Estudos sobre Hidrometeorologia

Estudos sobre Hidrometeorologia

Responsável: Matheus Santos (Licenciatura em Física)

Tópicos para estudo:

• Dados a serem coletados e determinados.
• Escudo de radiação para sensores.
• Norte magnético x norte geográfico
• Pressão atmosférica absoluta e relativa

Instalação de uma Estação Meteorológica Automática

Uma estação meteorológica é composta por diversos sensores de monitoramento de variáveis como direção e velocidade dos ventos, umidade relativa, pressão atmosférica, temperatura do ar, orvalho, precipitação, radiação solar, entre outras .

Vento: deslocamento de ar de uma área de alta pressão atmosférica para uma região de pressão atmosférica mais baixa, normalmente expressado pela sua velocidade e direção.

Pressão Atmosférica: é a força exercida por uma coluna de ar sob uma área. No nível do mar, a pressão corresponde a 1 atm.

Umidade relativa: em vez da “quantidade de vapor de água no ar” a umidade relativa indica o quão próximo o ar está da saturação, expressada em %. Dessa forma, a razão entre o percentual (em número de moléculas) de água no ar pelo percentual que corresponde à SATURAÇÃO naquela temperatura do ambiente determina a umidade relativa.

Temperatura do ar: é uma das variáveis de maior influência nos fenômenos climáticos que acontecem na Terra. Tanto o calor absorvido pela atmosfera quanto o calor emitido pela superfície da terra podem variar a temperatura do ar, e esta por sua vez, tem influência direta em processos como solubilidade, pressão do vapor, densidade e condutividade elétrica, por exemplo. Assim, a temperatura elevada faz com que aumente as taxas de evapotranspiração das plantas.

Precipitação: mais conhecida como chuva, consiste na condensação do vapor de água e é responsável pela alimentação do ciclo hidrológico.

Radiação solar: energia que dá origem ao ciclo hidrológico, influencia a temperatura do ar e proporciona a circulação atmosférica.

As estações meteorológicas automáticas devem seguir uma série de recomendações para que sua instalação seja adequada para que as futuras medidas sejam mais precisas. Dessa forma, segue algumas precauções a serem tomadas :

• Obstáculos muito próximos que possam interferir na circulação de ar, causar turbulências, sombrear sensores de temperatura ou coisas do tipo devem ser evitados. Obstáculos devem estar situados a uma distância de 10 vezes a altura do mesmo ou mais;
• A construção da estação em solo impermeável pode gerar altas taxas de radiação, interferindo nas medições, logo, é preferível que a estação se instale em uma região com grama baixa, de forma que não acumule água, evitando encostas ou declives. Um terreno plano é a melhor opção;
• Uma grande rede elétrica pode gerar fortes ondas eletromagnéticas que também interferem nos sensores e devem ser evitados;
• A rede de telemetria deve ter um alcance adequado;
• Locais com previsão próxima para construções não são preferíveis, de modo que terá que mover a estação de lugar caso isso ocorra;
• O norte geográfico deve ser indicado, a fim de se instalar o piranômetro nessa face, minimizando os riscos de sombreamento no sensor;
• A estação deve ser instalada em uma área de aproximadamente 300m² em forma de um octógono, com seu centro situado à 10m de cada face, cerca de 1,5m de altura e o portão na face sul.

Essas recomendações e conceituações são feitas pela Epagri, Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina, onde são feitas pesquisas com mais equipamentos e, consequentemente, uma maior abrangência. Porém, com os equipamentos e espaço que temos à nossa disposição no campus Foz do Iguaçu do IFPR, propomos a ideia de uma estação hidrometeorológica móvel. Dessa forma, pretendemos seguir o maior número de recomendações possíveis para que os dados coletados sejam confiáveis e no futuro desenvolver nossas próprias recomendações para outros pesquisadores que tenham condições de pesquisas similares às nossas.

Pressão

Para nossos estudos será necessário definir alguns conceitos relativos à pressão. Essa grandeza é medida levando em consideração o lugar em que se faz a análise e o ponto de referência que é adotado.

Pressão Absoluta: é medida com relação ao vácuo absoluto, onde a pressão é zero, ou seja, é a região cuja escala inicia com a ausência absoluta de pressão.

Pressão atmosférica ou barométrica: é a força exercida pelas massas de gases que envolvem a Terra sobre determinada área em sua a superfície, normalmente avaliada por colunas de ar. A pressão atmosférica equivale à aproximadamente 1.10⁵ Pa ou 1 atm no nível do mar e varia com a altura. Quanto mais alto menor é a pressão atuante nessa região.

Pressão manométrica ou relativa: é a pressão interna de um sistema, medida com relação à pressão atmosférica. Dessa forma, o “zero” da pressão manométrica equivale à pressão atmosférica local. Caso o valor mostrado no manômetro seja positivo a pressão é maior que a pressão atmosférica, caso seja negativo, a pressão é menor que a atmosférica. Por ser um equipamento mais barato, o manômetro é utilizado para realizar medidas mais simples de pressão.

Ponto de Orvalho

O ponto de orvalho pode ser definido como, a temperatura que o vapor de água deve atingir para que sua umidade atinja 100%. Ele depende basicamente de três fatores:

• Temperatura da massa de ar (T);
• Umidade relativa da massa de ar (UR);
• Pressão atmosférica (P).

A pressão atmosférica se relaciona com o ponto de orvalho de forma que, em um dado espaço, existe uma quantidade de moléculas de água, ou uma fração molar de vapor de água, que está relacionada com a umidade específica do ar.

Independente da temperatura em que esse processo ocorra, se a pressão aumenta sem variar a fração molar dentro desse espaço, o ar fica mais úmido e o ponto de orvalho aumenta (vamos considerar “aumentar” com o sentido de estar mais próximo de ocorrer). Caso a pressão diminua, o ponto de orvalho diminui na mesma proporção.

Realizando nossos estudos em apenas uma cidade, podemos fazer uma aproximação e considerar que a pressão atmosférica na cidade como um todo é a mesma. Dessa forma, o ponto de orvalho passa a depender apenas da temperatura e da umidade relativa.

Para um cálculo aproximado do ponto de orvalho, usamos a equação:

Tpo ≈ T – (100 – UR) / 5

Onde:

• Tpo = temperatura do ponto de orvalho (oC)
• T = temperatura da massa de ar (oC)
• UR = umidade relativa do ar (%)

A temperatura do ponto de orvalho nunca será maior que a temperatura do ar, caso contrário, poderíamos estar submersos neste momento.

Grupos em outras instituições

• Grupo de Meteorologia e Climatologia - Universidade de Aveiro CliM@UA

Materiais de Referência

• INMET. Rede de Estações Meteorológicas Automáticas do INMET, Nota Técnica No. 001, Instituto Nacional de Meteorologia, 2011.

• CARVALHO, L. R. M; AMORIM, H. S. Observando as marés atmosféricas: Uma aplicação da placa Arduino com sensores de pressão barométrica e temperatura, Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, n. 3, 2014.

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