Parâmetros meteorológicos e instrumentos de medida

Temperatura do ar

A temperatura do ar T é expressa em ºC ou K. A determinação da temperatura é possível, através da utilização de vários instrumentos de medida. No entanto, qualquer que seja o instrumento utilizada, a medição da temperatura apenas tem validade no local da medição. Nesta investigação foram usados diferentes instrumentos de medida: termómetro de mercúrio de bolbo seco; thermometer center 307 Type K; multímetro DT-64 UniVolt com sensor de temperatura e um instrumento meteorológico da marca Oregon Scientific. A calibração entre os diferentes instrumentos foi considerada.

Os cuidados a adoptar no momento do registo da temperatura, estão relacionados com dois factores: o efeito da radiação e a inércia térmica do sensor (caso seja este o instrumento a utilizar) e erros de paralaxe (caso do termómetro de mercúrio de bolbo seco).

Humidade relativa do ar

Para definir a humidade relativa é necessário avaliar o conteúdo de vapor de água na atmosfera envolvente. Assim sendo, apresenta-se de seguida a definição de algumas grandezas higrométricas, cuja compreensão é de crucial importância para a determinação da humidade relativa do ar.

Razão de mistura

A razão de mistura, r, a uma dada pressão atmosférica, p , é calculada pelo quociente entre a massa volúmica de vapor de água, ρ_w, e a massa volúmica de ar seco, ρa, dada por:

a w

ρ ρ

r = (3.21)

Atendendo às expressões (3.04), (3.05), (3.06) e (3.08), e usando manipulações matemáticas, é possível obter

e p e r − = 6220, (3.22)

Mas como na atmosfera o valor de p é muito superior a e , este valor pode ser desprezado em face de p e a expressão (3.22) pode assumir a seguinte forma

p e

onde r é expressa em gramas de vapor de água por quilograma de ar seco (g.kg- 1_{ar_seco). A expressão simplificada (3.23) dá uma boa aproximação do valor da} razão de mistura quando se conhecem a pressão parcial de vapor de água a uma dada temperatura e a pressão atmosférica (do nível de estudo). A pressão parcial de vapor, e , a uma dada temperatura, T , pode ser determinada através da resolução da Equação de Claussius-Clapeyron, ou através da consulta de tabelas e ábacos que estão disponíveis na literatura da especialidade.

Razão de mistura de saturação

No caso do ar saturado, ou seja quando uma certa quantidade de ar húmido não consegue “absorver” mais vapor de água sem que o vapor de água mude de estado, a razão de mistura de saturação é dada por

s s s _{p e} e r − = 6220, (3.24)

em que r é expressa em grama de vapor de água por quilograma de ar saturado s

(g.kg-1ar_seco).

Analogamente, podemos considerar que na atmosfera p >>e_s, e a expressão (3.24) torna-se

p e

r s

s ≅0,622 (3.25)

A pressão parcial de vapor de saturação, e , a uma dada temperatura, T , _s pode ser determinada através da resolução da Equação de Claussius-Clapeyron, ou através da consulta de tabelas e ábacos que estão disponíveis na literatura da especialidade.

Temperatura do ponto de orvalho

A temperatura do ponto de orvalho, T , é definida como a temperatura à d

qual uma quantidade de ar húmido precisa de ser arrefecida de forma a alcançar a saturação, mantendo a pressão e a razão de mistura constantes. Assim sendo, no ponto de orvalho, a razão de mistura, r, iguala a razão de mistura de saturação, r , ou seja a temperatura do ar iguala a temperatura do ponto de _s orvalho.

Humidade relativa do ar

Finalmente é possível definir fisicamente e matematicamente a humidade relativa do ar. A humidade relativa do ar HR é o quociente (expresso em percentagem) entre razão de mistura, r, e a razão de mistura de saturação, r , s

dada por 100 s r r HR = (3.26)

Atendendo às expressões (3.23) e (3.25), a expressão (3.26) pode ter o aspecto

( )

( )

T 100 e T e HR s d s ≅ (3.27)

A expressão (3.26) ou (3.27) indica que a humidade relativa do ar aumenta com a diminuição da temperatura de ar, T , pois neste caso a pressão parcial de vapor es

( )

T , aproxima-se da pressão parcial de vapor es

( )

Td .

Nestes termos a humidade relativa do ar, HR pode ser definida como o quociente entre a razão de mistura de saturação à temperatura do ponto de orvalho T e a razão de mistura de saturação _d r à temperatura do ar T , ao _s mesmo nível isobárico. A humidade relativa do ar intervém na determinação das trocas de energia em forma de calor por evaporação. A temperatura do ponto de

orvalho é um excelente indicador para avaliar a quantidade de vapor de água ou seja a massa de água (no estado gasoso) existente no ar húmido.

No caso mais geral, a humidade relativa do ar é facilmente determinada usando a expressão,

(

)

(

,

)

100 , p T r p T r HR s d = (3.28)

em que r

(

T_d,p

)

e r_s

(

T_d, são determinadas por aplicação das expressões (3.22) p

)

e (3.24), respectivamente.

A humidade relativa do ar pode ser registada por um instrumento de medida denominado higrómetro ou psicrómetro (medida discreta) ou higrógrafo (medida no tempo). Nesta investigação usou-se um instrumento digital e portátil – mini estação meteorológica – de marca Oregon (indica a humidade relativa do ar, a temperatura do ar e a pressão atmosférica).

Um psicrómetro é um instrumento de medida simples, constituído por dois termómetros, um termómetro de mercúrio de bolbo seco e um termómetro de mercúrio de bolbo molhado. Estes termómetros têm como objectivo permitir o registo da temperatura do ar e da temperatura húmida no momento da observação. A conjugação destes dois valores permite avaliar a humidade relativa do ar. O termómetro de bolbo seco indica a temperatura do ar e esta é designada por temperatura do bolbo seco. O termómetro de bolbo molhado consiste num termómetro cujo bolbo está revestido com uma gaze mergulhada em água destilada. Este termómetro indica a temperatura do bolbo molhado ou temperatura húmida. Caso o ar não esteja saturado, ocorrerá evaporação da água que envolve o bolbo. O “calor latente” necessário para a evaporação é transferido do próprio bolbo o que provoca uma diminuição da temperatura lida no termómetro de bolbo molhado. No caso de o ar estar saturado não ocorrerá nenhuma evaporação da água que envolve o bolbo, ou seja a temperatura do bolbo seco é igual à temperatura do bolbo molhado.

No caso do psicrómetro é necessário ter algumas precauções durante a sua utilização. Estes cuidados prendem-se essencialmente com factores tais

como: a radiação, a gaze e líquido a utilizar. Como já descrito, para a medição da temperatura é necessário proteger os termómetros da radiação solar directa. No caso do termómetro do bolbo molhado é necessário ter algumas precauções relativamente à gaze e ao líquido. O líquido que humedece a gaze deve ser água destilada, pois a pressão de vapor difere caso se utilize água não destilada. A gaze que envolve o bolbo do termómetro do bolbo molhado deverá prolongar-se além da parte sensível do termómetro a fim de evitar erros devido à condução térmica no termómetro.

A temperatura do termómetro molhado T_w, situa-se sempre entre a temperatura do termómetro seco T e a temperatura do ponto de orvalho T , _d ou seja T ≥Tw ≥Td. No limite, são temperaturas iguais quando a humidade relativa

do ar é 100%, ou seja quando a temperatura do ar iguala a temperatura do ponto de orvalho.

A partir do conhecimento da temperatura do ar e da temperatura do termómetro molhado e conhecendo a pressão atmosférica, é possível a partir de tabelas de valores diagramas psicrométricos ou da fórmula de Sprung avaliar a humidade relativa do ar (Dossat, 1980), dada por

( )



( )

−

(

−

)

 = eT_w p T T_w T e HR 760 79 , 0 100 (3.29)

Na expressão (3.29), T representa a temperatura do ar (ºC), Tw a

temperatura do termómetro molhado (ºC), e

( )

T a pressão parcial de vapor à temperatura T , e

( )

Tw a pressão parcial de vapor à temperatura Tw e p a pressão

atmosférica (mmHg).

Por considerarmos interessante e oportuno, construímos a Figura 3.2 de modo a serem analisadas duas situações que podem ocorrer na atmosfera: a do lado esquerdo para uma “parcela” de ar em que a temperatura do ar é constante e existe variação da razão de mistura (ou seja do ponto de orvalho), a do lado direito para uma “parcela” de ar em que a razão de mistura é constante (mesmo ponto de orvalho) e existe variação da temperatura do ar.

Figura 3.2 – Humidade relativa “versus” quantidade de vapor de água e temperatura do ar

Os gráficos que se obtêm num termohigrógrafo (instrumento que regista no tempo, e em simultâneo, a temperatura do ar e a humidade relativa do ar) dependem da cobertura do céu ou seja da presença de nuvens. As linhas registadas e indicadas na Figura 3.3 são típicas de um céu “descoberto” ou com ausência de nuvens de “cobertura”. As linhas mostram inequivocamente que para a massa de ar em análise quando se regista um aumento da temperatura do ar verifica-se uma diminuição da humidade relativa do ar, e vice-versa.

No documento Transferência de energia e qualidade do ar no ensino das ciências (páginas 120-127)