METEOROLOGIA OBSERVACIONAL I UMIDADE DO AR COMET Professor: Ar úmido A água está presente em certo grau em toda atmosfera em três estados: sólido, líquido e gasoso. O estado gasoso, ou vapor de água atmosférico é definido como "umidade". Está água penetra na atmosfera pelos processos de evaporação e de transpiração, e logo retornar à superfície da terra em forma de precipitação, completando assim o ciclo hidrológico. Ao contrário do que acontece com os demais gases que compõem o ar seco, o vapor de água apresenta-se na atmosfera em proporções muito variáveis e em mistura com o ar seco. Devido à facilidade com que a proporção de umidade atmosférica pode variar, ora aumentando por evaporação, ora diminuindo por condensação, a medida da quantidade de umidade existente a cada momento torna-se elemento de grande importância meteorológica. Esta importância torna-se ainda maior devido às características termodinâmica do vapor de água. CONCEITO DE AR SECO, AR ÚMIDO E AR SATURADO Um volume de ar é considerado seco quando possui uma quantidade insignificante de vapor d'água. Quando esta quantidade se torna apreciável, ele é considerado úmido. À proporção que o vapor d'água aumenta, atingindo a quantidade máxima que o volume de ar pode conter, ele é dito SATURADO. Observe que o vapor d'água surge no AR ÚMIDO em detrimento dos gases, principalmente Nitrogênio e Oxigênio e, como ele é de menor peso molecular comprova-se ser o AR ÚMIDO mais leve que o AR SECO. PRESSÃO DE VAPOR DO AR ÚMIDO A atmosfera é uma mistura de gases que exercem cada um sua própria pressão, chamada pressão parcial. Esta pressão parcial é proporcional ao número de moléculas do gás, contidas em um dado volume da mistura gasosa considerada. A pressão atmosférica em um ponto qualquer é igual à soma das pressões parciais exercidas por cada um dos gases que compõem a atmosfera (incluindo o vapor d'água). Quando a água se evapora no ar seco, o vapor assim formado exerce sua própria pressão, que se chama pressão de vapor (e), a pressão atmosférica (p) aumenta, já que se torna igual à soma das pressões parciais exercidas pelo vapor d'água e pelo ar seco. Emprega-se a palavra umidade para designar qualquer medida da quantidade de vapor d'água contido em um volume dado de ar. Às vezes a umidade é expressa diretamente pela massa de vapor d'água contido na unidade de volume de ar. Também pode ser definida indiretamente pela razão entre a pressão de vapor d'água e a pressão total exercida pelo conjunto de gases atmosférico. Para expressar o conteúdo de vapor d'água no ar, utiliza-se frequentemente um parâmetro muito conveniente que é a umidade relativa.
UMIDADE RELATIVA A umidade relativa é a relação entre a massa de vapor d'água em um determinado volume de ar e que poderia conter o mesmo volume se estivesse saturado a mesma temperatura. É expressa em percentagem. Se o ar não está saturado, a quantidade de água contida na unidade de volume é, aproximadamente, proporcional à pressão de vapor. Portanto, o valor aproximado da umidade relativa pode ser determinado pela fórmula. Umidade relativa (%) = (pressão real do vapor/pressão de vapor saturante à temperatura)x100 Muitas substâncias orgânicas se alteram com as variações da umidade relativa do ar: é o caso do cabelo humano, e aproveitando esta propriedade foram construídos instrumentos para medir a umidade relativa. A umidade relativa pode variar mesmo se o conteúdo de vapor d'água permanecer constante, isto ocorre quando muda a temperatura da amostra de ar. Por isto, a umidade relativa alcança seus valores máximos pela manhã, quando ocorre a temperatura mínima do ar. Nestes casos, o ar pode atingir sua saturação. Se ocorrer condensação, névoa ou nevoeiro podem formar-se. Durante o dia, a temperatura aumenta e isto implica numa diminuição da umidade relativa, o que supõe a dissipação de névoa ou nevoeiro. INSTRUMENTOS E MÉTODOS DE MEDIDA DE UMIDADE DO AR A umidade do ar dificilmente poderá ser estimada. Para se ter um valor apreciável, esta observação deve ser medida por meio de instrumentos especiais denominados higrômetros. Os métodos de obtenção da umidade através dos higrômetros variam de acordo com o tipo de observação a que se destinam. Na prática, as observações mais precisas de umidade do ar são feitas por instrumentos denominados "psicrômetros". Abaixo estão as descrições dos instrumentos. HIGRÔMETROS São instrumentos que utilizam como elemento sensível o "cabelo humano". O cabelo é uma substância que, quando livre de gorduras, sofre variações de umidade do ar. Como as condições de temperatura também influem no coeficiente de alongamento do cabelo, os higrômetros construídos com ele, indicam diretamente a umidade relativa do ar. Estas propriedades fazem com que os higrômetros de cabelo sejam altamente empregados nas observações meteorológicas de umidade. Os higrômetros mais utilizados para determinação da umidade relativa do ar nas estações meteorológicas são: Psicrômetros Higrógrafos
PSICRÔMETROS - é constituído de dois termômetros, um seco e outro úmido instalados paralelamente em um suporte apropriado. O psicrômetro mede a umidade do ar de modo indireto, por seu intermédio obtemos 2 valores de temperatura, que levadas a tabelas apropriadas, chamadas tabelas psicrométricas, nos dão a umidade relativa do ar. Existem dois tipos de psicrômetros segundo o método de observação: Psicrômetro não ventilados - consiste no composto de termômetros, já citado (Figura 1). Figura 1a suporte dos termômetros de bulbo seco e úmido. Figura 1b Termômetro de bulbo seco e úmido
Psicrômetro ventilado - são operados de acordo com os modelos, abaixo. a) Modelo aspiração sistema de corda (Figura 2). Figura 2 Psicrômetro modelo: Aspiração com sistema de corda b) Modelo Assmann - sistema de bateria, não necessita estar instalado no abrigo, uma vez que seus termômetros estão protegidos dos efeitos da radiação, por uma caixa de metal polido (Figura 3). Figura 3 Psicrômetro modelo: Assmann com bateria. c) Modelo funda - os dois termômetros estão colocados lado a lado sobre uma mesma base de metal, que gira por meio de uma manivela (Figura 4).
Figura 4 Psicrômetro modelo Funda. Operação com o psicrômetro 1. Umedeça a musselina (camiseta) emergindo-a totalmente numa vasilha com água. 2. Use água filtrada, destilada ou da chuva. 3. Quando a temperatura for realmente alta e a umidade baixa, umedeça a camiseta e deixe que se forme uma gota de água na parte inferior da mesma, antes de proceder à leitura. 4. Utilizar o processo de cada modelo de psicrômetro. 5. Procure fazer a leitura o mais rápido possível a fim de diminuir, o efeito de radiação causada pelo seu corpo. Com o ar saturado, (muito úmido) ocorre pouca evaporação e resfriarse-á pouco, logo a temperatura do bulbo úmido é igual a do bulbo seco se, o contrário, o ar estiver muito seco evaporará muito, resfriar-se-á muito e a temperatura do bulbo úmido será mais baixa que a do bulbo seco. Substituição da musselina (camiseta) A camiseta deverá ser substituída dependendo da localidade, época do ano, entre outros fatores relevantes. De uma maneira geral ela se conserva limpa de 2 a 3 semanas em regiões onde o ar é livre de poeiras. Diferença Psicrométrica A diferença entre as leituras da temperatura do ar e da temperatura úmida (T - T u ), depois de efetuadas as devidas correções, é denominada Diferença Psicrométrica. Quando a diferença psicrométrica for nula, o ar está saturado de vapor d'água e, portanto, a temperatura do ar é igual a temperatura do ponto de orvalho. O valor tabular da umidade relativa é obtido através de tabelas psicrométricas em função dos valores da temperatura do ar e temperatura úmida. Temperatura bulbo seco (ºC) Temperatura bulbo úmido (ºC) Diferença psicrométrica (ºC) 27,5 14,7 12,8 7,8-1,4 9,2-1,2-4,3 3,1 Correção de altitude Quando a estação meteorológica considerada estiver a uma altitude inferior a 290 metros, não haverá necessidade de aplicar correção alguma ao valor tabular da umidade. Quando a estação estiver a uma altitude igual ou superior a 290 metros, haverá uma necessidade de aplicar uma correção ao valor tabular, esta correção é conhecida como correção tabular de umidade.
Correção Instrumental As correções instrumentais são aplicadas de acordo com os certificados de calibração que acompanham os respectivos instrumentos. Quando a temperatura se apresenta abaixo de 0 º C, a correção que será precedida do sinal (-) ou (+) deve ser subtraída do valor, se a temperatura for positiva, a correção deverá ser somada ao valor, para obtermos a temperatura do ar, ou a temperatura úmida. Exemplo: Leitura do termômetro (ºC) Correção (ºC) Diferença do termômetro corrigido (ºC) -4,0 +0,1-4,1-25,0-0,2-24,8 +20,1-0,3 +19,8 +25,3 +0,1 +25,4 Temperatura do Ponto de Orvalho É também conhecido como um indicativo do estado hídrico do ar. A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura de saturação do ar a um mesmo valor de pressão. Quanto menor a diferença entre a temperatura do ar e ponto de orvalho, maior a umidade relativa. Determinação da temperatura do ponto de Orvalho Uma vez determinado o valor da umidade relativa do ar, efetua-se a determinação da temperatura do ponto de orvalho, utilizando a tabela, incluída nas tabelas psicrométrica. O valor da temperatura do ponto de orvalho é encontrado no cruzamento da coluna correspondente à umidade relativa em inteiros, com a linha correspondente a temperatura do ar, também em inteiros. Este valor é utilizado nas mensagens SYNOP para previsão do tempo. Quando o ar estiver saturado de vapor d'água, isto é, com sua capacidade de vapor de água satisfeita (100%), as temperaturas dos termômetros seco e úmido serão iguais. Neste caso a temperatura do ponto de orvalho será igual à temperatura do ar.
HIGRÓGRAFO São instrumentos que permitem a determinação gráfica e contínua da umidade relativa do ar (Figura 5). Elemento Sensível (cabelo humano) Figura 5 Higrógrafo, registrador de umidade relativa do ar. Princípio de Funcionamento O elemento sensível do higrógrafo é o cabelo humano. Baseia-se na propriedade que apresenta o cabelo humano de aumentar de comprimento ou diminuir conforme o teor de vapor d'água na atmosfera. Este cabelo deve ser previamente desengordurado e livre de impurezas. Descrição do aparelho É composto de duas unidades: elemento sensível (feixe de cabelo humano) e registro. O elemento sensível pode modificar-se com o tempo, alterando com isso a posição do zero do instrumento. Quando isso ocorrer deve-se efetuar sua aferição e calibragem. Registro É feito nos diagramas. Efetua-se a troca dos diagramas às segundas-feiras uma hora antes da observação das 12 TMG.
Instalação Podem operar em qualquer ambiente, porém nas estações meteorológicas, a instalação é feita no interior do abrigo meteorológico. Aferição O higrógrafo é aferido pela umidade relativa derivada da leitura do psicrômetro. Higrotermógrafo ou termohigrógrafo São registradores duplos, constituídos da união do termógrafo e higrógrafo num só aparelho. O sistema de alavancas varia de acordo com o modelo de fabricação (Figura 6). Figura 6 Higrotermógrafo ou Termohigrógrafo, registrador de Umidade e Temperatura.