Ponto de orvalho

Orvalho formado em uma teia de aranha - by Luc Viatour

Ponto de orvalho designa a temperatura à qual o vapor de água presente no ar ambiente passa ao estado líquido na forma de pequenas gotas por via da condensação, o chamado orvalho. Em outras palavras, é a temperatura à qual o vapor d'água que está em suspensão no ar condensaria (viraria "orvalho") sob a mesma pressão.

Nesse ponto ocorre a saturação do ar pelo decréscimo de temperatura, causando fenômenos meteorológicos como geada, nevoeiro, chuva e neve. Esse ponto tem muita importância na aviação geral, em que é utilizado para se calcular a probabilidade de formação de gelo no carburador e para se estimar a altura da base de nuvens.

Explicações técnicas

O ar presente no ambiente é composto por vários tipos de gases, partículas em suspensão e também água no estado gasoso. A quantidade de água que um metro cúbico de ar contém define a umidade absoluta. E é essa água que condensa quando a temperatura ambiente fica abaixo do ponto de orvalho.

O ponto de orvalho jamais será superior à temperatura do ar. Quando este é inferior à temperatura ambiente, significa que o ar não está saturado de umidade (a umidade relativa do ar é inferior a 100%), podendo conter mais vapor d'água. Dessa forma, se o ponto de orvalho aumenta (devido ao aumento da umidade) ou se a temparatura do ar diminui, a saturação do ar aumenta (a umidade relativa do ar aproxima-se de 100%)

Quando ocorrer a igualdade entre a temperatura do ar e o ponto de orvalho, o ar fica saturado de umidade (a umidade relativa do ar atinge 100%). A partir daí, o ponto de orvalho passa a acompanhar a queda da temperatura do ar, gerando excesso de umidade que condensará na forma de gotículas de água, gerando o orvalho.

A uma dada pressão, mas independente da temperatura, o ponto de orvalho indica a fração molar de vapor d’água no ar, ou, colocando de outra forma, determina a umidade específica do ar. Se a pressão aumenta sem alterar essa fração molar, o ponto de orvalho irá aumentar proporcionalmente; reduzindo a fração molar, ou seja, tornando o ar menos úmido, irá baixar o ponto de orvalho de volta a seu valor inicial.

Da mesma forma, aumentando a fração molar depois de uma queda de pressão aumenta a umidade relativa de volta a seu nível inicial. Dessa forma, considerando as altitudes de Porto Alegre (10m acima do nível mar) e de São Paulo (760m acima do nível do mar) por exemplo, quer dizer que se o ponto de orvalho e temperatura em ambas as cidades for a mesma, a quantidade de vapor d'água por metro cúbico de ar será a mesma, mas a fração molar de vapor d’água no ar será maior em Porto Alegre, pela pressão atmosférica ser maior.

Relação com a sensação de conforto e desconforto

O ponto de orvalho pode ser usado como indicação do desconforto térmico, fazendo-se uma relação com o trio temperatura, pressão e umidade.

Quando a temperatura está alta, o aparelho termorregulador do corpo usa a evaporação da transpiração para resfriar o corpo, tendo o efeito de refrescância ligação direta com a taxa em que o suor evapora. Essa taxa depende do quanto de umidade há no ar e o quanto de vapor d’água ele ainda consegue conter. Se o ar está saturado de umidade, o suor não irá evaporar. O corpo irá produzir suor para manter a temperatura em sua normalidade mesmo se essa taxa de produção for maior que a de evaporação. Logo, mesmo sem fazer algum esforço adicional, você pode ficar suado em dias úmidos. É a não-evaporação do suor que causa desconforto em tempos muito úmidos.

O desconforto também ocorre quando o ponto de orvalho está baixo (por volta de -30 ºC). O ar muito seco pode causar fissuras e irritação na pele, causando resecamento também do aparelho respiratório. As condições ideias de locais fechados, por recomendações, é uma temperatura entre 20 e 24 ºC com a umidade relativa entre 20 e 60% (com ponto de orvalho entre -4.5 e 15.5 ºC. Aqueles que estão acostumados com o clima continental costumam sentir desconforto quando o ponto de orvalho está entre 15 e 20ºC. A maioria dos habitantes dessas áreas consideram o ponto de orvalho acima de 21ºC opressivo.

Confira a tabela a baixo:

Ponto de Orvalho °C	Sensação no ser humano	Umidade relativa à 32°C
> Maior que 26 °C	Altíssimo. Mortal para doenças relacionadas à asma	65% ou mais.
24–26 °C	Extremamente desconfortável. Consideravelmente opressivo	62%
21–24 °C	Muito úmido, desconfortável	52–60%
18–21 °C	De certa forma desconfortável para a maioria das pessoas no limite superior	44–52%
16–18 °C	OK para maioria, porém todos percebem a umidade no limite superior	37–46%
13–16 °C	Confortável	38–41%
10–12 °C	Muito confortável	31–37%
< 10 °C	Um pouco seco para alguns	30%

Comparem-se duas situações: quando a temperatura em uma cidade está 36°C, mas o ponto de orvalho está mais baixo, digamos 12°C, significa que seria necessário baixar muito a temperatura para a água condensar sob mesma pressão. Isso porque, para a temperatura e pressão em questão, há pouca umidade no ar. Dessa forma, mesmo estando quente, o suor da pele evapora rapidamente, baixando a temperatura do corpo.

Todavia, quando a temperatura está em 36°C e o ponto de orvalho está em, por exemplo, 20°C, o suor da pele não evapora com facilidade pois já há muita umidade no ar. Dessa forma, além do suor não conseguir tirar o calor do corpo de forma eficiente, ele não seca, causando a sensação de desconforto (como ficar "grudento"/"preguento"). Por isso a sensação de mormaço.

Medição

Há aparelhos capazes de medir o ponto de orvalho sobre uma vasta gama de temperaturas. Estes dispositivos consistem em um espelho de metal polido, que é resfriado enquanto o ar passa pelo mesmo. Assim, a temperatura na qual ocorre a formação de orvalho é, por definição, o ponto de orvalho. Dispositivos manuais deste tipo podem ser utilizados para calibrar outros tipos de sensores de umidade, e sensores automáticos podem ser utilizados em um circuito de controle com um umidificador ou um desumidificador para controlar o ponto de orvalho do ar num edifício ou num espaço mais pequeno para uma fabricação processo.

Calculando o ponto de orvalho

Gráfico que representa ponto de orvalho em relação à temperatura do ar e da umidade relativa do ar.

Uma aproximação bem conhecida utilizada para calcular o ponto de orvalho (T_po) dada somente a temperature atual (Bulbo seco) do ar (T) e a umidade relativa do ar (UR – em porcentagem), é a Magnus formula:

${\begin{aligned}\gamma (T,U\!R)&=\ln \left({\frac {U\!R}{100}}\exp \left({\frac {bT}{c+T}}\right)\right)=\ln \left({\frac {U\!R}{100}}\right)+{\frac {bT}{c+T}};\\T_{po}&={\frac {c\gamma (T,U\!R)}{b-\gamma (T,U\!R)}};\end{aligned}}$

A mais completa formulação e que deu origem à essa aproximação envolve a relação entre a pressão de saturação do vapor d’água (em unidades de millibar, que também pode ser representada por hPa) com T (P_s(T)), a atual pressão do vapor d’água (também em unidades de milibar) (P_a(T)), que também pode ser utilizada como UR ou aproximada com a pressão do ambiente (em unidades de milibar) (BP_mb), e a temperatura de bulbo úmido (T_bu) é:

Nota: todas as temperaturas são expressas e trabalhadas em ºC

${\begin{aligned}P_{s}(T)&={\frac {100}{U\!R}}P_{\text{a}}(T)=a\exp \left({\frac {bT}{c+T}}\right);\\[8pt]P_{\text{a}}(T)&={\frac {U\!R}{100}}P_{s}(T)=a\exp(\gamma (T,U\!R)),\\&\approx P_{s}(T_{\text{bu}})-B\!P_{\text{mb}}0.00066\left[1+(0.00115T_{\text{bu}}\right)]\left(T-T_{\text{bu}}\right);\\[5pt]T_{\text{po}}&={\frac {c\ln(P_{\text{a}}(T)/a)}{b-\ln(P_{\text{a}}(T)/a)}};\end{aligned}}$

Para melhor precisão, P_s(T) (e, por consequência, γ(T,UR)) pode ser aprimorado, usando parte da Modificação de Bögel, também conhecida como equação de Arden Buck, que adiciona uma quarta constant, d:

${\begin{aligned}P_{s:m}(T)&=a\exp {\bigg (}\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right){\bigg )};\\[8pt]\gamma _{m}(T,U\!R)&=\ln {\Bigg (}{\frac {U\!R}{100}}\exp {\bigg (}\left(b-{\frac {T}{d}}\right)\left({\frac {T}{c+T}}\right){\bigg )}{\Bigg )};\\T_{po}&={\frac {c\gamma _{m}(T,U\!R)}{b-\gamma _{m}(T,U\!R)}};\end{aligned}}$

(onde $\scriptstyle {a=6.1121;\quad \;b=18.678;\quad \;c=257.14^{\circ }C;\quad \;d=234.5^{\circ }C.}$)

Há diferentes constantes utilizadas para o cálculo. As utilizadas em material fornecido pela National Oceanic Atmospheric Administration (NOAA) são obtidas de uma divulgação de 1980 de David Bolton chamada “Monthly Weather Review”:

${\begin{aligned}a&=6.112;\quad \;b&=17.67;\quad \;c&=243.5^{\circ }C;\end{aligned}}$

Essas avaliações proporcionam uma precisão minima de 0.1%, para

-30°C ≤ T ≤ +35°C;

1% < UR < 100%;

Também pode-se destacar Sonntag (1990),

$\scriptstyle {a=6.112;\quad \;b=17.62;\quad \;c=243.12^{\circ }C:\quad -45^{\circ }C\leq T\leq +60^{\circ }C\quad (<-0.35^{\circ }C)}$

Outros valores comuns são os apresentados em “Psychrometry and Psychrometric Charts” (1974), como em Paroscientific,:

$\scriptstyle {a=6.105;\quad \;b=17.27;\quad \;c=237.7^{\circ }C:\quad 0^{\circ }C\leq T\leq +60^{\circ }C\quad (\pm 0.4^{\circ }C)}$

Também, no Journal of Applied Meteorology and Climatology, Arden Buck apresenta alguns diferentes valores, com diferentes precisões para diferentes variações de temperatura. Dois conjuntos em particular proporcionam uma melhor precisão que as constantes acima:

$\scriptstyle {a=6.1121;\quad \;b=17.368;\quad \;c=238.88^{\circ }C:\quad \quad \!0^{\circ }C\leq T\leq +50^{\circ }C\;\;(\leq 0.05\%)}$

$\scriptstyle {a=6.1121;\quad \;b=17.966;\quad \;c=247.15^{\circ }C:\quad -40^{\circ }C\leq T\leq 0^{\circ }C\quad \!\;\;(\leq 0.06\%)}$

Aproximação simples

Há também uma simples aproximação que permite uma conversão entre o ponto de orvalho, temperature e umidade relativa. Essa abordagem tem uma precisão de ±1°C enquanto a umidade está acima de 50%:

$T_{po}\approx T-{\frac {100-U\!R}{5}};$

e

$U\!R\approx 100-5(T-T_{po});\,$

A derivação dessa abordagem, uma discussão sobre a sua precisão, comparações com outras aproximações, e mais informações sobre a história e as aplicações do ponto de orvalho são dados no Boletim da Sociedade Meteorológica Americana.

Ver também

• Ponto de condensação
• Ponto de saturação