Meteorologia Artesanal
Sara Sofia Eusébio da Pena Fonseca
Luísa Maria F. G. Silva Azevedo
Filipe Miguel Costa Marques
ClubeCV
Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde
Agradecemos ao Sr. Darcílio, ao João Paulo e ao Moniz toda a sua arte
em materializar as ideias em objectos.
Agradecemos ao Lino, à Cristiana e à Profª Ana Carla as lições de
física, de matemática e de “excel”.
2
Índice:
Introdução
……………………………………………………………………….. 4
1ª Parte - Estação Meteorológica:
1.1 Termómetro
1.2 Pluviómetro
1.3 Higrómetro
1.4 Barómetro
1.5 Anemómetro
…………………………………………………………………….. 5
…………………………………………………………………….. 5
………………………………………………………………………..7
……………………………………………………………………..8
……………………………………………………………………….10.
2ª Parte- Índice de Conforto Climatérico
………………………………………………………………………..14
Conclusão
………………………………………………………………………..16
Bibliografia
………………………………………………………………………..17
Anexos
3
Introdução
O trabalho aqui apresentado foi desenvolvido no âmbito das actividades regulares do ClubeCV –
Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde (mais informações em
http://viladoconde.cienciaviva.pt/clube).
O Centro Ciência Viva de Vila do Conde possui uma estação meteorológica
automática (figura 1) que mede e regista, em intervalos pré-definidos
(actualmente, de 5 em 5 minutos) os parâmetros que permitem avaliar as
condições climatéricas do local: temperatura, humidade, pluviosidade, pressão,
potencia radiante por unidade de área, direcção e velocidade do vento. Esses
dados são enviados para um computador (figura 2) que, através de um software
adequado (figura 3), permite obter e tratar esses registos; além disso, o
software permite também o envio desses dados para a Internet, onde podem ser
consultados por todos em http://viladoconde.cienciaviva.pt/meteo (figura 4).
Com este poderoso recurso disponível surgiu, naturalmente, no âmbito do
ClubeCV, trabalhos na área da meteorologia, do qual este é um exemplo.
Figura 1
Uma vez que automatização “esconde” o processo de medida
das grandezas envolvidas, pois tratam-se de sensores electrónicos,
pretendeu-se, numa primeira abordagem ao tema da meteorologia,
construir de forma rudimentar aparelhos que permitissem medir as
grandezas disponibilizadas pela estação, de forma a tornar claro o
processo de aquisição desses dados. Assim, na primeira parte deste
trabalho, foi construída uma estação meteorológica artesanal, com um
pluviómetro (medição da pluviosidade), higrómetro (medição da
humidade), um barómetro (medição da pressão atmosférica) e um
anemómetro (medição da direcção e velocidade do vento). Não foi
Figura 2
construído nenhum termómetro por se ter considerado que era um aparelho de
medição bastante usual e conhecido de todos. No entanto, estudamos um pouco os
seus aspectos teóricos e o seu modo de funcionamento. A construção do barómetro e do anemómetro
foi feita baseada em relatos feitos pessoas de idade em relação a aparelhos antigos que por vezes
haviam nas aldeias para esses fins.
Na segunda parte é apresentado o Índice de Conforto Climatérico (um confortómetro). A ideia
foi combinar os vários factores que condicionam a nossa sensação de conforto físico (temperatura,
humidade, vento, sol) num único valor de uma escala de 0 a 100%, que traduzisse o nível de conforto que
uma pessoa sujeita a essas condições sentiria se não tivesse nenhum tipo de abrigo, para além da roupa
usual no nosso clima. Obviamente que, por definição, o confortómetro será um índice subjectivo (a
nossa calibração pode não coincidir com a desejada por outra pessoa). Ficamos posteriormente a saber
que, a nível da climatologia, vários autores produziram índices desta natureza bastante mais elaborados
e entrando com outros factores (por exemplo, o tipo de roupa) e pensamos, posteriormente, aprender
um pouco mais e melhorar o nosso Índice de Conforto Climatérico.
4
1ª Parte - Estação Meteorológica Artesanal
1.1 - Termómetro
O Termómetro é um sistema termodinâmico1 que permite medir a temperatura, recorrendo a
uma propriedade física, chamada propriedade termométrica, cujo o valor é alterado unicamente pela
temperatura. Há várias grandezas termométricas, mas a mais usual é o volume. A escala de Celsius (ºC)
apresenta dois pontos fixos (chama-se ponto fixo a temperatura de um estado de equilíbrio
convenientemente escolhido):
0 ºC: Ponto do gelo (é a temperatura do gelo à pressão de uma atmosfera).
100 ºC: Ponto de vapor (é a temperatura de ebulição da água ou de condensação do
vapor à pressão normal).
Uma vez que o termómetro é um aparelho de uso bastante corrente e com o qual nos
encontramos familiarizados, optamos por não construir nenhum. O valor da temperatura, na nossa
estação, é obtido por consulta do termómetro a seco do higrómetro.
1.2-Pluviómetro
1 mm
2
1m
Um pluviómetro é um instrumento que recolhe água da chuva e determina o valor da
precipitação, medida em milímetros, onde a precipitação de 1mm corresponde à altura de água recolhida
numa área de 1 metro quadrado. À pluviosidade de 1 mm, corresponde à queda de 1 litro de água por
metro quadrado2.
Construção do pluviómetro
O nosso pluviómetro consiste num recipiente cilíndrico graduado em
mm, que permite medir a pluviosidade num determinado intervalo de tempo. Ao
cilindro principal anexou-se um funil para que a área de recolha da água fosse
um pouco maior.
d1
d2
1
A termodinâmica é a parte da física que se ocupa das propriedades da matéria relacionadas com o calor e a transformação deste
em energia
2
V=1 mm x 1 m2 = 10-3 m3 = 1dm3 = 1 L
5
Calibração do pluviómetro (determinação da sua escala)
Medições efectuadas (valores médios após várias medições)
A área onde se recolhe a chuva é a área de abertura do funil de diâmetro d1 (raio r1), enchendo
um cilindro de diâmetro d2 (raio r2).
d1=15,30 cm
d2=6,30 cm
Cálculos:
Área de entrada da água (área do funil)
Afunil= π r12
Afunil= π (7,650x10-2 m)2
Afunil= 1.838x10-2 m2
Área da secção recta do cilindro
Acilindro = π r22
Acilindro = π (3,150x10-2 m)2
Acilindro = 3.117x10-3 m2
Volume correspondente à altura de 1 cm de água no ciliondro (V2):
V2= Acilindro x h
V2= 3.117x10-3 x 1x10-2
V2= 3.117x10-5 m3
Volume de água V caído em 1 m2 que corresponde a 1 cm de altura no cilindro:
3.117 x 10 -5 m 3
V
=
-2
2
1.838 x 10 m
1m 2
V= 1.696x10-3 m3
Valor correspondente de pluviosidade P:
10 -3 m 3 1.696 x 10 -3 m 3
=
1 mm
P mm
P= 1.696 mm
Ou seja, 1 cm de altura de água no cilindro corresponde a uma pluviosidade de 1,7 mm. Portanto, a
escala do cilindro, de 1 e 1 mm, terá de ser marcada de 0,59 ~0.6 cm em 0.6 cm.
6
1.3 Higrómetro
Para conhecer o estado hidrográfico da atmosfera é necessário exprimir o seu conteúdo em
água, o que pode ser feito de duas formas:
1- Humidade Absoluta: é a massa de vapor de água existente por cada unidade volume de ar
(geralmente expressa em kgm-3ou gm-3);
2- Humidade Relativa (ou estado higrométrico do ar): traduz o quociente, a uma determinada
temperatura, entre a massa de vapor de água que existe na atmosfera e a massa de vapor
de água que existiria se a atmosfera estivesse saturada a essa temperatura. A Humidade
relativa exprime-se em percentagem (0% a 100%).
Quando o ar está saturado de vapor de água, existe a quantidade máxima de vapor de água possível
para essa temperatura. A humidade do ar é o principal factor de formação das nuvens, chuva, geada e
neve, que são ocasionadas pelo arrefecimento do ar húmido, provocando a condensação do vapor de
água.
A humidade do ar mede-se com aparelhos chamados
higrómetros.
Para a nossa estação vamos construir um higrómetro
de evaporação ou psicómetro. A base de funcionamento do
psicómetro consiste no facto da evaporação da água produzir
arrefecimento, pois necessita de energia para passar do
estado líquido ao gasoso, que vai retirar à vizinhança. Quanto
mais húmido estiver o ar menos a água evapora e, se estiver
saturado, não há evaporação. Por isso, quanto mais húmido
estiver o ar, mais próximos se encontram os valores dados
pelos dois termómetros. Por outro lado, quanto maior for a
temperatura do ar, mais facilmente a água evapora pois há
mais energia disponível para a sua passagem do estado líquido
ao gasoso. Por isso, o valor da humidade relativa terá de ter
em conta a temperatura do ar (a seco).
A determinação da humidade relativa vai, então, ser
dada por comparação entre a temperatura fornecida pelo
termómetro a seco e o termómetro molhado, utilizando-se a
seguinte tabela de dupla entrada:
Diferença de temperaturas entre o termómetro seco e o
termómetro molhado (em ºC)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Temperatura
do
termómetro
seco entre
(ºC)
10 e 14
15 e 19
20 e 25
85
75
60
50
40
30
15
5
0
0
90
80
65
60
50
40
30
20
10
5
90
80
70
65
55
45
40
30
25
20
7
Exemplo de uma medição:
θ seco = 20,0ºC
humidade = 80%
θ molhado = 18,0ºC
Comparação com o valor da estação automática (humidade=74,2%): diferença de 7,3%
Esta diferença não nos espanta, pois para além dos métodos de medida serem diferentes, o que pode
conduzir a pequenas diferenças, a estação automática se encontra a mais de 9 metros do solo e a nossa
medição da humidade foi feita no exterior, mas junto ao solo.
1.4 Barómetro
O ar da atmosfera, “preso” à Terra pela sua atracção gravítica, exerce pressão sobre todos os
objectos nela situados. A pressão atmosférica é exercida em todas as direcções, no entanto nós não
nos sentimos pressionados porque os líquidos das nossas células e o sangue que circula nas nossas
artérias, veias e vasos capilares, também exercem pressão de dentro para fora equilibrando a pressão
exterior.
Definição de pressão: força por unidade de área
P=
F
A
A unidade de Pressão do Sistema Internacional de Unidades é o pascal, Pa, que corresponde a
se exercer uma força de 1 newton por cada metro quadrado. A pressão atmosférica normal é de 101290
Pa, ou seja, o pascal é uma unidade muito pequena comparada com a pressão atmosférica normal. Usase, então, em meteorologia, outras unidade para a pressão atmosférica, como a atmosfera, atm (1 atm =
1.013 x 105 Pa), o bar (1 bar = 105 Pa) e o milímetro de mercúrio, mmHg (1 atm = 1.013 x 105 Pa = 760
mmHg). A estação meteorológica apresenta a pressão atmosférica em milibar (ou hectopascal).
A pressão atmosférica normal ao nível médio do mar é de 760 mmHg ou 1013 hPa ou ainda 1013 mBar.
A pressão atmosférica é medida com aparelhos chamados barómetros (de metro=medir +
baro=peso). Há barómetros de vários tipos e, com base num relato de um aparelho antigo, uma espécie
de “bule de vidro cheio de água” que media a pressão, concluímos que se deveria tratar de um sistema
de dois vasos comunicantes em que um deles se encontraria hermeticamente fechado contendo uma
bolsa de ar que se contrairia ou distenderia consoante a pressão atmosférica aumentasse ou diminuísse
no outro tubo. A pressão atmosférica estaria a ser medida pela deformação provocada na massa de ar.
Assim, tentámos construir algo de semelhante, mas o único objecto transparente que encontrámos que
pudesse servir foi o galheteiro da figura 4. O nosso primeiro
“barómetro a água” não funcionou, com algum desânimo nosso, mas
rapidamente percebemos o problema: é que a área do “bico” do
galheteiro é praticamente igual à área corpo da peça, onde se
encontra o ar. O “truque” consiste em fechar a bolsa de ar num
recipiente muito mais largo do que o outro tubo, de modo a que uma
pequena variação de volume possa ser facilmente perceptível no outro
tubo, de muito menor área de secção recta.
A ideia evoluiu até tomar a forma do dispositivo da figura. O
nosso barómetro consiste numa bolsa de ar A que se encontra
“presa”dentro de um recipiente cilíndrico B cheio de água. Este
cilindro está ligado a outro C, mais fino. Á medida que a pressão
8
atmosférica varia, varia também a força exercida na superfície livre da água no tubo C. Caso a pressão
aumente, empurra a água, comprimindo o ar que se encontra em A: o nível da água em C baixa. Caso a
pressão diminua, a força exercida no ar diminui, aumentando o seu volume e, logo, o nível da água em C
sobe.
B
C
A
ar
água
De modo a podermos saber as dimensões mais adequadas, procedemos da seguinte maneira:
Assumindo que o ar contido em A se comporta como um gás perfeito, em que a pressão e o
volume são grandezas inversamente proporcionais, se a temperatura for constante. Admitindo que a
temperatura é constante, teremos, então:
PiVi=PfVf
Ou, ainda,
PiVi=(Pi+∆P) (Vi+∆V)
A variação de volume ∆V sofrida pelo ar num aumento de pressão ∆P será, então
∆V = Vi
∆P
Pi + ∆P
Se o cilindro B tiver um raio da base rB e uma altura inicial de ar hB, a equação anterior virá
∆V = hBπrB
2
∆P
Pi + ∆P
Uma variação ∆V no volume de ar irá empurrar (ou ser preenchido) por igual volume de água,
provocando uma igual variação de volume de água no tubo C, de raio rC, que corresponderá a uma
variação de altura ∆hC:
∆hC πrC = hBπrB
2
2
∆P
Pi + ∆P
de onde se retira, finalmente, que
r
∆hC = hB  B
 rC
2

∆P

 Pi + ∆P
Ou seja, a variação da altura da água em C depende da altura de ar contido em B, da variação de
pressão, da pressão inicial do ar contido no tubo B e, essencialmente, do quadrado do quociente entre
os raios das bases dos dois tubos.
9
Assim, concluímos que se fechássemos o tubo B quando a pressão atmosférica fosse normal (Pi =
1013 hPa) e com uma altura de ar de 10 cm (hB = 0,1 m), para um cilindro B de raio da base 10 cm e um
cilíndro C de raio da base 1 cm, uma oscilação de pressão ∆P da ordem do 1 hPa, produziria no tubo C
uma subida ou descida de líquido de quase 1 cm, o que seria facilmente perceptível, mesmo atendendo a
que a temperatura não será na realidade constante e que o ar não é um gás perfeito. Por outro lado,
consultando o historial da estação meteorológica, concluímos que o tubo C teria de ser suficientemente
longo para suportar variações de pressão de cerca de 990 hPa até 1040 hPa, pelo que um comprimento
de 50 cm seria suficiente.
A calibração do barómetro é feita com base nos valores fornecidos por outro barómetro, ou
pode ser utilizado unicamente para detectar subidas ou descidas da pressão atmosférica em relação a
uma dada situação inicial: Uma vez que a temperatura não é usualmente constante, optámos por não
fazer uma calibração definitiva, mas colocar apenas uma marca no tubo assinalando a pressão normal,
até porque o nível de água no tubo também é afectado por fenómenos de evaporação de água no tubo
mais pequeno e pelo equilíbrio entre a água no estado líquido e água no estado gasoso na bolsa de ar
contida em A (que também depende da temperatura). Nota-se, alias, a formação de pequenas gotículas
de água na superfície interior do tubo B, mais visíveis quando a temperatura arrefece, como é de se
esperar (o que permite saber se a temperatura tem vindo a aumentar ou a diminuir, pelo aspecto do
“orvalho” que cobre o tubo). De qualquer modo, o barómetro tem se comportado razoavelmente como o
esperado: por exemplo, a uma variação de pressão dos 1018 mBar para os 1021 mBar provocou uma
descida do nível da água no tubo C de 3,5 cm.
1.5 Anemómetro
A base de funcionamento do nosso anemómetro consiste numa
placa rectangular P que pode girar em torno de um eixo coincidente
com um dos seus lados mais estreitos. Esta placa é colocada num
sistema giratório, que roda à medida que o vento sopra de modo a que
o vento incida sempre “de frente”. A base tem marcada a rosa-dosventos de modo a que, estando esta correctamente orientada com os
pontos cardeais, fornecer a direcção ou rumo do vento. Quanto mais
forte for o vento, maior será a força que exercerá na placa, rodando
este a um ângulo maior em relação à sua posição vertical (sem vento).
Assim, a calibração do anemómetro consiste na obtenção da relação
entre o ângulo rodado θ e a velocidade V do vento, que será gravada
numa placa B de modo a facilitar a sua leitura.
Para determinar a velocidade do
vento em função do ângulo rodado, começouse por analisar as forças aplicadas na placa
(figura 6). Na posição vertical, sem vento, a
força gravítica Fg da placa é equilibrado
pela reacção R no suporte. Quando o vento
sopra, surge uma nova força F e, para uma
dada posição de equilíbrio formando um
ângulo θ com a vertical, há necessidade de
decompor as forças aplicadas segundo duas
direcções, y e x, paralela e perpendicular à
placa, respectivamente:
P
yy
θ
F
θ
θ
Fg
xx
P
10
Na direcção x, a componente Fgx é um vector simétrico da componente Fx.
Fgx = Fx
(equação 1)
Na direcção y, a reacção R do suporte iguala a soma das componentes Py e Fy.
R = Fgy + Fy.
(equação 2)
Uma vez que Fgx = Fg sen θ e Fx = F cos θ substituindo na equação 1 obtêm-se
Fg sen θ = F cos θ ou F = mg tg θ
(equação 3)
onde m é a massa da placa e g a aceleração da gravidade.
A massa m pode ainda ser substituída pela massa volúmica do material ρmat vezes o volume que,
tratando-se de uma placa rectangular, será igual à sua área A vezes a espessura h:
F = ρmat A h g tg θ
(equação 4)
O vento, ao soprar, exerce uma força distribuída por toda a área A de contacto. Assim, a força
F exercida pelo vento, pode ser obtida multiplicando a pressão P pela área A de contacto:
F=PA
(equação 5),
que, substituindo na equação 4, resulta
P A = ρmat A h g tg θ
(equação 6)
obtendo-se uma equação independente da área
P = ρmat h g tg θ
(equação 7).
Por consulta em livros, nomeadamente os números [4] e [6] da bibliografia, ficámos a saber que,
como seria de esperar, a força de pressão exercida por um gás está relacionada com a sua massa
volúmica e com a velocidade média das suas partículas constituintes (mais correctamente, com o
quadrado a sua velocidade média), pela expressão
P=
_2
1
3 ρ ar v
(equação 8).
No nosso caso, em que o gás é o ar e, portanto, trata-se de uma mistura de várias substâncias
moleculares (oxigénio, azoto, dióxido de carbono, monóxido de carbono) e obtivemos (nos livros
referidos) para a sua densidade aproximada (depende da mistura concreta e da sua temperatura) o
valor dar= 0,00129. Tem que ser considerada a velocidade média das partículas, pois moléculas do gás
não se movem todas exactamente com a mesma velocidade, mas apresentam uma distribuição de valores
em torno de um valor mais provável (grosso modo, o valor médio).
Substituindo a equação 8 na equação 7, obtêm-se
_
v = 3hg
ρ mat
tgθ
ρ ar
(equação 8).
11
uma expressão que relaciona a velocidade média das partículas do ar (vento) em função do ângulo θ,
como era pretendido (os restantes parâmetros são conhecidos ou podem ser determinados).
Fizemos primeiro os cálculos para os valores tabelados para diferentes metais, e concluímos que
o ideal seria construir dois anemómetros: um com a placa de alumínio (d=2,7), para media as brisas mais
suaves, e outro de ferro (d=7,8) para as rajadas mais vigorosas. Posteriormente, confirmamos o valor
das densidades, pesando as placas construídas e medido o seu volume (pelo método do volume de líquido
deslocado, uma vez que a peça real não é um paralelepípedo perfeito), obtendo valores concordantes.
massa/g
volume/cm3
Massa volúmica/ g cm-3
placa
de alumínio
15.81
6
2,6
Placa
de aço
48.11
6
8,0
Uma vez que a medição do volume não foi muito rigorosa, pois a sua menor divisão era de 2 ml
(para que coubesse a placa dentro da proveta, teve de ser uma de capacidade 250 ml), vamos adoptar
os valores tabelados. Este procedimento, no entanto, serviu para validar os materiais utilizados.
Usamos em seguida uma folha de cálculo para calcular o valor de V em função do θ. Segue-se os
valores obtidos, de 5 em 5 graus, bem como a sua representação gráfica, apresentando-se os valores
mais pormenorizados em anexo (de grau em grau). Coso seria de esperar, o sistema “falha” para os 90º,
pois a função nesse ponto tende para infinito.
Aspecto da folha do “Excel” que calculou os valores
da velocidade do vento em função do ângulo para a placa de aço.
ρ_mat
ρ_ar
Esp
g
7.8
0.00129
0.001
9.8
"aço"
θ
v
km/h
0
0.0
0.0
5
3.9
14.2
10
5.6
20.2
15
6.9
24.8
20
8.0
29.0
25
9.1
32.8
30
10.1
36.5
35
11.2
40.2
40
12.2
44.0
45
13.3
48.0
50
14.6
52.4
55
15.9
57.4
60
17.5
63.2
65
19.5
70.3
70
22.1
79.6
75
25.8
92.7
80
31.8
114.3
85
45.1
162.3
90 ######## ######
12
Aspecto da folha do “Excel” que calculou os valores
da velocidade do vento em função do ângulo para a placa de alumínio.
ρ_mat
ρ_ar
Esp
G
2.7
0.00129
0.001
9.8
g/cm3
g/cm3
m
m/s2
"alumínio"
θ
V (m/s)
0
0.0
5
2.3
10
3.3
15
4.1
20
4.7
25
5.4
30
6.0
35
6.6
40
7.2
45
7.8
50
8.6
55
9.4
60
10.3
65
11.5
70
13.0
75
15.2
80
18.7
85
26.5
90 ########
V (km/h)
0.0
8.4
11.9
14.6
17.0
19.3
21.5
23.6
25.9
28.2
30.8
33.7
37.2
41.4
46.8
54.6
67.3
95.5
######
Para além da velocidade do vento, o nosso aparelho pode servir para medir o fôlego de cada um…
É enviado em formato electrónico um pequeno filme com o anemómetro em funcionamento.
13
2ª Parte - Índice de Conforto Climatérico
Pensando no que poderia ser feito para explorar um pouco mais os dados que tínhamos à nossa
disposição fornecidos pela estação meteorológica automática3, pensámos em fazer um “confortómetro,
construir um parâmetro obtido numericamente e que avaliasse o índice de conforto fornecido por um
determinado conjunto de parâmetros meteorológicos. Todos sentimos que o valor da temperatura por si
só não chega para produzir conforto: um valor muito alto de humidade e de temperatura (climas
asiáticos) pode ser muito desconfortável e quantos dias de praia não foram perdidos devido ao vento...
Por outro lado, dias muito frios podem ser bem mais agradáveis se se tratar de um clima seco. Assim
nasceu o Índice de Conforto Climatérico (Icc).
Para a construção do Icc pensamos em quantificar a importância que cada um dos parâmetros
dados pela estação meteorológica teria para nós se estivéssemos sujeitos a eles, no exterior, sem
qualquer tipo de abrigo (sombra, cobertura, tapa-vento), com a roupa adequada à época e para o nosso
clima. Assumidamente subjectivo, concluímos que o Icc deveria contemplar os parâmetros t, h, v e s que
corresponde à temperatura, humidade, velocidade do vento e piranómetro (sol). Não foi incluído o
parâmetro pluviosidade, pois consideramos que se estiver a chover, o índice de conforto será zero. Os
restantes factores irão contribuir da seguinte maneira:
1O principal factor de conforto climatérico é a temperatura, que deverá contribuir
para o Icc com um peso de 40%. Os restantes três factores deverão contribuir com
20% cada um.
2O valor óptimo da temperatura será atribuído para os 20ºC e à medida que a
temperatura se afasta deste valor, aumentando ou diminuindo, o Icc deverá diminuir,
de modo a que se tenha reduzido significativamente para t = 10 ºC ou t = 30 ºC.
Consultando bibliografia, nomeadamente [5], aprendemos que a função matemática
que nos interessava se chama Função de Gauss. Embora não tenhamos possibilidade
de compreender completamente a sua expressão matemática, usámos o “excel” para
representar esta função aplicada ao nosso problema, e vimos como a sua
representação gráfica correspondia exactamente ao pretendido. Variámos os seus
parâmetros até ter a “abertura” pretendida e o valor máximo de 1 (100%). Chamámos
T a esta função, que irá contribuir com um peso de 40% para o Icc, que variará entre
o 0 e o 100% (desconforto total e conforto total, respectivamente).
3Procedemos de modo idêntico para a humidade relativa, criando a função H que
apresenta o valor máximo de 1 para os 50% de humidade e desce para os 0,5 nos
valores de 30% e 70%. Um ambiente demasiado seco é desconfortável pela secura
que provoca na pele, mucosas e olhos. Um valor demasiado alto, além de prejudicial à
saúde, dificulta a evaporação da sudação, para as temperaturas altas, não deixando
arrefecer tão eficientemente o corpo como pretendido e, para as temperaturas
baixas, onde a sudação não ocorre, facilita o arrefecimento do corpo pois o ar tornase melhor condutor térmico, o que não é desejável.
4Os parâmetros V e S vão ser ligeiramente diferentes consoante o valor da
temperatura que se regista:
a. se a temperatura for amena, digamos entre 15 e 25 graus celcius, considera-se
agradável um sol moderado e uma brisa muito suave. O máximo da função S4 vai ser
atribuído aos 500 w/m2 e o máximo da função V para os 0,5 m/s.
b. se a temperatura for fria, inferior a 15 graus celcius, será bom que esteja sol e o
vento é de todo indesejável. O máximo da função S vai ser atribuído aos 800 w/m2 e
o máximo da função V para os 0 m/s.
3
Análises climatológicas não são adequadas neste momento pois a estação tem apenas um ano de registos efectuados, o que é
pouco para este tipo de estudo.
4
O valor do piranómetro varia entre 0 e os 850 W/m2 (verão, no meio-dia solar).
14
c.
se a temperatura for quente, superior a 25 graus celcius, será bom que o sol não
esteja muito forte e um pouco de vento é agradável. O máximo da função S vai ser
atribuído aos 400 w/m2 e o máximo da função V para os 2 m/s.
A execução do Icc ficou a cargo do programa Excel: introduzindo-se os valores dos parâmetros,
ele efectua automaticamente os cálculos (a folha de cálculo que executa o Icc é enviada em anexo em
formato electrónico) Aqui ficam alguns exemplos de valores obtidos para o Índice de Conforto
Climatérico (não quer dizer que todas as situações ocorram no nosso clima, apenas se pretende testar o
modelo teórico):
Situação A- Tempo frio, húmido, com vento e sem sol
TEMP
HUMID
VENTO
SOL
8
90
6
200
Icc
ºC
%
m/s
W/m2
6 %
Situação B- Tempo frio, seco, sem vento e com sol
TEMP
HUMID
VENTO
SOL
Icc
8
50
0
700
ºC
%
m/s
w/m2
59 %
Situação C- Tempo ameno, seco, sem vento e com sol
TEMP
HUMID
VENTO
SOL
Icc
18
50
0
700
ºC
%
m/s
w/m2
91 %
Situação D- Tempo quente, húmido, sem vento e com sol
TEMP
HUMID
VENTO
SOL
Icc
27
90
0
800
ºC
%
m/s
w/m2
47 %
15
Situação E- Tempo quente, seco, com vento e sem sol
TEMP
HUMID
VENTO
SOL
Icc
27
50
2
200
ºC
%
m/s
w/m2
54 %
Como já foi referido na introdução, tomámos conhecimento recentemente de vários índices
construídos com finalidades idênticas, e tomando em consideração ainda outros factores, como sendo,
por exemplo, a roupa vestida. Iremos portanto, prosseguir na investigação desta área para nós até aqui
desconhecida, no sentido de aperfeiçoar o Icc até porque contém várias imperfeições (em nossa opinião,
por exemplo, não pondera correctamente o factor vento a altas temperaturas). Assim que o índice
atingir um certo grau de “maturidade”, pensamos colocá-lo na página da estação meteorológica, pois
achamos interessante avaliar num único parâmetro todos os condicionantes climatéricos em simultâneo.
Conclusão
A Humanidade sempre teve o desejo de prever o estado atmosférico. Actualmente, os serviços
de meteorologia fazem previsões com rigor até cerca de 10 dias, e essas previsões são feitas através
das medidas de pressão atmosférica, temperatura, precipitação, humidade e através da velocidade e a
direcção do vento.
Os centros de meteorologia fazem previsões que resultam da utilização de modelos
matemáticos e físicos, e do uso de computadores rápidos para a execução de cálculos Mas essas
previsões estão sujeitas a erros, porque a atmosfera é um sistema muito complexo, os dados não são
suficientes e são medidos com incertezas.
Tendo em conta que a estação meteorológica automática pode falhar, despertou-nos uma certa
curiosidade em construir os instrumentos que fazem parte de uma estação meteorológica (pluviómetro,
barómetro, higrómetro e anemómetro), até para perceber como essas parâmetros podiam ser obtidos.
No fim da construção, dos cálculos realizados e de todo o empenho obtivemos bons resultados, com o
bom funcionamento de todos os instrumentos e uma maior cultura geral acerca da meteorologia. Com o
Índice de Conforto Climatérico aprendemos a “brincar” um pouco com a matemática e impressionou-nos
a capacidade de cálculo dos computadores, aprendendo muitas funções do programa “Excel” que até
aqui desconhecíamos.
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BIBLIOGRAFIA
[1] Martins , Anabela Física em temas – 9º ano , Porto Editora, 1995
[2] Fiolhais,C. , Valadares,J. , Silva,L. e Teodoro.V. Física – 9º ano , Didáctica Editora, 1997
[3] Mendonça,L. e Ramalho,M. Física no mundo em transformação – 9º ano , Texto Editora, 1997
[4] Walker,H. Fundamento da Física (gravitação , ondas e termodinâmica), Livros técnicos e científicos
editora S.A, 1996
[5] Acton, J.R. & Squire, P.T. Solving equations with Physical Understanding, Adam Hilger Lta, 1985
[6] Bohr, M. Física Atómica, Fundação Calouste Gulbenkian
Consulta do site : www.viladoconde.cienciaviva .pt
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