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CONDENSAÇÃO DA UMIDADE ATMOSFÉRICA: UM APARATO EXPERIMENTAL PARA A
PRODUÇÃO DE ORVALHO PELO RESFRIAMENTO DO AR NA REGIÃO DE CAMPINA
GRANDE – PB
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Genival da Silva; 2Roberto Alan Ferreira Araújo; 3 Lindemberg Lucena da Silva
RESUMO: O orvalho produzido por resfriamento radiativo do vapor atmosférico em regiões em que as
condições meteorológicas e climatológicas são favoráveis pode ser usado para a produção de água em
pequenas quantidades. Experimentos realizados em Campina Grande – PB demonstram certa viabilidade da
produção de água potável a partir da formação do orvalho. Os resultados experimentais aqui apresentados
mostram que o resfriamento do ar pode produzir água em quantidade suficiente para minimizar as
conseqüências causadas pela sua escassez. O objetivo deste trabalho é o de produzir água potável a partir do
resfriamento do ar. Esse resfriamento foi efetuado com o auxílio de garrafas PET contendo gelo. A produção
de orvalho obtida no experimento supracitado foi 0,28mm/h, quantidade bastante significativa tendo em vista
a simplicidade do aparato experimental utilizado. Este experimento foi o primeiro de uma série que será
realizado em futuro próximo.
Palavras-chaves: Orvalho, vapor atmosférico, resfriamento radiativo.
ABSTRACT: Dew condensed by atmospheric vapor radioactive cooling, in sites where the meteorological
and climatologic conditions are favorable, can be used to small water quantity production. Research carried
out at Campina Grande - PB has been shown the viability of the drinking water production by dew
condensation. The experimental results presented in this paper show that the water produced by the air
refrigeration can reach sufficient quantities to minimize the consequences caused by the drinking water
scarcity on Brazilian Northeastern semiarid region. Air cooling was obtained by ice into PET bottles. The
yield dew, about 0,28mm/h, it is very significant, considering the experimental apparatus used. This
experiment was the first one of a series that will be carried through in next future.
Keywords: Dew, atmospheric vapor, radioactive cooling.
INTRODUÇÃO
A água doce é uma das substâncias mais importantes para a existência da vida na Terra. Cerca de
70% da superfície terrestre é coberta por água. Desse total, apenas 3% é de água potável. Os primeiros cinco
quilômetros de altura da atmosfera terrestre contêm 90% da massa total de vapor d’água presente na mesma.
A massa de vapor d’água presente na atmosfera representa aproximadamente 0,001% de toda a massa de
água existente em nosso planeta. Se todo o vapor d’água fosse condensado na superfície, ocuparia um
volume de 12,75x109m3. Caso esse volume fosse distribuído uniformemente sobre toda a superfície da Terra,
formaria uma lâmina de água com cerca de 25 mm de altura (Garcez e Alvarez, 1988).
O resfriamento radiativo dos corpos em noites de céu claro e com ventos fracos pode fazer com que a
superfície de alguns materiais atinja temperaturas entre 8 e 9°C abaixo da temperatura do ar ambiente.
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Constituintes atmosféricos, em particular o vapor d’água, absorvem radiações de ondas longas (na faixa do
infravermelho) e reenviam em todas as direções, reduzindo o resfriamento por efeito radiativo (García et al,
2002).
Os objetivos deste estudo são de comparar o volume de orvalho produzido através do
resfriamento do ar utilizado sistema de refrigeração em Campina Grande – PB com a produção
obtida pelo mesmo processo em São João do Cariri – PB, e de correlacionar os resultados obtidos às
respectivas variáveis meteorológicas e climatológicas tais como:Umidade relativa; Temperatura do
ar; Precipitação; Direção e velocidade do vento.
MATERIAIS E METODOS
A quantidade de vapor d’água presente na atmosfera é determinada a partir da pressão real
do vapor (e) e da pressão atmosférica (p). A massa de vapor d’água por unidade de massa de ar
úmido, a umidade específica (q), é calculada por: q =
622e
,em que q é expressa em g / kg, e e p
p − 0,378e
devem ser expressas nas mesmas unidades de pressão.
A quantidade máxima de vapor d’água presente na atmosfera é função da temperatura do ar.
Ao atingir esse valor máximo, para uma dada temperatura, a pressão real de vapor (e) atinge seu
valor máximo (es) e o ar torna-se saturado. O valor de es para a temperatura do ar T pode ser
calculado a partir da equação de Tetens (Vianello e Alves, 2004), como segue:
⎛ 7,5T
⎜
⎞
⎟
es = 6,1078x10⎝ 237,3+T ⎠ , em que es é dada em mb e T em o C.
Supondo que uma massa de ar, sob uma temperatura T e cuja pressão real seja e tenha sua
temperatura reduzida, sem que haja acréscimo ou retirada de vapor, até que a mesma fique saturada
(es = e). A essa nova temperatura dá-se o nome de temperatura do ponto de orvalho (Td), visto que
para temperaturas inferiores a Td ocorre formação de orvalho. O valor de Td pode ser obtido a partir
da equação (4), fazendo T = Td e es = e (Vianello e Alves, 2004): Td =
186, 4905 − 237,3log e
, em
log e − 8, 2859
que Td é expressa em o C e e em mb.
A estimativa da massa de orvalho condensada (em g/m3) quando o ar é resfriado é de uma
temperatura T até Ts, é calculada por (Iribarne, 1985): Δm = −
1000
.Δes . Sendo Rv a constante
RvT
específica do vapor (461,5J.kg-1.K-1), T a temperatura do ar (em Kelvin) e ∆es a diferença das
pressões de vapor a saturação (em J.m-3) nas temperaturas T e Ts.
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O aparato experimental foi projetado de forma que o custo fosse o menor possível, sem prejuízo
experimental, ou seja, que com ele se obtivesse resultados satisfatórios a fim de que a viabilidade de futuras
pesquisas sobre o tema produção de água pelo resfriamento do ar fosse mantida. Na figura 1 podem ser
vistos os instrumentos usados para efetuar as medições da temperatura do ar, umidade relativa do ar, pressão
atmosférica, massa de orvalho produzida e temperatura da superfície de condensação. Essa última foi feita
utilizando termistores do tipo NTC (Negative Temperature Coefficient) acoplados a um multímetro digital.
Como superfícies condensadoras de vapor foram utilizadas garrafas confeccionadas a base de
Polietileno Tereftalato (PET) com capacidade de 2 litros (0,1m2 de área lateral). O suporte onde foram
fixadas as garrafas PET, que também servem de duto para o escoamento da água produzida, foi
confeccionado com tubos PVC. A medição da massa de água produzida foi efetuada por uma balança digital
com resolução de 1 grama.
FIGURA 1: Aparato experimental utilizado para a produção de orvalho.
Os experimentos “in door” e “out door” foram realizados na cidade de Campina Grande-PB (lat.
7°13’S, long. 35° 52’ W, alt. 520m). Esse estudo terá continuidade, em breve, através de experimentos em
cidades próximas de Campina Grande e que apresentam climas semelhantes. A Tabela 1 resume os dados
climáticos dessas cidades paraibanas: Campina Grande, Monteiro, São João do Cariri e Soledade. Pode ser
notado que as médias anuais dos valores de umidade relativa e de temperatura do ar são bastante
semelhantes. O que se afasta da semelhança são os valores das precipitações médias anuais. São João do
Cariri e Soledade apresentam valores bastante inferiores aos demais municípios relacionados. Considerando
homogeneidade climatológica dos municípios mencionados e a não disponibilidade dos dados de umidade
relativa para o município de São João do Cariri, estes foram estimados a partir das médias anuis das
umidades relativas dos demais municípios.
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O resfriamento das garrafas PET foi efetuado através do congelamento da massa de água contida nas
mesmas. À medida que o ar entra em contato com a superfície mais fria das garrafas PET, o vapor
atmosférico é condensado. O intervalo de tempo usado entre duas medidas consecutivas do orvalho formado
foi de uma hora. A massa de orvalho formada é medida através de uma balança digital com precisão de um
grama.
Tabela 1 – Dados climatológicos (médias anuais) dos municípios de Campina Grande, Monteiro, São João
do Cariri e Soledade. Fonte http://www.dca.ufcg.edu.br/clima/dadospb.html
Temperatura (ºC)
Umidade Relativa (%)
Precipitação
Município
Máx.
Mín.
Média
12:00
18:00
24:00
(mm)
C. Grande
29,0
19,1
22,7
84,3
57,4
87,2
765,5
Monteiro
30,5
19,0
23,3
72,5
57,6
84,1
717,1
S. João do Cariri
30,8
19,5
24,0
78,8
57,5
84,7
384,8
Soledade
29,3
18,9
24,2
79,5
57,6
82,9
400,9
A Figura 2 mostra em destaque a posição geográfica dos municípios paraibanos mencionados.
Nessas cidades serão realizados futuros experimentos para produzir orvalho. Todos eles estão localizados
sobre o Planalto da Borborema, na microrregião do Cariri Paraibano.
Figura 2: Posição geográfica dos municípios paraibanos mencionados.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
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A Figura 3 exibe a variação média horária da diferença entre as umidades específicas q(T) e q(Ts) e
do volume de orvalho produzido (∆h) entre 18 e 24 H do dia 21/05/2006 em experimento “out door”
realizado na cidade de Campina Grande. Pode ser visto que, quando se mantém as temperaturas das garrafas
PET em torno de 10° C, com a temperatura do ar em torno de 25° C e umidade relativa do ar em cerca de
80%, é possível atingir uma produção diária de 6,7 litros de água por metro quadrado de superfície
refrigerada. Neste trabalho não foram efetuadas medidas da energia elétrica consumida pelo sistema de
refrigeração do experimento.
Fig. 3 – Variação média horária da temperatura da superfície fria (Ts), da diferença entre as umidades
específicas q(T) e q(Ts) e do volume de orvalho produzido (∆h) entre 18 e 24 H do dia 21/05/2006, na cidade
de Campina Grande, “out door”.
Os resultados preliminares obtidos pelo experimento entre 18 e 19 H em 21/05/2006, cerca de 0,28
mm são bastantes significativos tendo em vista a simplicidade do aparato experimental utilizado. O uso de
superfícies planas confeccionadas com materiais diversos em experimentos futuros será adotado com o
objetivo de se produzir maiores volumes de água, quando comparados aos obtidos nesta experiência. Em
experimentos nessa linha de pesquisa realizados em Bahrain (Analser, 2000), foram utilizadas placas de
alumínio, vidro e polietileno. Na oportunidade verificou-se que as de alumínio produziram mais orvalho do
que as de vidro e as de polietileno. Outra meta que será perseguida e analisada em futuros experimentos será
a utilização do ar frio, após a condensação do vapor d’água, a fim reduzir a temperatura do ar úmido a ser
resfriado e, conseqüentemente, o consumo de energia. A utilização desse processo de produção de água,
desde que maximizado e dentro de padrões de viabilidade econômica, poderá ser bastante útil para minimizar
a escassez de água doce na região semi-árida do Nordeste do Brasil.
BIBLIOGRAFIA
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ALNASER, W. E., BARAKAT, A. Use of condensed water vapour from the atmosphere for irrigation in
Bahrain. Applied energy. n. 65, p. 3-18, abr. 2000.
GARCEZ, L. N., ALVAREZ, G. A. Hidrologia. 2. ed. rev. atualizada. São Paulo: Edgard Blücher Ltda,
1988. p. 8.
GARCÍA, J. J. A., FIGUEROA, I. P., GUERRERO, H., JUÁREZ, E. M. Enfriamento radiativo Nocturno.
Taller Siestemas de Enfriamento Aplicados a la Vivienda. Guadalajara, Jalisco, México, jul. 2002.
IRIBARNE, J. V. Atmospheric Thermodynamics. 2. ed. rev. Dordrecht: D. Reidel Publishing Company,
1985. p. 77 e 122.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE – CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS
NATURAIS – UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS. Dados Climatológicos da
Paraíba. Disponível em: <http://www.dca.ufcg.edu.br/clima/ dadospb.html>. Acesso em: 24 mai. 2006.
VIANELLO, R. L., ALVES, A. R. Meteorologia Básica e Aplicações. 1. ed. Viçosa: UFV, 2004. p. 58 e
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