Meteorologie Seminar Anul I Stiinta Mediului 5 Masurarea Umezelii Aerului

T 5 Măsurarea umezelii aerului • • •

Introducere Instrumente de măsurare a umidităţii aerului Aparate pentru înregistrarea continuă a variaţiilor umezelii relative a aerului (Higrografe)

Bibliografie: • Sterie Ciulache, „Meteorologie. Manual practic”, Facultatea de GeologieGeografie, Bucureşti. • http://images.google.ro Introducere Umezeala sau umiditatea aerului este definită prin conţinutul de vapori de apă existenţi la un moment dat în atmosferă. Este o însuşire importantă a aerului atât din punct de vedere meteorologic cât şi bioclimatic. Gradul de umiditate are o mare importanţă din punct de vedre meteorologic, deoarece vaporii de apă influenţează bilanţul radiativ-caloric al aerului, prin absorbţia radiaţiilor de undă lungă iar prin condensare generează norii, ceaţa, precipitaţiile lichide şi solide. Cantitatea de vapori de apă din atmosferă se exprimă prin diferiţi parametri sau mărimi fizice, cum sunt: a) Tensiunea vaporilor de apă sau forţa elastică reprezintă presiunea parţială ce revine vaporilor de apă dintr-un volum de apă. Ea se exprimă în milimetri coloană de mercur sau în milibari (hectopascali). b) Umezeala absolută reprezintă cantitatea de vapori de apă pe care o conţine 1m³ de aer la o anumită temperatură. Referindu-ne la unitatea de volum, umezeala absolută este în realitate densitatea vaporilor. c) Umezeala specifică reprezintă cantitatea de vapori de apă pe care o conţine 1 kg de aer umed, exprimată în g/kg. d) Umezeala relativă este mărimea care reprezintă cel mai bine gradul de saturaţie a aerului cu vapori de apă. Ea indică în procente, cât din cantitatea vaporilor de apă necesară condensării există la un moment dat în atmosferă, ştiind că pentru aerul saturat, are valoarea de 100%. În funcţie de valoarea umidităţii relative, aerul se caracterizează din punct de vedere higrometric astfel: - >100% - suprasaturat; - 100% - saturat;

1

-

91-99% - foarte umed; 81-90% - umed; 51-80% - normal; 31-50% - uscat; <30% - foarte uscat.

e) Temperatura punctului de rouă reprezintă temperatura la care vaporii de apă ajung să satureze aerul. După atingerea stării de saturaţie, orice scădere de temperatură va fi însoţită de condensarea vaporilor de apă, care fiind în exces se vor depune sub formă de rouă. Se exprimă în grade Celsius. f) Deficitul de saturaţie reprezintă diferenţa dintre tensiunea maximă a vaporilor de apă şi tensiunea reală la un moment dat. g) Deficitul psihrometric reprezintă diferenţa dintre temperatura indicată de termometrul uscat şi cea indicată de termometrul umezit al unui psihrometru. h) Starea higrometrică reprezintă raportul dintre greutatea vaporilor de apă şi greutatea aerului uscat dintr-un metru cub de aer. Instrumente de măsurare a umidităţii aerului La staţiile meteorologice din România, pentru măsurarea valorilor umezelii aerului, se folosesc aparate cu citire directă numite psihrometre şi higrometre. A. Psihrometrele sunt instrumente prin intermediul cărora se determină tensiunea vaporilor de apă din aer şi umezeala relativă a acestuia. Partea principală a acestora este dată de două termometre identice, unul având rezervorul acoperit cu tifon care se umezeşte în timpul efectuării măsurătorilor (termometrul „umed”), iar celălalt măsoară temperatura aerului în mediu uscat (termometru „uscat”). Pe tifonul umezit se produce evaporarea, proces care se efectuează cu consum de energie calorică. Astfel, temperatura indicată de termometrul umed va fi mai mică decât cea indicată de termometrul uscat (din stânga) al psihrometrului. Totuşi, în prezenţa ceţii, când temperatura aerului are o valoare mai mică de 0ºC, pot să apară şi situaţii inverse. Diferenţa de temperatură dintre cele două termometre (diferenţa psihrometrică) este cu atât mai mare cu cât aerul este mai uscat, iar evaporarea va fi mai intensă. Când umezeala aerului are valori apreciabile, evapotranspiraţia se reduce mult sau nu se mai produce, iar temperaturile citite la cele două termometre sunt apropiate ca valoare. Procesul de evaporaţie depinde de: absorbţia cantităţii de căldură, căldura latentă de evaporare a apei, viteza curenţilor de aer din atmosferă sau a curentului de ventilaţie din jurul termometrului „umed”, tensiunea reală a vaporilor aflaţi în aer în momentul observaţiei, suprafaţa evaporatoare a rezervorului termometrului „umed”, tensiunea maximă a vaporilor, presiunea atmosferică.

2

În practica meteorologică se utilizează mai multe tipuri de psihrometre: psihrometre cu aspiraţie şi psihrometre fără aspiraţie. a) Psihrometrele cu aspiraţie sunt acele instrumente meteorologice la care ventilaţia aerului în jurul rezervoarelor termometrelor se face prin mijlocirea unor dispozitive speciale (psihrometre cu ventilaţie artificială). • Psihrometrele de staţie cu ventilaţie artificială se instalează în primul adăpost meteorologic, în poziţie verticală, pe acelaşi stativ cu termometrele de maximă şi de minimă. Sunt de două tipuri: cu doză dublă şi cu doză simplă. Prezintă o morişcă aspiratoare care are rolul de a aspira un curent de aer prin tuburile de aspiraţie, ventilând astfel rezervoarele celor două termometre (umed şi uscat).

Prin rotire, morişca determină formarea, în jurul rezervoarelor, a unui curent de aer cu viteză constantă, ce va contribui la evaporarea apei de pe tifonul umezit cu apă distilată. Observaţiile psihrometrice (efectuate la orele 01, 07, 13, 19) trebuie să respecte o anumită ordine în cadrul determinărilor termometrice: - se umezeşte tifonul termometrului umed cu apă distilată; - se întoarce cu cheia arcul moriştii aspiratoare; - se urmăreşte coborârea temperaturii la termometrul umed; când coloana de mercur a acestuia devine staţionară se efectuează citirea ambelor termometre, începând cu cel umed, apoi la cel uscat; - în momentul în care coloana termometrică s-a stabilizat se citesc în primul rând zecimile de grad şi după aceea gradele întregi; 3

-

dacă temperatura aerului sade la valori mai mici de -10ºC, determinările se fac numai la termometrul uscat şi la higrometru.

• Psihrometru cu ventilaţie artificială tip Assmann este un instrument de construcţie specială folosit cu precădere în expediţiile de cercetări microclimatice deoarece este uşor transportabil şi oferă posibilitatea de a efectua măsurători în plin soare, datorită unei monturi metalice nichelate ce protejează cele două rezervoare termometrice.

b) Psihrometrele fără aspiraţie sunt acele instrumente meteorologice la care ventilaţia aerului din jurul rezervoarelor termometrice se face fără intervenţia unui dispozitiv anume construit (psihrometre cu ventilaţie naturală). Indicaţiile lor nu sunt dintre cele mai exacte deoarece viteza curentului de aer din jurul rezervoarelor termometrice nu este constantă. • Psihrometru de staţie tip August este utilizat la staţiile meteorologice numai în cursul indisponibilităţii psihrometrului cu morişcă aspiratoare.

4

• Psihrometrul „praştie” este un instrument relativ simplu, fără aspiraţie, care se utilizează mai ales în expediţiile de cercetări microclimatice lipsite de psihrometre speciale de tip Assmann. Pentru efectuarea observaţiilor, după umezirea tifonului care acoperă rezervorul termometrului din dreapta, psihrometrul ţinut de mâner se roteşte deasupra capului cu viteza de circa 120 turaţii pe minut, pentru a asigura o bună ventilaţie a aerului în jurul rezervoarelor. În scopul obţinerii unor date mai sigure, determinările se repetă de 3-4 ori. Tabelele psihrometrice Sunt folosite pentru aflarea caracteristicilor umezelii aerului deoarece în urma măsurătorilor psihrometrice se obţin două valori termice, obţinute de termometrul „uscat” şi termometrul „umed”. Pe baza lor se determină indirect temperatura punctului de rouă, tensiunea vaporilor de apă, deficitul de saturaţie şi umezeala relativă. La staţiile meteorologice din România se uzitează, după caz, două tipuri de tabele: Assmann şi Savici. Tabelele psihrometrice Assmann cuprind trei secţiuni: - în prima secţiune se găsesc valorile tensiunii maxime de saturaţie deasupra apei şi deasupra gheţii, la temperaturi alea aerului cuprinse între -35ºC şi 100ºC;

5

- în a doua secţiune sunt notate valorile tensiunii vaporilor şi cele ale umezelii relative a aerului, calculate pentru diferite temperaturi indicate de termometrele „uscate” şi „umede”, la presiunea de 755 mm; - cea de-a treia secţiune conţine tensiunea vaporilor de apă raportată la diferite valori ale umezelii relative dar şi anumite mărimi ale temperaturii citite pe scara termometrului „uscat”. Tabelele psihrometrice Savici sunt mai frecvent utilizate la staţiile meteorologice din România. Se deosebesc de tabelele Assmann prin faptul că forţa elastică a vaporilor de apă este exprimată în milibari (mb). B. Higrometrele sunt instrumente utilizate la staţiile meteorologice în scopul determinării umezelii relative a aerului. Ele îşi bazează funcţionarea fie pe proprietatea firului de păr omenesc, degresat, de a se alungi atunci când umezeala creşte şi de a se scurta când umezeala scade, fie pe variaţiile dimensiunilor lineare ale unei membrane organice cu însuşiri higroscopice.

a) Higrometrele de absorbţie cu fir de păr se găsesc la majoritatea staţiilor meteorologice din ţară, utilizează fire de păr omenesc blond ce prezintă un număr foarte redus de pigmenţi, ce le conferă o sensibilitate mai mare faţă de variaţiile umezelii aerului. • Higrometrul de tip Koppe se instalează în primul adăpost meteorologic, în spatele psihrometrului de staţie, în poziţie verticală.

6

În funcţie de variaţiile stării de umiditate a aerului, acul higrometrului Koppe se deplasează dinspre stânga spre dreapta când gradul de umezeală a aerului este în creştere şi, de la dreapta la stânga, când umezeala aerului este în scădere. Măsurătorile higrometrice se efectuează zilnic, la orele climatologice 01, 07, 13, 19, iar valorile obţinute se notează în registrul de staţie în procente întregi. O condiţie importantă pentru citirea unor valori ale umezelii relative cât mai apropiate de condiţiile reale constă în menţinerea receptorului într-o stare perfectă de curăţenie. Decadal (în zilele de 1, 11 şi 21 ale fiecărei luni) se verifică punctul de 100% umezeală al higrometrului, prin închiderea acestuia cu un capac de sticlă la partea anterioară (se creează un mediu saturat cu vapori de apă). Dacă higrometrul funcţionează normal, după circa 50-60 de minute, acul indicator se va stabili în dreptul diviziunii 100. • Higrometrul de tip Fuess se deosebeşte de cel precedent prin faptul că piesa sensibilă pentru umezeală este alcătuită din 1-4 fire de păr, el fiind prevăzut cu un cadran circular. Este un instrument higrometric precis, mai puţin răspândit la staţiile meteorologice.

b) Higrometrele de absorbţie cu membrană organică au ca piesă receptoare o membrană organică obţinută prin prepararea într-un anumit mod a unor organe interne luate de la diverse animale (vezica urinară, intestine etc). Fiind higroscopică, membrana respectivă absoarbe vaporii de apă din atmosferă şi se alungeşte sau îi pierde prin uscare şi se scurtează. •

Higrometrul de tip M-39 este un exemplu în acest caz, însă prezintă un mare 7

neajuns, deoarece, în condiţii termice ridicate există riscul întinderii până la refuz a membranei, care se poate rupe. Aparate pentru înregistrarea continuă a variaţiilor umezelii relative a aerului (Higrografe) Higrograful se instalează pe podeaua celui de-al doilea adăpost meteorologic, alături de termograf, la înălţimea de 2 m deasupra suprafeţei solului. Este format din trei părţi componente: - partea receptoare cuprinde un mănunchi sau mai multe mănunchiuri de fire de păr omenesc, blond şi degresat, ce pot fi dispuse orizontal sau vertical, în funcţie de tipul higrografului; - partea transmiţătoare este dată de un sistem de pârghii, care amplifică şi transmit deformările suferite de mănunchiul de fire; - partea înregistratoare este alcătuită din braţul pârghiei de înregistrare, tamburul cilindric pe care se înfăşoară higrograma şi care efectuează o turaţie completă în 24 de ore (la higrografele zilnice) sau într-o săptămână (la cele săptămânale). Deoarece deformarea firelor de păr omenesc nu este proporţională cu variaţiile umezelii relative a aerului, gradaţiile orizontale de pe higrogramă ce marchează procente de umezeală, nu sunt egale între ele, fiind astfel, din ce în ce mai mici cu cât valorile umezelii sunt mai mari. Prelucrarea higrogramei constă în aplicarea corecţiei de timp, urmată de citirea valorilor în procente întregi. Se stabileşte apoi corecţia umidităţii relative prin compararea valorilor citite pe higrogramă, cu valorile mult mai precise, determinate cu ajutorul psihrometrului. La staţiile meteorologice din ţara noastră se utilizează diverse tipuri de higrografe, care diferă între ele prin mici amănunte de construcţie. •

•

Higrografe fără dispozitiv de compensare - higrograful Fuess; - higrograful Junkalor; - higrograful Fischer; - higrograful Lambrecht. Higrografe cu dispozitiv de compensare - higrograful tip J. Richard; - higrograful tip URSS – model vechi; - higrograful tip URSS – model nou.

8

Higrograf Fischer

Higrograf Lambrecht

9