Umidade Relativa do Ar

Física do Ambiente Agrícola
Profs: Jarbas H. de Miranda & Quirijn de Jong van Lier
10/04/2003
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UMIDADE RELATIVA DO AR
O ar atmosférico sempre contém quantidade variável de vapor de água conforme a
temperatura, região, estação, etc. Esse vapor, resultante da evaporação das águas dos
mares, rios e lagos, sobretudo pela ação do calor solar, sobe na atmosfera e passa a
fazer parte de sua composição.
Devem-se ao vapor de água diversos fenômenos relevantes na vida de animais e
plantas, como a chuva, neve, etc.
O tempo depende não apenas dos ventos, mas também da umidade. Muitas vezes
no verão nós dizemos que o ar está úmido, pesado. O ar "pesado" tem grande umidade
relativa; ele contém quase tanta umidade quanto pode conter. Quando um espaço contém
todo o vapor d'água que pode conter à sua temperatura, sua umidade relativa é de 100
por cento. Se um metro cúbico de ar contém 7 gramas de vapor d'água, mas pode conter
14 gramas, sua umidade relativa é de 50 por cento. Umidade relativa de um volume de ar
é a relação entre a quantidade de vapor de d'água que ele contém e o que conteria se
estivesse saturado.
(b)
(a)
FIGURA 1 - Região com elevada umidade relativa do ar (a) e região com baixa
umidade relativa do ar (b)
A quantidade de vapor d'água necessária para saturar um volume aumenta com a
temperatura.
A temperatura em que o vapor d'água fica saturadochama-se ponto de orvalho.
No inverno rigoroso, ao ar livre, o ar que você expira é tão úmido que, esfriando-se
bastante, pode ficar abaixo do ponto de orvalho. Então ele se condensa formando uma
névoa.
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No frio do inverno o ar pode conter pouca umidade; seu ponto de orvalho é baixo.
No verão o ar pode conter mais vapor d'água; portanto seu ponto de orvalho é mais alto.
Algumas vezes, no inverno, e mesmo no verão (em dias úmidos e chuvosos), o
vapor d'água do ar se condensa nos vidros dos automóveis, por de
ntro, impedindo a boa
visibilidade.
Os valores da umidade relativa normalmente encontrados próximo à superfície da
terra estão em torno de 60%; já em um deserto, onde a temperatura sobe, por vezes, a
valores maiores que 45º C, a umidade relativa é de apenas 15%.
FIGURA 2 - Umidade Global - 27/04/1995 - Castanho corresponde a baixa umidade
Um fato interessante ligado à umidade relativa é que o homem sente-se melhor
em um ambiente com umidade baixa - mesmo a despeito de forte calor - do que em
lugares de umidade relativa elevada e temperaturas menores. Nestes últimos, o suor
custa mais a evaporar, razão pela qual a sudorese, ainda que abundante, não provoca
resfriamento sensível. Uma sudorese muito menor em ambiente de ar seco permite, ao
contrário, uma evaporação rápida do suor e uma conseqüente diminuição de temperatura.
Se você vive num lugar em que o ar é seco no verão, isto é, a umidade relativa é
baixa, você sua livremente e pode suportar temperaturas superiores a 37º C. Num lugar
de muita umidade você sente calor mesmo a 25º C. Não é o calor, é a umidade que faz
você sentir-se mal. O seu conforto depende da temperatura do ar como de sua umidade
relativa.
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Higrômetro
Algumas substâncias com capacidade de absorver a umidade atmosférica servem
como elemento básico para a construção de higrômetros. Entre elas estão o cabelo
humano e sais de lítio. No higrômetro construído com cabelo humano, uma mecha de
cabelos é colocada entre um ponto fixo e outro móvel e, segundo a umidade a que está
submetida, ela varia de comprimento, arrastando o ponto móvel. Esse movimento é
transmitido a um ponteiro que se desloca sobre uma escala, na qual estão os valores da
umidade relativa.
Outro tipo de higrômetro é o que se baseia na variação de condutividade de sais
de lítio, os quais apresentam uma resistência variável de acordo com a água absorvida.
Um amperímetro com sua escala devidamente calibrada fornece os valores de umidade
do ar. Outra maneira de medir a umidade relativa é calcular a velocidade de evaporação
da água. Para isso, dois termômetros idênticos são expostos ao ar: um traz o bulbo
descoberto; outro tem o bulbo coberto por gaze umedecida.
A temperatura do segundo termômetro é, pelo arranjo, inferior à do primeiro,
porque a água evaporada da gaze resfria o bulbo. Quanto menor a umidade do ar, tanto
maior é o resfriamento da gaze. A partir da diferença de leitura entre os dois termômetros,
e com a ajuda de uma tabela, pode ser encontrado o valor da umidade relativa (Figura 3)
Psicrômetro Aspirado
Psicrômetro
(a)
(b)
FIGURA 3 - Tipos de psicrômetros (com ventilação forçada (a) e sem ventilação
forçada (b)
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ALGUNS CONCEITOS BÁSICOS
EQUILÍBRIO HIGROSCÓPICO
Os grãos são materiais higroscópicos, isto é, têm capacidade de ceder ou absorver
a temperatura e umidade do ar que os envolve. Para cada espécie de grão existe um
equilíbrio higroscópico, que depende da temperatura e do estado higrométrico do meio
ambiente, seja no campo ou no interior do silo e armazém.
Equilíbrio higroscópico significa um balanceamento entre a temperatura e umidade
do grão e a temperatura e umidade relativa do ar. Em qualquer par de temperaturas iguais
ocorre uma igualdade de tensões entre a percentagem de umidade dos grãos e a
umidade relativa do ar. No momento em que houver equivalência no deslocamento da
umidade, ocorrerá o equilíbrio higroscópico.
RESPIRAÇÃO DO GRÃO
O grão ao respirar absorve oxigênio, ao mesmo tempo em que liberta calor,
umidade e anidrido carbônico, sendo este processo acompanhado de uma perda de
substância. Esta respiração não aumenta apenas a perda de substância mas conduz
ainda, pela elevação da temperatura da massa de grãos, a ações microbianas que podem
provocar danos muito graves e irreversíveis.
Convém salientar que o processo de respiração se acelera por si próprio, pois a
umidade absorvida, associada ao processo de elevação de temperatura, eleva o conteúdo
de água do grão, sendo este aumento provocado pela intensidade da respiração. A
umidade e o calor resultantes deste processo criarão condições favoráveis ao
crescimento de mofos, com a deterioração iniciando-se em poucas horas.
MIGRAÇÃO DE UMIDADE
Maior causadora dos danos que ocorrem ao grão estocado, a migração de
umidade relaciona-se com a temperatura e teor de umidade do grão, umidade e
temperatura do ar atmosférico.
No inverno, o ar frio e denso que se situa junto à parede do silo gera um fluxo de
ar que circulará no interior do silo ou armazém, de cima para baixo. Simultaneamente, o
ar existente entre os grãos, no fundo e centro do silo, absorve calor dos grãos quentes,
fazendo com que o ar suba. A combinação do fluxo do ar frio e denso próximo às paredes
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com o fluxo de ar quente que sobe no centro do silo, faz o ar circular. Esta circulação do
ar chama-se "Corrente de Ar de Convecção".
Subindo pela parte central da massa de grãos, o ar aquecido absorve a umidade
dos grãos armazenados. Quando o ar se aproxima da superfície da massa armazenada, a
umidade se condensa no grão frio da superfície, gerando ali uma zona de alto teor de
umidade e uma crosta de grãos em deterioração. Mesmo em grãos com teores de
umidade seguros, de 10% à 13%, a migração de umidade ocorre de forma natural em
sistemas de armazenagem convencionais.
A migração de umidade favorece a atividade de fungos e insetos, ao estabelecer
condições propícias ao aumento da atividade de respiração dos grãos, através da
multiplicação e crescimento de focos de aquecimento.
No verão, o processo ocorre no sentido inverso ao do inverno. Umidade e
temperatura influenciam decisivamente no desenvolvimento de fungos. Assim, a umidade
do grão e a temperatura devem ser mantidas uniformes e sob controle, visando sua
perfeita conservação em silos ou armazéns graneleiros.
COMPOSIÇÃO DO AR
O ar é uma mistura de gases e vapor de água. O ar seco é composto de nitrogênio
(78%) e oxigênio (21%), sendo o percentual restante (1%), composto por dióxido de
carbono e quantidades diminutas de outros gases, tais como: hidrogênio, hélio, néon,
argônio e outros.
Num dado volume de ar a percentagem de vapor d’água varia de um mínimo de
0% até um máximo de 4%, em detrimento dos elementos componentes da atmosfera.
O conteúdo de vapor d’água é maior no equador do que nos pólos e diminui com a
altitude tornando-se quase desprezível acima de 10.000m.
O ar seco é mais pesado que o ar úmido em virtude do peso molecular de seus
componentes: Oxigênio Pm = 32 g, Nitrogênio Pm = 28 g e Vapor d’água Pm = 18 g (O
peso de uma molécula de vapor d’água é = 5/8 do peso de uma molécula de ar seco).
A percentagem dos componentes da atmosfera diminui com o acréscimo de vapor d’água.
O ar saturado (4% de vapor d’água) possui cerca de: Nitrogênio 75 %, Oxigênio 20 % e
Argônio 0,90%
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DIAGRAMA PSICROMÉTRICO
As propriedades psicrométricas do ar são representadas graficamente em um
diagrama, cujo uso permite a análise gráfica dos dados e processos psicrométricos,
facilitando assim a solução de muitos problemas práticos referentes às características do
ar, que de outro modo exigiriam soluções matemáticas mais complexas.
DESCRIÇÃO DOS PARÂMETROS PSICROMÉTRICOS:
Temperatura de Bulbo Seco (Ts)
É a temperatura medida por um simples termômetro no ar ambiente e expressa em
(ºC).
Temperatura de Bulbo Úmido (Tu)
É a temperatura indicada por um termômetro, cujo bulbo é mantido úmido por uma
gaze embebida em água (umedecida), exposto a uma corrente de ar, sendo expressa em
(ºC).
Temperatura do Ponto de Orvalho (To)
É a temperatura na qual se inicia a condensação da umidade do ar, quando o
mesmo é resfriado, sendo expressa em (ºC).
Umidade Relativa (UR)
É a relação entre a pressão de vapor de água contida no ar e a pressão de vapor
saturante para a mesma temperatura, expressa em (%).
Entalpia (E)
É a quantidade total de calor contida no ar, expressa em (kcal/kg de ar seco).
Umidade Absoluta (UA)
É o peso do vapor de água contido no ar, expressa em (g/kg de ar seco).
Volume Específico (VE)
São os metros cúbicos que correspondem a 1 kg de ar seco, expresso em (m³/kg
de ar seco).
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Ponto de Referência (O)
Situado no ponto de encontro por exemplo, entre os 35ºC e 60% de umidade
relativa, é a referência para traçar as linhas dos parâmetros psicrométricos.
Quilos de Ar Seco
Constituem a base de todos os cálculos psicrométricos, e permanecem constantes
durante todos os processos. As temperaturas do bulbo seco, úmido, ponto de orvalho e a
umidade relativa, estão relacionados de forma tal que, quando se conhece duas delas, se
pode determinar todos os dados restantes.
Quando o ar está saturado, as temperaturas do bulbo seco, úmido e ponto de
orvalho, são iguais.
Pelo diagrama psicrométrico típico pode-se observar a interligação existente entre
algumas das propriedades fundamentais do ar. Observa-se que as linhas verticais do
diagrama são as linhas de temperatura constante do bulbo seco (Ts), enquanto que as
horizontais são linhas de temperatura constantes do ponto de orvalho (To) e de umidade
constante absoluta (UA). As linhas diagonais espaçadas estreitamente são linhas de
temperatura constante do bulbo úmido (Tu), e as linhas de maior inclinação e
espaçamento são linhas de volume constante específico (VE).
As linhas curvas do diagrama, que vão da parte esquerda inferior para a direita
superior, são linhas de Umidade Relativa constante (UR). A linha curva, limitando o
diagrama do lado esquerdo, é a linha de UR 100%, sendo conhecida como a curva de
saturação. O ar, sob qualquer condição, cujo ponto de referência possa ser registrado ao
longo da curva de saturação, é ar saturado.
Os valores para as linhas de temperaturas Ts e Tu são dados na sua intersecção
com a curva de saturação. Os valores para a temperatura Ts são dados também na base
do diagrama e o volume específico é descrito utilizando a inclinação de sua própria linha.
Os valores das linhas de temperatura To são lidos na curva de saturação e a
umidade absoluta correspondente, é lida na linha vertical no lado direito do diagrama.
A entalpia do ar (E), a qualquer temperatura ºC dada, é determinada seguindo-se a
linha Tu para a escala de entalpia acima da curva de saturação, sincronizando com a
base e, com a linha de entalpia auxiliar, à direita do diagrama.
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Alguns sites para consulta:
http://www.agrotecnologia.com.br/
http://orion.cpa.unicamp.br/portal/index.php
http://ce.esalq.usp.br/dce/base.htm
Deficite de Saturação (∆e)
Temperatura de Ponto de Orval ho (To)
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Medi da e Es ti mati va da Umi dade do Ar –
Gráfi co Ps i crométri co