Sobre o sensor de umidade para estações meteorológicas responda:
Princípios de Medição de Umidade
Diferença entre umidade relativa, umidade absoluta e ponto de orvalho.
Fundamentos físicos por trás da medição (capacitivo, resistivo, térmico).

Passo 1

O enunciado pede que a gente explique os três principais conceitos de umidade – umidade absoluta, umidade relativa e ponto de orvalho – e depois descreva como funcionam os sensores de umidade baseados em princípio capacitivo, resistivo e térmico. Ou seja, primeiro a teoria das grandezas de umidade e depois o “por dentro” dos sensores usados em estações meteorológicas.

Passo 2

Vamos diferenciar as grandezas de umidade:
1. Umidade absoluta
É a massa de vapor d’água presente num certo volume de ar. Se mv é a massa de vapor e V o volume de ar, então
rhov = mvV
é a umidade absoluta (tipicamente em g/m^3).
2. Umidade relativa
É a relação entre a pressão parcial de vapor no ar e a pressão de saturação daquele vapor à mesma temperatura. Chamando pw a pressão parcial do vapor e pws(T) a pressão de saturação à temperatura T, temos
phi = pwpws(T) times 100%
Isso diz quão “perto” o ar está de ficar saturado e condensar água.
3. Ponto de orvalho
É a temperatura Td à qual é preciso resfriar o ar, à pressão constante, para que a umidade relativa chegue a 100%. Em Td o vapor começa a condensar em forma de orvalho.

Passo 3

Princípio capacitivo
Um sensor capacitivo de umidade explora a variação da constante dielétrica de um material (polímero ou óxido) quando ele absorve vapor d’água. O sensor é basicamente um condensador cuja capacitância é
C = epsilonr,epsilon0,Ad
onde epsilonr muda com a quantidade de água no dielétrico. Ao medir C, infere-se a umidade relativa. Esses sensores têm boa linearidade e resposta rápida.

Passo 4

Princípio resistivo
Aqui há um filme de material higroscópico (por exemplo polímeros condutores ou óxidos metálicos) cuja resistência elétrica varia com a umidade. Quando o filme absorve moléculas de água, aumentam os íons livres e a condutividade elétrica sobe (resistência cai). Basta aplicar uma pequena tensão e medir a corrente ou a resistência para determinar a umidade.

Passo 5

Princípio térmico
Existem duas abordagens principais:
1. Psicrômetro (bulbo úmido e bulbo seco): mede a diferença de temperatura entre dois termômetros, um seco e outro com pavio molhado. A evaporação no bulbo úmido retira calor, abaixando sua temperatura; quanto maior a diferença, menor a umidade relativa.
2. Sensores de condutividade térmica: exploram o fato de que a condutividade térmica do ar muda ligeiramente com a concentração de vapor d’água. Um elemento aquecido dissipa calor no ar; medindo a potência necessária para manter a temperatura constante ou a queda de temperatura, deduz-se a umidade.

Resposta

Pronto! Você agora tem claro o que são umidade absoluta, relativa e ponto de orvalho, e os fundamentos de sensores de umidade capacitivo (variação da constante dielétrica), resistivo (variação de condutividade elétrica) e térmico (psicrômetro ou condutividade térmica do ar).

Exercícios relacionados