Unidade de pressão 1 atm = 760 mmhg = 1013,3 mb = 1013,3 hpa = 101,33 kpa

Transcrição

1 Umidade do ar O ar atmosférico é composto de constituintes não variáveis e variáveis dentre eles destacamos o água na forma de vapor. A presença de água na forma de vapor d água na atmosfera além de atuar como termoregulador, influencia na ocorrência e controle de pragas e doenças em plantas e animais, e também na qualidade do armazenamento e da conservação dos produtos agrícolas, bem como, no conforto animal. De acordo com a Lei de Dalton, cada constituinte atmosférico exerce uma pressão sobre a superfície de tal modo que a pressão total ou atmosférica é igual a soma das pressões parciais de cada gás ou vapor, sendo assim pode-se expressar a pressão atmosférica como: Patm = PN + PO PCO2 + PO3 + PH2Ov Resumindo: Patm = PAr Seco + ea Unidade de pressão 1 atm = 760 mmhg = 1013,3 mb = 1013,3 hpa = 101,33 kpa Em que ea, pressão atual ou parcial de vapor d água, representa a pressão exercida pela massa atual de vapor d água existente na atmosfera. Podendo variar de 0 (ar totalmente seco) a até um valor máximo denominado de pressão de saturação de vapor d água, simbolizado por es. Pela lei dos gases perfeitos PV= nrt Verifica-se que quando a pressão é mantida constante, o volume de uma massa de ar é diretamente proporcional a sua T, ou seja, o volume ar se contrai ou expande com a variação de T. Assim essa variação de volume de ar determina um limite máximo à quantidade de vapor d água que pode ser retida por ele. Observe a seguir:

2 Manômetro Ar seco Ar úmido Água Ar Saturado Ar Saturado A figura ilustra um sistema fechado, a 20ºC, no qual em (a) têm-se o ar seco. À medida que ocorre a evaporação da água ocorre a liberação de vapor d água para o ar ambiente (b), neste ponto a pressão que o vapor d água exerce é denominada de pressão atual ou parcial de vapor d água (ea). Com o aumento da quantidade de vapor d água até a capacidade máxima que o ar pode reter, ou seja até a saturação do ar (c), a pressão que passa atuar neste ponto é a pressão de saturação de vapor d água (es). Caso haja o aumento da temperatura do sistema (d), o ar se expande e a capacidade máxima de retenção de vapor do ar aumenta, e com isso a pressão de saturação também aumenta, por isso que se diz que a pressão de saturação de vapor d água aumenta com o aumento da temperatura.

3 Em meteorologia, o termo umidade atmosférica se refere à presença de vapor d água na atmosfera, podendo esta estar ou não sob condições de saturação. Para tanto o vapor d água pode ser expresso em termos de umidade absoluta, umidade específica, razão de mistura, ponto de orvalho e umidade relativa, sendo esta expressa por: UR = (ea / es) * 100 Várias expressões são utilizadas para a estimativa da pressão de saturação de vapor d água (es), no entanto a que apresenta melhor resultado é a proposta por Tetens: es = 0,611 * 10 [(7,5*Tar)/(237,3+Tar)] (kpa) em que T ar é expressa em ºC, e es em KPa. A representação gráfica da equação de Tetens é denominada gráfico psicrométrico onde este expressa a relação positiva entre a temperatura do ar e a pressão de vapor. Para a estimativa da umidade do ar existem três métodos distintos: o analítico, o método tabular e o método gráfico (gráfico psicrométrico). Como nos outros métodos o método gráfico depende apenas do conhecimento das temperaturas dos bulbos seco e úmido que são obtidas por meio de equipamento, conhecido como conjunto psicrométrico.

4 Gráfico Psicrométrico 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)

5 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: ea = (UR x es)/100 A outra forma é por meio da equação psicrométrica, conhecendo-se as temperaturas do bulbo seco (Ts) e do bulbo úmido (Tu), obtidas do conjunto psicrométrico: ea = estu γ (Ts Tu) Em que Tu é a temperatura do bulbo úmido, Ts é a temperatura do bulbo seco e γ éa constante psicrométrica. Psicrômetros ventilados (γ =0,067/ºC) e não ventilados (γ =0,081/ºC). Conjunto Psicrométrico LE Cadarço umedecido onde é obtida a temperatura de bulbo úmido (Tu) Tu Ts

6 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: Déficit de saturação do ar Δe = es ea (kpa) Temperatura do Ponto de Orvalho To = (237,3 * Log ea/0,611) / (7,5 Log ea/0,611) Razão de Mistura w = (0,622 * ea) / (P atm ea) (g de vapor / g de ar) Umidade Absoluta UA = 2168 [ea / (273 + Ts)] (g/m 3 ) Umidade de Saturação US = 2168 [es / (273 + Ts)] (g/m 3 )

7 Diariamente praticamente não há variação de ea ao longo do dia, ao passo que es variando exponencialmente com a temperatura do ar, faz com que a UR varie 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. Umidade Relativa Temperatura

8 Anualmente 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. Média mensal da UR (%) Variação Anual da UR (%) Piracicaba, SP Manaus, AM Brasília, DF J F M A M J J A S O N D Mês A variação espacial também segue o regime de chuvas das regiões. No estado de São Paulo por exemplo a UR média anual é maior na faixa litorânea e menor no norte e noroeste do estado.

9 Umidade do ar e Período de Molhamento Período de molhamento é o tempo em que as surperfícies vegetais (folhas, frutos, flores e colmo) se apresentam com molhamento, o qual é principalmente proveniente da condensação de orvalho. Essa variável é de extrema importância no contexto da fitossanidade vegetal, já que ela é fundamental para o processo infeccioso de doenças fúngicas e bacterianas. A determinação do período de molhamento DPM, portanto, tem relação direta com a umidade do ar, já que somente haverá condensação quando a umidade relativa estiver próxima de 100%. A DPM pode ser medida por equipamentos ou estimada em função do tempo (número de horas) em que a UR ficou acima de 90%. DPM = NHUR>90% Em que NH é o número de horas e UR é a umidade relativa. DPM = 8h DPM = 10h DPM = 17h DPM = 17h DPM = 11h

10 Umidade do ar e Temperatura do ar no metabolismo animal Os animais de sangue quente (homeotermos) necessitam que a temperatura do ar e, conseqüentemente, a temperatura corporal estejam entre certos limites para que seus processos fisiológicos não sejam afetados negativamente, repercutindo no seu rendimento e na produção de carne, leite, ovos, lã, etc. A manutenção das temperaturas a níveis adequados mantém os animais saudáveis, produtivos e com maior longevidade. As condições de conforte térmico para os animais são fundamentais para que esses expressem suas potencialidades. O desempenho orgânico dos animais depende de sua relação com o ambiente, sendo que variações ambientais bruscas podem provocar desconforto, comprometendo a saúde e a produtividade dos animais. Os elementos climáticos que afetam o conforto animal são: temperatura, umidade, radiação solar, vento e chuva, pois interferem diretamente no balanço de energia do animal (veja figura a seguir). Q S Q I Q E Q M ΔQ A Q C Balanço de energia de um animal homeotermo Q S = radiação solar incidente; Q I = radiação emitida + refletida; Q E =calor perdido pela transpiração/respiração; Q C = troca térmica por convecção; Q D = troca térmica por condução; Q M = calor metabólico; e ΔQ A = variação efetiva do calor armazenado no corpo. Adaptado de Assis (1995). Q D

11 Com relação às edificações para criação de animais, a temperatura e a umidade do ambiente são os principais elementos meteorológicos a interferir no conforto animal, sendo normalmente considerados em índices biometeorológicos de conforto. Um desses índices é o THI (Temperature-Humidity Index), o qual é muito útil para avaliação de ambientes quanto às condições de conforto para os animais homeotermos, sendo expresso por: THI = Tar + 0,36 To + 41,2 sendo Tar = temperatura média do ar no ambiente, em o C; To = temperatura do ponto de orvalho, em o C, função da pressão parcial de vapor (ea). Portanto, para se determinar THI é necessário ter-se a temperatura e a umidade relativa do ambiente, ou então, as temperaturas do bulbo seco e do bulbo úmido, quando então determina-se ea pela equação psicrométrica. Exemplo de cálculo do THI Tar = 28 o C es = 0,611 EXP [(7,5 * 28) / (237,3 + 28)] = 3,78 kpa UR = 65% ea = (65 * 3,78) / 100 = 2,46 kpa To = [237,3 * Log (2,46/0,611)] / [7,5 Log (2,46/0,611)] = 20,8 o C THI = ,36 * 20,8 + 41,2 = 76,7 O THI deve ser qualificado para cada espécie animal de interesse econômico de modo a se determinar os níveis que correspondem à condição de desconforto ou de estresse. Para vacas leiteira de um modo geral, têm-se a seguinte classificação: THI 70 Condição de conforto THI > 72 Início da condição de desconforto THI > 90 Condição de estresse severo ou THI 74 ambiente seguro THI de 74 a 78 alerta, cuidado THI de 79 a 84 são perigosos THI >= 85 Condição de emergência

12 Efeito do ambiente, expresso em THI, na produção de leite (Produção relativa, em %) de diferentes raças de vacas. Adaptado de Tito (1998) Tar ( o C) UR (%) THI Holandesa Jersey Pardo-Suíça A tabela acima mostra como as condições ambientais afetam a produtividade dos animais. Até THI = 72, a redução de rendimento é muito pequena. Porém, acima desse valor a redução passa a ser acentuada, variando de acordo com as raças. A raça mais sensível ao estresse térmico ambiental é a holandesa, com a redução de rendimento chegando a 59%, seguida pela Jersey com 44%, e pela Pardo-Suíça (mais resistente), com apenas 29% de redução de produção.

13 Quando as condições ambientais em edificações zootécnicas são estressantes para os animais, em dada região, deve-se lançar mão de medidas para aumento do conforto, como ventilação, aspersão/pulverização de água sobre os animais e o uso de tetos que possibilitem a eliminação do ar quente por convecção. Aberto Lanternim Tipos de teto Direção do vento Sobreposto Sistema freestall em que pode-se observar o tipo de teto (aberto) e a disposição dos ventiladores e dos asperssores

14 Exemplo utilizando o gráfico psicrométrico para Tu=17ºC Ts= 28ºC teríamos os seguintes resultados: Gráfico Psicrométrico Pressão Atm = 101,33 kpa ea = 1,1 kpa es = 3,8 kpa e s Δe = 2,7 kpa UR = 29% To = 8ºC e a Pressão de vapor (e, kpa) Temp. bulbo úmido ( o C) T u w Razão de Mistura (kg vapor / kg de ar seco) UA = 7,9 g/m 3 US = 27,4 g/m3 W = 0,007 kg vap /kg arseco T o T s Temperatura do bulbo seco ( o C)

15 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.

16 Psicrômetro Assmann Ventila dor mecân ico Tubo por onde o ar é succionado Termômetro de bulbo seco Termômetro de bulbo úmido 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.

17 Higrógrafos mecânicos Umidade Relativa do ar Temperatura do ar 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.

18 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

19 Medida da Duração do Período de Molhamento (DPM) Utilização de sensores eletrônicos, cujo princípio é baseado na redução da resistência entre eletrôdos quando existe a presença de água no forma líquida. Esses sensores podem simular uma folha ou, então, serem instalados diretamente no tecido vegetal onde se deseja monitorar essa variável. Folha artificial sensor plano Folha artificial sensor cilíndrico