Umidade do ar - Departamento de Ciências Atmosféricas

AULA 3
Disciplina INSTRUMENTOS METEOROLÓGICOS E MÉTODOS DE OBSERVAÇÃO
ACA 221 Graduação
Departamento de Ciências Atmosféricas / Iag / USP
Responsável: Prof. Humberto Ribeiro da Rocha
Material apresentado exclusivamente aos alunos da disciplina, com conteúdo referenciado
da literatura e disponível na www – NÃO CIRCULAR
Umidade do ar
Notas de aula Disciplina ACA 221 Instrumentos Meteorológicos e Métodos de Observação
Laboratório de Clima e Biosfera
Departamento de Ciências Atmosféricas / IAG/USP
Histórico
Nikolaus Cusa (Kryffs or Krebs) (1401-1464)
Deus é infinito e sem localização, portanto o próprio universo também é ilimitado, sem
borda e centro : “o Universo é uma esfera na qual o centro está em todos os lugares e a
circunferência em lugar nenhum".
(ca 1450) 1º registro de observação:
a massa da madeira era função da umidade do ar
Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799)
Físico suíço, geológo, explorador dos Alpes
Desenvolveu o primeitro eletrômetro (potencial elétrico dos corpos carregados)
1738 – primeiro higrômetro científico (higrômetro de fio de cabelo)
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Higrômetro de cabelo de De Saussure (Paris, c. 1830)
Variáveis de mensuração da umidade do ar
1. Umidade específica
2. Pressão de vapor d´água
conceito de pressão de vapor de saturação
3. Umidade absoluta
4. Umidade relativa
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Classes de higrômetros
Os higrômetros podem ser classificados segundo princípios de
funcionamento, por :
1. remoção de vapor d´agua do ar
químicos (CoCl2)
2. adição de vapor d´agua ao ar, atingindo a saturação
Psicrômetro de Assmann (bulbo seco e bulbo úmido)
3. absorção ou adsorção de vapor d´agua
Mecânicos : higrômetro de fio de cabelo
Elétrico : capacitivos (humicap), resistivos (higristor)
4. obtenção do equilíbrio líquido-vapor, ou sólido-vapor da
água
Higrômetro de espelho resfriado
5. medidas das propriedades físicas do ar úmido
analisador de gás infra-vermelho
(caminho aberto e caminho fechado)
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Pressão de vapor d´água de saturação (hPa)
es
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Clausius-Clapeyron
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T
Temperatura (oC)
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Princípio da psicrometria
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Interpretação da UR (%) do psicrômetro, em função da depressão do bulbo úmido e da temperatura do ar (em oC).
Fonte : Brock and Richardson (2001)
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Fórmulas da pressão de saturação do vapor d´água
Referências:
Bolton, D., The computation of equivalent potential temperature, Monthly Weather
Review, 108, 1046-1053, 1980.
Research Manuals, 1996 (Buck, A. L., New equations for computing vapor pressure and
enhancement factor, J. Appl. Meteorol., 20, 1527-1532, 1981.)
Detwiler, A., Extrapolation of the Goff-Gratch formula for vapor pressure over liquid
water at temperatures below 0°C, J. Appl. Meteorol., 22, 503, 1983.
Goff, J. A., and S. Gratch, Low-pressure properties of water from -160 to 212 F, in
Transactions of the American society of heating and ventilating engineers, pp 95-122,
presented at the 52nd annual meeting of the American society of heating and ventilating
engineers, New York, 1946.
Goff, J. A. Saturation pressure of water on the new Kelvin temperature scale,
Transactions of the American society of heating and ventilating engineers, pp 347-354,
presented at the semi-annual meeting of the American society of heating and ventilating
engineers, Murray Bay, Que. Canada, 1957.
Grabowski, W., Toward Cloud Resolving Modeling of Large-Scale Tropical Circulations:
A Simple Cloud Microphysics Parameterization. J.A.S., 55, 3283-3298, 1998.
World Meteorological Organization, General meteorological standards and
recommended practices, Appendix A, WMO Technical Regulations, WMO-No. 49, 1988.
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Correção da pressão atmosférica
es corrigida = es x f
f ( fator de correção, influência ordem de 10-3)
f = 1,0016 + 3,15 x 10 -6 p
- 0,074/p
(p em hPa)
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Estimativa prática e
operacional da
umidade do ar por
psicrometria
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Acurácia do psicrômetro
aspirado
Erro do psicrômetro em função do erro de
0,1 oC da depressão do bulbo úmido.
Fonte : Brock and Richardson (2001)
Estimativa prática da umidade relativa do ar
UR = (e / es) x
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100%
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e = es (p,Tw) – A . p . (T – Tw)
e, esw , p (em hPa)
(T, Tw) em oC
Constante psicrométrica A
i) ventilação forçada
A = 6,2 . 10-4 oC-1 (ventilação forçada > 4 m/s, bulbo coberto com água líquida)
A = 5,4 . 10-4 oC-1 (ventilação forçada > 4 m/s, bulbo coberto com gelo)
(ii) (ventilação forçada ou natural)
A = a ( 1 + 9,44 . 10-4 Tw) . 10-4
a = 6,53 (aspirado)
12
(não aspirado)
(Tw em oC)
(iii) Uso de constante simplificada : psicrômetros de ventilação natural
A = 8,0 . 10-4 oC-1
(alternativa simplificada p/ abrigo meteorológico convencional)
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3. por obtenção do equilíbrio líquido-vapor, ou sólido-vapor da água
Higrômetro de espelho resfriado
(chilled mirror higrometer)
T - Tw
Temperatura
do ponto de
orvalho
(Tdew)
T
p = 1000 hPa
Tdew
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Higrômetro de espelho resfriado
(chilled mirror higrometer)
3
5
1
4
2 espelho
3 cooler / heater
mantêm T ~ Tdew
Psicrômetro de espelho resfriado
1 ou 2 foto-dectores
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4. por absorção ou adsorção de vapor d´agua
Mecânicos
Elétricos
Higrômetro elétrico
(capacitivos, resistivos)
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tipo humicap
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tipo humicap
15 cm
Intervalo de operação- 40 to 60° C
Alimentação ~ 5 mA
Interavalo de medição 0.8 to 100% UR
Acurácia ±3% UR (0 to 100%)
Estabilidade <1%UR / ano
Tempo de resposta ~10 seconds
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Higrômetro mecânico
(fio de cabelo)
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Elongamento do fio de cabelo (% em relação ao comprimento) em
função da umidade relativa do ar
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escala de 10% a 100% de UR
acurácia de 5%
Erro aumenta para umidades
extremas.
Tempo de resposta
~ 3 minutos, depende da
temperatura.
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5. Por medidas das propriedades físicas do ar úmido
Higrômetro
analisador de gás por infra-vermelho
Notas de aulado
Disciplina
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Princípio : absorção
infra-vermelho
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Banda ideal : onde outros gases não absorvem
Camara de material transparente à banda do espectro
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Higrômetro
analisador de gás por infra-vermelho
4
3
5
1
2
4
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Espectro de absorção do infravermelho
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Analisador infra-vermelho
de caminho aberto