Umidade específica

A umidade específica (HS ou $q$ ), ou conteúdo de água ( $Y$ ), é a relação entre a massa de água no ar e a massa de ar úmido. Não deve ser confundido com a proporção de mistura , que é a proporção da massa de água no ar para a massa de ar seco.

A umidade específica máxima em um estado de saturação, chamada umidade específica na saturação , é anotada $HS s$ ou $q s$ .

Em um diagrama de ar úmido $q = f (T)$ , a curva de umidade específica constante é uma linha horizontal.

Ao contrário da umidade relativa ou absoluta , a umidade específica é preservada durante uma mudança de altitude ou temperatura da massa de ar, desde que não haja condensação ou evaporação. A razão é que um quilograma de ar ou vapor permanece um quilograma, independentemente da pressão ou temperatura do ar. Portanto, ao fornecer a umidade específica, a altitude da parcela de ar não importa. Isso permanece válido enquanto a quantidade de vapor permanece constante, portanto, não deve haver mudança no estado físico. Apesar desta vantagem, a medição da umidade específica é difícil e geralmente deve ser realizada por um laboratório.

Aproximação de umidade específica

Ao observar $p$ a pressão do ar $ee$ a pressão parcial do vapor de água, podemos calcular a umidade específica a partir da seguinte fórmula:

{\ displaystyle q \ approx {\ frac {0 {,} 622 \; e} {p-0 {,} 378 \; e}} ~}

Demonstração

Nesta demonstração, o primeiro termo define a quantidade considerada, e os seguintes são equivalentes ou aproximações. As seguintes notações são usadas: hum - ar úmido; seco - ar seco; W - água (água). Apenas os dois últimos termos têm interesse prático, os demais sendo usados apenas para a demonstração.

{\ displaystyle q = {\ frac {m _ {\ mathrm {W}}} {m _ {\ mathrm {hum}}}} = {\ frac {m _ {\ mathrm {W}}} {m _ { \ mathrm {sec}} + m _ {\ mathrm {W}}}} = {\ frac {\ frac {m _ {\ mathrm {W}}} {V}} {{\ frac {m _ {\ mathrm {sec}}} {V}} + {\ frac {m _ {\ mathrm {W}}} {V}}}} = {\ frac {\ rho _ {\ mathrm {W}}} {\ rho _ {\ mathrm {sec}} + \ rho _ {\ mathrm {W}}}}}

{\ displaystyle q = {\ frac {\ rho _ {\ mathrm {W}}} {\ rho _ {\ mathrm {sec}} + \ rho _ {\ mathrm {W}}}} = {\ frac {\ frac {e} {R _ {\ mathrm {W}} \ cdot T}} {{\ frac {pe} {R _ {\ mathrm {sec}} \ cdot T}} + {\ frac {e} {R _ {\ mathrm {W}} \ cdot T}}}} = {\ frac {e \ cdot M _ {\ mathrm {W}}} {(pe) \ cdot M _ {\ mathrm {sec}} + e \ cdot M _ {\ mathrm {W}}}} = {\ frac {{\ frac {M _ {\ mathrm {W}}} {M _ {\ mathrm {sec}}}} \ cdot e} {p - \ left (1 - {\ frac {M _ {\ mathrm {W}}} {M _ {\ mathrm {sec}}}} \ right) \ cdot e}} \ approx {\ frac {0 {,} 622 \ cdot e} {p-0 {,} 378 \ cdot e}} \ approx 0 {,} 622 \ cdot {\ frac {e} {p}}}

onde, de acordo com a lei do gás ideal:

{\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {W}} = {\ frac {e} {R _ {\ mathrm {W}} \ cdot T}} \ quad {\ mbox {com}} \ qquad R _ {\ mathrm {W}} = {\ frac {R} {M _ {\ mathrm {W}}}}}

{\ displaystyle \ rho _ {\ mathrm {sec}} = {\ frac {pe} {R _ {\ mathrm {sec}} \ cdot T}} \ quad {\ mbox {com}} \ qquad R _ {\ mathrm {sec}} = {\ frac {R} {M _ {\ mathrm {sec}}}}}

com as notações:

m x - Massas
ρ x - Massas de volume
ρ hum - Densidade de ar úmido
V - Volume de ar úmido
R W - Constante individual de água
R dry - Constante individual de ar seco
R - Constante de gás ideal
T - Temperatura
M W - Massa molar de água = 18,01528 g / mol
M seg - Massa molar de ar seco = 28,9644 g / mol ( atmosfera padrão )
e - Pressão parcial de vapor d'água
p - pressão do ar
E - Pressão de vapor de saturação

Ao denotar a pressão de vapor saturado $E$ , a umidade de saturação específica $q s$ é, portanto, por definição:

{\ displaystyle q _ {\ mathrm {s}} \ approx {\ frac {0 {,} 622 \; E} {p-0 {,} 378 \; E}} ~}

Conversão

De acordo com as fórmulas empíricas de Nadeau e Puiggali, a umidade específica pode ser expressa em função da umidade relativa pela relação:

{\ displaystyle \ mathrm {HS} = {\ frac {0,622 \; p _ {\ mathrm {sat}} \! \ left (\ theta \ right) \; \ mathrm {HR}} {101 \, 325-p_ {\ mathrm {sat}} \! \ left (\ theta \ right) \; \ mathrm {HR}}}}

{\ displaystyle p _ {\ mathrm {sat}} \ left (\ theta \ right) = \ exp \ left [{23.3265 - {\ frac {3 \, 802.7} {\ theta +273,18}} - \ left ({ \ frac {472.68} {\ theta +273,18}} \ right) ^ {2}} \ right]}

com:

Umidade relativa UR (entre 0 e 1)
HS, umidade específica em kg de água / kg de ruído de ar
$θ$ , a temperatura em ° C (entre 0 e 45 ° C )
$p sat ( θ )$ , a pressão de vapor saturado em Pa .

Exemplo: UR = 50%, $θ$ = 20 ° C ⇒ $p sat ( θ )$ = 2336 Pa e HS = 0,00726 kg água / kg hum ar .

Notas e referências

Secagem: dos processos físicos aos processos industriais , Tec & Doc-Lavoisier, 1995 ( ISBN 2-7430-0018-X )

Veja também