Como o Controlo de Humidade Protege Edifícios, Produtos e Pessoas
Monitorizar a humidade tem um impacto direto em diversos aspetos, incluindo saúde, conforto e processos industriais.
Monitorizar a humidade é crucial por várias razões, uma vez que tem um impacto direto em diversos aspetos da vida quotidiana, saúde, conforto e até em processos industriais.
Por exemplo, a monitorização da humidade melhora a saúde respiratória e o conforto ao manter um nível de humidade interior ideal (geralmente entre 30% e 50%), o que ajuda o corpo a regular a temperatura através da evaporação do suor.
O controlo da humidade também preserva os edifícios e previne danos, evitando a condensação nas paredes e janelas, que é uma causa de danos estruturais e mofo ao longo do tempo. Na agricultura e estufas, a monitorização da humidade é essencial para garantir condições de crescimento adequadas.
Indústrias como a farmacêutica, alimentar e eletrónica dependem de um controlo preciso da humidade. A humidade elevada pode estragar alimentos, degradar produtos farmacêuticos e danificar componentes eletrónicos sensíveis. Além disto, em museus e bibliotecas, a monitorização deve ser feita para preservar pinturas, livros e artefactos históricos, que podem deteriorar-se com os níveis flutuantes de humidade.
Em muitos processos industriais, especialmente na produção têxtil e de papel, o controlo e a monitorização da humidade são vitais para garantir a qualidade do produto e reduzir desperdícios, já que uma humidade inadequada pode levar a produtos defeituosos, encolhimento ou instabilidade dos materiais.
Dada a sua importância em tantas aplicações, devemos primeiro compreender o que é a humidade.
Física do Vapor de Água
A humidade descreve a quantidade de vapor de água em determinado gás. Existem várias formas de expressar a humidade, como, por exemplo, humidade relativa, humidade absoluta, temperatura do ponto de orvalho ou razão de mistura. Considere uma câmara fechada com água líquida, conforme ilustrado na imagem seguinte.
Câmara fechada com água no estado líquido e partículas de água gasosas (vapor).
A energia cinética média e o impulso das partículas de água na água líquida são regulados pela temperatura. Algumas partículas têm mais energia do que a média e conseguem escapar da forma líquida – também conhecido como evaporação acima da água líquida.
Uma vez que as partículas gasosas se movem dentro da câmara fechada, algumas atingirão a superfície da água líquida e poderão ficar presas novamente no líquido. Eventualmente, atinge-se o equilíbrio, onde o número de partículas de água que evapora é igual ao número de partículas que retornam ao estado líquido.
Quando o equilíbrio é alcançado, o número de partículas de água no estado gasoso mantém-se estatisticamente constante.
Uma vez que as partículas de água gasosa atingem as paredes da câmara fechada, exerce-se uma pressão definida como e (ou seja, evaporação, e é usada apenas para a pressão parcial da água) nas paredes. Em equilíbrio, essa pressão é denominada pressão de vapor saturado ew sobre a água, que pode ser expressa pela equação de Clapeyron:
LV é o calor latente, T é a temperatura absoluta (em Kelvin) e ΔV é a variação de volume durante a transição de fase. Como o volume específico da água líquida é muito menor do que o do gás, e assumindo que o vapor de água é um gás ideal, a equação (1) pode ser aproximada pela equação de Clausius-Clapeyron:
RV é a constante dos gases do vapor de água. Resolver a equação diferencial (2) conduz à fórmula de Magnus para a pressão de vapor saturado:
Onde t é a temperatura (em graus Celsius) e α, β e λ são os parâmetros de Magnus (ver tabela abaixo).
| Condições | t (°C) | α (hPa) | β | λ (°C) |
| Acima da água | −45 a 60 | 6.112 | 17.62 | 243.12 |
Como exemplo, a pressão de vapor saturado sobre a água está representada na imagem abaixo. Entre temperaturas de -45°C e 60°C, a equação (3) tem uma incerteza inferior a ±0,6% com um nível de confiança de 95%. Se for necessária maior precisão, as equações para a pressão de vapor saturado frequentemente levam a funções implícitas que só podem ser resolvidas numericamente.
Variação da pressão de vapor saturado acima da água com a temperatura.
Humidade Relativa
A humidade relativa sobre a água UW é geralmente utilizada para fins de medição. Define-se como a relação entre a pressão parcial de vapor no ar e e a pressão de vapor saturado a uma determinada temperatura t, ew (t).
Assim, quando o equilíbrio é atingido na câmara fechada, a humidade relativa atinge 100%.
Por exemplo, com uma humidade relativa de cerca de 90% à temperatura ambiente, uma variação de temperatura de 1°C pode causar uma variação de até -5%.
Temperatura do Ponto de Orvalho
Considere uma quantidade de ar com um número constante de partículas de água (isto é, sem condensação ou evaporação) a uma certa temperatura t e humidade relativa U < 100%. A temperatura do ponto de orvalho td é definida como a temperatura à qual essa quantidade de ar deve ser arrefecida de forma que, à pressão constante, ocorra condensação (U = 100%).
Humidade Absoluta
A humidade absoluta dV é definida pela massa de vapor de água mH2O) por volume de ar húmido V e pode ser expressa como:
Aplicando a lei dos gases ideais à pressão parcial de água e (eV=nRT), onde V é o volume, n o número de partículas de água em mol, R a constante universal dos gases (8.314472 J mol-1 K-1) e T a temperatura absoluta, e aplicando o peso molar da água MH2O=18.0 g/mol, resulta a seguinte equação:
Onde T é a temperatura em Kelvin e e é a pressão parcial da água em Pa.
Razão de Mistura
A razão de mistura é a relação entre a massa de vapor de água e a massa de ar seco. Usando a massa molar do ar seco (29,0 g/mol) e do vapor de água (18,0 g/mol), a razão de mistura pode ser expressa como:
Onde p é a pressão barométrica total.
Em resumo, monitorizar e controlar a humidade garante um equilíbrio que protege a saúde, infraestruturas e materiais, enquanto otimiza o conforto e a eficiência em diversos cenários.
Na Tekon Electronics integramos sensores de humidade para monitorizar os níveis de humidade relativa nos equipamentos DUOS inAir, DUOS inHygrotemp e DUOS Hygrotemp. Além disto, estes transmissores também monitorizam a temperatura externa.
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