Ponto de orvalho

Ponto de orvalho designa a temperatura na 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 na qual o vapor de água que está em suspensão no ar começa a se condensar (torna-se "orvalho").

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

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

O ponto de orvalho depende, entre outros, da humidade absoluta do ar. Aumentando a quantidade de vapor de água dissolvido numa dada massa de ar, eleva-se o ponto de orvalho. Massas húmidas de ar têm pontos de orvalho superiores a massas de ar mais secas quando sob mesma pressão.

Nesse ponto, ocorre a saturação do ar pelo decréscimo de temperatura, causando fenómenos meteorológicos como geada, nevoeiro, chuva, e neve. Esse ponto tem muita importância na aviação geral, na qual 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 de água. Dessa forma, se o ponto de orvalho aumenta (devido ao aumento da umidade) ou se a temperatura do ar diminui, a saturação do ar aumenta (a umidade relativa do ar aproxima-se a 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 independentemente da temperatura, o ponto de orvalho indica a fracção molar de vapor de água no ar, ou, colocando de outra forma, determina a umidade específica do ar. Se a pressão aumenta sem alterar essa fracção molar, o ponto de orvalho aumentará proporcionalmente, reduzindo a fracção molar, ou seja, tornando o ar menos úmido, baixará o ponto de orvalho de volta a seu valor inicial.

Da mesma forma, aumentando a fracção 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 (10 metros acima do nível mar) e de São Paulo (760 metros 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 de água por metro cúbico de ar será a mesma, mas a fracção molar de vapor de água no ar será maior em São Paulo, pela pressão atmosférica ser menor.

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 de água ele ainda consegue conter. Se o ar está saturado de umidade, o suor não evaporará. O corpo produzirá 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 °C). O ar muito seco pode causar fissuras e irritação na pele, causando ressecamento também do aparelho respiratório. As condições ideias de locais fechados, por recomendações, é uma temperatura entre 20 e 24 °C com a umidade relativa entre 20 e 60% (com ponto de orvalho entre -4.5 e 15.5 °C.^[2] Aqueles que estão acostumados ao clima continental, costumam sentir desconforto quando o ponto de orvalho está entre 15 e 20 °C. A maioria dos habitantes dessas áreas consideram o ponto de orvalho acima de 21 °C opressivo.

Confira a tabela a baixo:

Ponto de Orvalho °C	Sensação no ser humano^[3]	Umidade relativa a 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 para 50 °C. Foi o que aconteceu na Europa durante o Verão de 2003, em Milão, a temperatura chegou aos 39,3 °C no dia 10 de agosto, e com uma umidadede 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 água perde temperatura mais lentamente e o resultado foram noites demasiadamente quentes e úmidas com sensação térmica de até 40 °C. Um quarto das mortes ocorreram nesse horário.

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 por ele. 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

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 temperatura actual (Bulbo seco) do ar (T) e a umidade relativa do ar (UR – em percentagem), é a "fórmula de Magnus":

{\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 a essa aproximação envolve a relação entre a pressão de saturação do vapor de água (em unidades de millibar, que também pode ser representada por hPa) com T (P_s(T)), a atual pressão do vapor de 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 húmido (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 acrescenta uma quarta constante, 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)^[4] são obtidas de uma divulgação de 1980 de David Bolton chamada “Monthly Weather Review”^[5]:

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

Essas avaliações proporcionam uma precisão mínima de 0.1%, para

-30°C ≤ T ≤ +35°C;

1% < UR < 100%;

Também de pode destacar Sonntag (1990),^[6]

\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 no site da Paroscientific^[7]:

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

Também, no Journal of Applied Meteorology and Climatology,^[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\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, temperatura 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]

Ver também

Referências

↑ Horstmeyer, Steve (15 de agosto de 2006). «Relative Humidity....Relative to What? The Dew Point Temperature...a better approach». Steve Horstmeyer, Meteorologist, WKRC TV, Cincinnati, Ohio, USA. Consultado em 2 de novembro de 2012
↑ http://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=INTERPRETATIONS&p_id=24602
↑ Horstmeyer, Steve (15 de agosto de 2006). «Relative Humidity....Relative to What? The Dew Point Temperature...a better approach». Steve Horstmeyer, Meteorologist, WKRC TV, Cincinnati, Ohio, USA. Consultado em 2 de novembro de 2012
↑ http://www.srh.noaa.gov/images/epz/wxcalc/rhTdFromWetBulb.pdf Relative Humidity and Dewpoint Temperature from Temperature and Wet-Bulb Temperature
↑ "The computation of equivalent potential temperature", Monthly Weather Review, vol.108, pg.1047, Eq.10
↑ SHTxx Application Note Dew-point Calculation
↑ «MET4 AND MET4A CALCULATION OF DEW POINT». Consultado em 15 de abril de 2013. Arquivado do original em 3 de outubro de 2014
↑ Buck, A. L. (1981), "New equations for computing vapor pressure and enhancement factor", J. Appl. Meteorol. 20: 1527–1532
↑ 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

[1] Horstmeyer, Steve (15 de agosto de 2006). «Relative Humidity....Relative to What? The Dew Point Temperature...a better approach». Steve Horstmeyer, Meteorologist, WKRC TV, Cincinnati, Ohio, USA. Consultado em 2 de novembro de 2012

[2] ttp://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=INTERPRETATIONS&p_id=24602

[3] Horstmeyer, Steve (15 de agosto de 2006). «Relative Humidity....Relative to What? The Dew Point Temperature...a better approach». Steve Horstmeyer, Meteorologist, WKRC TV, Cincinnati, Ohio, USA. Consultado em 2 de novembro de 2012

[4] ttp://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». Consultado em 15 de abril de 2013. Arquivado do original em 3 de outubro de 2014

[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

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