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PQI 2321 – Tópicos de Química Ambiental I

Aula 13

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Engenharia Ambiental – 1º semestre - 2012

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UMIDADE RELATIVA e PONTO DE ORVALHO

Problema:

Na manha de determinado dia, o serviço meteorológico informou que a pressão barométricaera de 98520 Pa, a temperatura ambiente estava em 30⁰C e que o ar atmosférico apresentaumidade relativa de 60%.

Para tais condições determine a umidade molar e o ponto de orvalho do ar.

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Tabela 1: Pressões de vapor da água pura

30 4241,5Pressão de Vapor da Água (= P* água)

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UMIDADE RELATIVA

A umidade relativa (Φ)é definida como a razão entre a quantidade de água presente em uma determinada porção da atmosfera (pressão parcial de vapor de água) com a quantidade total de vapor de água que a atmosfera pode suportar em uma determinada temperatura (ou seja, em determinada pressão de vapor).

A umidade relativa é expressa como uma porcentagem e é calculada da seguinte maneira:

Onde:

P(H2O) – é a pressão parcial de vapor de água em uma mistura de gases;

P*(H2O) – é a pressão de vapor de saturação da temperatura da mistura de gases;

Φ – é a umidade relativa da mistura de gases sendo considerada.

A umidade relativa é mencionada frequentemente em previsão do tempo, e é um indicador da possibilidade de precipitação (chuva, neve, entre outros), orvalho ou nevoeiro.

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PONTO DE ORVALHO

Ponto de orvalho é a temperatura em que o vapor de água contido em certo volume de ar úmido, a uma dada pressão barométrica, se condensa em água líquida. A água condensada é chamado de orvalho, quando se forma sobre uma superfície sólida.

O ponto de orvalho é a temperatura de saturação de água-ar. O ponto de orvalho está associada com a umidade relativa. Uma umidade relativa elevada indica que o ponto de orvalho é mais próxima da temperatura da corrente de ar.

Umidade relativa de 100% indica o ponto de orvalho é igual à temperatura de corrente e que o ar é maximamente saturado com água. Quando o ponto de orvalho permanece constanteE a temperatura aumenta, a umidade relativa do ar diminui.

A uma determinada temperatura, mas independendo da pressão barométrica, o ponto de orvalho é uma consequência da umidade absoluta ( = massa de água por unidade de volume de ar)

Se tanto a temperatura como pressão se elevam o ponto de orvalho subirá e umidade relativa irá diminuir. Reduzir a umidade absoluta, sem alterar outras variáveis trará o ponto de orvalho de volta para seu valor inicial. Da mesma forma, o aumento da umidade absoluta após uma queda de temperatura traz o ponto de orvalho de volta para o seu nível inicial.Se a temperatura subir em condições de pressão constante, então o ponto de orvalho permanecerá constante, mas a umidade relativa vai cair.

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PONTO DE ORVALHO

Este gráfico mostra a percentagem máxima, em massa, de vapor de água que o ar – ao nível do mar –pode conter em varias temperaturas. O comportamento de vapor de água não depende da presença de outros gases no ar. A formação de orvalho iria ocorrer no ponto de orvalho de vapor de água, se fosse o único gás presente no meio

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PONTO DE ORVALHO

Gráfico que mostra a relação do ponto de orvalho com a temperatura do ar para diferentes níveis de umidade relativa

Fonte: Valores baseados nas aproximações realizadas por August – Roche - Magnus

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Após toda essa reflexão, voltemos a solução do exercício.....

Naquela situação, a pressão barométrica era de 98520 Pa, a temperatura ambiente estava em 30⁰C e o ar atmosférico apresentava umidade relativa de 60%. Pedia-se que fossem calculadospara tais condições umidade molar e o ponto de orvalho do ar.

Logo,...

se (Φ)consiste da razão entre a quantidade de água presente em determinada porção da atmosfera (= pressão parcial de vapor de água) e a quantidade total de vapor de água que a atmosfera pode suportar em uma determinada temperatura (ou pressão de vapor)

e

se o Ponto de orvalho é a temperatura em que o vapor de água contido em certo volume de ar úmido a uma dada pressão barométrica, se condensa em água líquida

então

é possível determinar o valor de P(H2O) para a condição em que Φ = 60%

P(H2O) = P*(H2O) . Φ = 4241,5 . 60/100 = 2544 Pa

Olhando agora a Tabela 1, nota-se que o valor de pressão de vapor nessas condições (P*(H2O)) esta entre dois extremos:

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Tabela 1: Pressões de vapor da água pura

O valor de pressão de vapor da água esta entre dois limites o que sugere que se faça uma interpolação linear

Interpolação Linear

2643 – 2544 = 2544 – 2486,1

22,0 – To To – 21,0

To = 21.44⁰C

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Outra forma de determinação do Ponto de Orvalho...

21,4

UR = 60%

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Umidade Molar (UM)

A Umidade Molar pode ser entendida como a Razão, medida em Quantidade de Matéria, entre o Vapor de Água (XW = 100%) e o Ar seco (XA = 100%)

Ou seja,

UM = Numero de mols de vapor de água = NV

Numero de Mols de Ar seco NA

Considerando que o ar atmosférico e sua umidade, têm Comportamento de Gases Ideais vale a Lei de Dalton

n

PT = ∑ Pii = 1

Pode-se dizer ainda que, pela lei Geral dos Gases: gerada a partir da relações propostas por Boyle-Mariotte, Charles e Gay-Lussac, e Avogadro

UM = NV = PV = PV

NA PA PT – PV

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Assim, para o exercício em questão,

Como por enunciado

PT = 98520 Pa

e

Para as condições em que se encontra o ar atmosférico

Pv = 2544 Pa

Então,

Um = 2544 = 0.0265 Mol vapor H2O/Mol Ar seco

98520 – 2544