Ponto de orvalho

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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[1] . Em outras palavras, é a temperatura à qual o vapor d'água que está em suspensão no ar começa a se condensar (viraria "orvalho").

O ponto de orvalho é em definição técnica a temperatura para a qual a umidade relativa da massa de ar em consideração atinge 100%. A quantidade máxima de vapor de água que se pode encontrar dissolvida em uma dada massa de ar é função da pressão e temperatura do sistema. Temperaturas maiores implicam massas maiores de vapor admissíveis. Ao se abaixar a temperatura, a quantidade máxima de vapor de água admissível no sistema decresce, e a umidade relativa da massa de ar aumenta, mesmo mantendo-se a mesma massa de vapor dissolvida.

Se a temperatura decrescer até que a quantidade máxima de vapor admissível iguale-se à quantidade de vapor de água efetivamente dissolvida na massa de ar em consideração, atinge-se a umidade relativa de 100%, à temperatura de orvalho. Caso a temperatura atinja valores menores que a temperatura de orvalho, o excesso de água dissolvido no ar condensa-se, dando origiem, entre outros, ao orvalho.

O ponto de orvalho depende, entre outros, da umidade absoluta do ar. Aumentando-se a quantidade de vapor de água dissolvido em uma dada massa de ar, eleva-se o ponto de orvalho. Massas úmidas de ar têm pontos de orvalho superiores às massas de ar mais secas quando sob 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[editar | editar código-fonte]

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[editar | editar código-fonte]

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. [2] 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[3] Umidade relativa à 32°C Sensação Térmica dos 32°C com a umidade
Maior que 29°C Opressão Severa. Casos de morte por Hipertermia 85% ou mais 47°C a 54°C
26-28°C Altíssimo. Mortal para doenças relacionadas à asma 73-84% 42°C a 46°C
24–26 °C Extremamente desconfortável. Consideravelmente opressivo 62-72% 38°C a 41°C
21–24 °C Muito úmido, desconfortável 52–61% 35°C a 37°C
18–21 °C De certa forma desconfortável para a maioria das pessoas no limite superior 44-51% 33°C a 35°C
16–18 °C OK para maioria, porém todos percebem a umidade no limite superior 37–43% 32°C
13–16 °C Confortável 31-36% 31°C a 32°C
10–12 °C Muito confortável 26-30% 30°C a 31°C
< 10 °C Um pouco seco para alguns 25% ou menos 27°C a 30°C


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. Nessas condições de umidade baixa em 36°C, a sensação térmica é de temperatura mais baixa também, entre 32°C e 33°C, e quando o índice de umidade está perto de zero, a sensação de calor cai mais ainda; 28-29°C.

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. Nesse caso, o índice de calor chega a 39-40°C. Se o ponto de orvalho estiver em 28°C com a mesma temperatura, a sensação térmica sobe pra 50°C. Foi o que aconteceu na Europa durante o Verão de 2003, em Milão, a temperatura chegou aos 39,3ºC no dia 10 de agosto com uma umidade de 60%, o índice de calor chegou aos 59°C, quase um forno para os seres humanos, milhares de pessoas morreram e outras passaram mal, principalmente na França e na Itália e os governos decretaram estado de calamidade pública. Por outro lado, os povos do Deserto do Saara estavam vivendo as mesmas temperaturas que se passavam na Europa, mas não o calor, pois a umidade relativa do ar estava muito baixa (0% - 12%), consequentemente, a sensação térmica foi bem menor do que a temperatura real. A umidade fez toda diferença, os europeus sentiram muito mais calor do que os norte-africanos. Além disso, a umidade conservou boa parte do calor acumulado durante o dia, já que a agua perde temperatura mais lentamente, e o resultado foi noites demasiadamente quentes e úmidas com sensação térmica de até 40°C. Um quarto das mortes ocorreram nesse horário.

Medição[editar | editar código-fonte]

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 menor, para a fabricação de um processo.

Calculando o ponto de orvalho[editar | editar código-fonte]

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 (Tpo) dada somente a temperature atual (Bulbo seco) do ar (T) e a umidade relativa do ar (UR – em porcentagem), é a Magnus formula:

\begin{align}
\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{align}

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 (Ps(T)), a atual pressão do vapor d’água (também em unidades de milibar) (Pa(T)), que também pode ser utilizada como UR ou aproximada com a pressão do ambiente (em unidades de milibar) (BPmb), e a temperatura de bulbo úmido (Tbu) é:

Nota: todas as temperaturas são expressas e trabalhadas em ºC

\begin{align}
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{align}

Para melhor precisão, Ps(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{align}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{align}
(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) [4] são obtidas de uma divulgação de 1980 de David Bolton chamada “Monthly Weather Review”[5] :

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

Essas avaliações proporcionam uma precisão minima de 0.1%, para

-30°C ≤ T ≤ +35°C;
1% < UR < 100%;

Também pode-se destacar Sonntag (1990),[6]

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

Outros valores comuns são os apresentados em “Psychrometry and Psychrometric Charts” (1974), como em Paroscientific,[7] :

\scriptstyle{a=6.105;\quad\;b= 17.27;\quad\;c= 237.7^\circ C:\quad 0^\circ C\le T\le +60^\circ C\quad (\pm0.4^\circ C)}

Também, no Journal of Applied Meteorology and Climatology,[8] 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\le T\le +50^\circ C\;\;(\le0.05%)}
\scriptstyle{a=6.1121;\quad\;b= 17.966;\quad\;c= 247.15^\circ C:\quad -40^\circ C\le T\le 0^\circ C\quad\! \;\;(\le0.06%)}

Aproximação simples[editar | editar código-fonte]

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. [9]


Referências

  1. Horstmeyer, Steve (2006-08-15). "Relative Humidity....Relative to What? The Dew Point Temperature...a better approach". Steve Horstmeyer, Meteorologist, WKRC TV, Cincinnati, Ohio, USA. Consult. 2012-11-02. 
  2. http://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=INTERPRETATIONS&p_id=24602
  3. Horstmeyer, Steve (2006-08- 15). "Relative Humidity....Relative to What? The Dew Point Temperature...a better approach". Steve Horstmeyer, Meteorologist, WKRC TV, Cincinnati, Ohio, USA. Consult. 2012-11- 02.  line feed character character in |title= at position 9 (Ajuda); line feed character character in |date= at position 9 (Ajuda); line feed character character in |accessdate= at position 9 (Ajuda)
  4. http://www.srh.noaa.gov/images/epz/wxcalc/rhTdFromWetBulb.pdf Relative Humidity and Dewpoint Temperature from Temperature and Wet-Bulb Temperature
  5. "The computation of equivalent potential temperature", Monthly Weather Review, vol.108, pg.1047, Eq.10
  6. SHTxx Application Note Dew-point Calculation
  7. MET4 AND MET4A CALCULATION OF DEW POINT
  8. Buck, A. L. (1981), "New equations for computing vapor pressure and enhancement factor", J. Appl. Meteorol. 20: 1527–1532
  9. M. G. Lawrence, "The relationship between relative humidity and the dew point temperature in moist air: A simple conversion and applications", Bull. Am. Meteorol. Soc., 86, 225–233, 2005

Ver também[editar | editar código-fonte]

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