + TAR Déficit de saturação de vapor de ar (e): e s - e a
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7 Quantificação da Umidade Atmosférica (Vapor d água): Umidade Absoluta (UA) ou Densidade de Vapor (vapor d água contido na atmosfera): relação entre a massa de vapor pelo volume de ar (calculada a partir da equação de estado dos gases ideais PV=nRT). A UA é a massa total de água num dado volume de ar. UA = 2168e a /T [gh 2 0 m -3 de ar] Umidade de Saturação (US): US = 2168e s /T [gh 2 0 m -3 de ar] Umidade Relativa do Ar (UR%): razão entre a umidade real e umidade de saturação (e a /e s ). Representada também por f.
8 UR% = UA/US.100=2168e a /T/ 2168e s /T.100=e a /e s.100 Temperatura do Ponto de Orvalho (To): Temperatura na qual uma parcela de ar atinge a saturação apenas por resfriamento (Equação de Tetens descrita de modo a ser To como incógnita). É a temperatura na qual ocorrerá saturação se o ar se resfriar a uma pressão constante, sem aumento ou diminuição de vapor d água. A presença ou ausência de núcleos de condensação (constituídos de finíssimas partículas de poeira, cinza vulcânica, pólen e sais marinhos, atuando como uma espécie de suporte para que a película de água possa se fixar quando da sua formação) na atmosfera interfere no processo. To = 237,3Log[e a /0,6108] / 7,5-Log[e a /0,6108]
9 EQUIPAMENTOS UMIDADE DO AR Psicômetro: Mais confiáveis. Quanto maior a diferença entre as temperaturas, maior o poder evaporante do ar, indicando que a concentração de vapor d água na atmosfera está distante do valor saturante (UR é baixa). Caso contrário (UR é alta). Conjunto Psicrométrico Ts Tu
10 Com a temperatura do bulbo seco (Ts) determina-se o valor de e s pela Equação de Tetens (Tar=Ts) e com a temperatura do bulbo molhado (Tu), determina-se e su (Tar=Tu). Pressão Parcial de Vapor e a Equação Psicométrica: é determinada pela e a = e su AP (Ts - Tu) em kpa A = Coeficiente Psicométrico P = Pressão atmosférica AP = Constante Psicométrica ( que é = 0,062 kpa)
11 Conjunto Psicometrico ou Psicômetros 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.
12 Psicômetro de Funda e Psicômetro Assmann (com aspirador mecânico embutido na parte superior) Psicômetro Ventilado Elétrico e o Esquema da circulação do ar (que é aspirado através dos ductos dos sensores).
13 O psicrômetro Assmann é considerado padrão para a medida da umidade do ar.
14 Higrógrafo de Cabelo: Destina-se ao registro contínuo da umidade relativa e se baseia no princípio de modificação das dimensões (contração/expansão) de uma mecha de cabelo humano arranjado em forma de harpa, com a variação da umidade do ar. Além de medir somente a UR, precisa de calibração frequente, sendo usado em estações meteorológicas convencionais. Aí surgem os termo-higrógrafos. 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.
15 Higrógrafos Mecânicos Umidade Relativa do ar Sentelhas, 2006 Temperatura do ar
16
17 Sensores Capacitivos: São utilizados em estações meteorológicas automáticas. Constitui-se de um filme de polímero, que absorve vapor d água do ar alterando a capacitância de um circuito ativo. Requer calibração e limpeza periódicas.
18 VARIAÇÃO TEMPORAL DA UMIDADE DO AR O teor de umidade do ar pode variar de modo acentuado, tanto no espaço como no tempo. Em um determinado local, a variação temporal depende da circulação da atmosfera, da localização relativa das fontes e sumidouros de vapor d água, dentre outras. Em condições padronizadas, a tendência de variação diária de umidade parcial de vapor (e a ) varia pouco durante o dia, mas a pressão de saturação de vapor (e s ) varia exponencialmente com a temperatura do ar. Assim, a UR terá tendência de evolução inversa à da temperatura, desde que o ar não esteja saturado de vapor d água. Em condições normais de tempo, a pressão parcial de vapor (e a ) varia muito pouco durante o dia.
19 Na escala anual, a UR média mensal acompanha basicamente o regime de chuvas, pois havendo água na superfície haverá vapor d água no ar.
20 ORVALHO
21 ORVALHO Orvalho: Água condensada de uma superfície, quando a temperatura atinge o ponto de condensação (Ponto de Orvalho, To). O orvalho pode ser proveniente da condensação do vapor d água do ar adjacente à superfície, imediatamente superior (precipitação de orvalho) ou de uma superfície evaporante inferior (processo de destilação de orvalho). A formação do orvalho é resultado da perda radiativa de calor das superfícies, e transferência de vapor d água do ar para elas, o que exige atmosfera limpa e calma, com baixa umidade e alta umidade relativa nas camadas de ar próximas à superfície.
22 Medida do Orvalho e de sua Duração Não há método padronizado de medida e registro do orvalho. No entanto, a OMM divide esses instrumentos em quatro grupos: 1 Aspergígrafos (usa fios de cânhamo): Registram o orvalho e sua duração pela mudança de comprimento do elemento sensor devido ao molhamento; 2 O elemento sensor (grafite) se dissolve com o orvalho e registra a sua duração num prato de cristal; 3 Orvalhógrafos: Registram a presença de orvalho por pesagem da água condensada, depositada em um recipiente coletor;
23 4 Medem a formação de orvalho pela mudança na condutividade elétrica de superfícies de folhas naturais ou artificiais (somente estes últimos aparelhos são de estações automáticas). Aspergígrafo Sensor automático utilizado Para a medida do orvalho e de sua duração
24 MÉTODOS - QUANTIFICAÇÃO DA UMIDADE Analítico: Mais preciso e demorado. A partir da temperatura dos bulbos seco e úmido, obtém-se a Depresssão Psicométrica (T s T u ), a Pressão de Saturação (Equação de Tetens), Pressão Real de Vapor, Temperatura de Ponto de Orvalho, Umidade Absoluta e Umidade Relativa) Tabular: Para facilitar os cálculos, elaboraram-se tabelas a partir das formulações analíticas, de forma que a obtenção das informações relevantes seja fácil e rápida. Precisa-se fazer correções da UR a partir de um ábaco.
25 Tabela Psicrométrica para altitudes entre 600 e 800 m (ºC) Diferença em ºC entre o termômetro seco e úmido t, seco 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Método prático para , , , , , obtenção da umidade , , , , relativa doar. 32, , , ,
26 (ºC) Ts Diferença entre Ts e Tu Diferença em ºC entre o ter t, seco 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 17, Exemplo: Ts = 25 o C Tu = 20 o C Ts Tu = 5 o C UR = 61% 17, , , , , , , , , , , , , , , ,
27 Gráfico: Consiste em determinar os parâmetros que caracterizam a atm por meio de um ábaco (gráfico), que se baseia em equações termodinâmicas. Gráfico Psicrométrico Pressão Atm = 101,33 kpa Pressão de vapor (e, kpa) Temperatura do bulbo úmido ( o C) Razão de Mistura (kg vapor / kg de ar seco) Temperatura do bulbo seco ( o C)
28 Gráfico Psicrométrico Pressão Atm = 101,33 kpa Pressão de vapor (e, kpa) Razão de Mistura (kg vapor / kg de ar seco) Ts = 25 o C Tu = 20 o C UR ~ 62% Temperatura do bulbo úmido ( o C) Temperatura do bulbo seco ( o C)
29 REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA AYOADE, J.O. Umidade Atmosférica. In:. Introdução à Climatologia para os Trópicos. 10. ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, p. (Tradução Professora Maria Juraci Zani dos Santos). PEREIRA, A. R.; SENTELHAS, P. C.; ANGELOCCI, L.R. Umidade do Ar. In:. Agrometeorologia: Fundamentos e Aplicações Práticas. Guaíba: Agropecuária, p. VAREJÃO-SILVA, M. A. Umidade do Ar. In:. Meteorologia e Climatologia. Recife: INMET, VIANELLO, R. L.; ALVES, A. R. Termodinâmica e Estática da Atmosfera. In:. Meteorologia Básica e Aplicações. Viçosa: UFV, p.
30 OBRIGADO
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