Princípios de calor e umidade nas vias aéreas

Ver: Umidade definida, Entendendo a energia, Calor e umidade em nossas vias aéreas
Umidade definida

Umidade se refere ao vapor de água (água em sua forma gasosa) suspenso dentro de um gás. Uma molécula de vapor de água é muito menor do que as bactérias e os vírus comuns, portanto, ela não pode transportar esses patógenos.
 

Figura 1. Dimensionamento de patógenos comuns em relação à água nos estados líquido e gasoso. μm, micrômetros (mícrons); 1 mm = 1000μm
Figura 1. Dimensionamento de patógenos comuns em relação à água nos estados líquido e gasoso. μm, micrômetros (mícrons); 1 mm = 1000μm
Umidade absoluta
Existem três conceitos-chave comumente usados quando se discute a umidade:

Umidade absoluta

Umidade absoluta (UA) é a quantidade física de vapor de água presente por litro de gás, medida como mg/L H2O. Ela se refere apenas ao teor de água – e não tem relação com a temperatura do gás.
Umidade relativa
Umidade relativa

A umidade relativa (UR) se refere à quantidade de vapor de água por litro de gás, em comparação com a quantidade máxima possível que o gás pode conter. Isso significa que ela é sempre expressa como um valor percentual.

A capacidade de um gás e, portanto, a UR, depende da temperatura. Gases mais quentes podem conter mais vapor de água.

Nessa animação, o círculo cinza representa a capacidade do gás, enquanto o círculo azul escuro representa quanto vapor de água há no gás.

Quando a 100% de UR, mantendo 44 mg/L H2O de umidade absoluta – o gás está saturado e não pode reter vapor de água adicional.

Na segunda imagem, o gás está na mesma temperatura, portanto o círculo cinza tem o mesmo tamanho (ainda poderia conter 44 mg/L H2O de vapor de água). No entanto, o gás contém apenas 11 mg/L H2O 11 mg/LH2O (o círculo azul), se correlacionando a uma UR de 25%.
Figuras 2-4. Termos comumente usados para descrever o teor de água de um gás. UA, umidade absoluta; UR, umidade relativa.

Figuras 2-4. Termos comumente usados para descrever o teor de água de um gás. UA, umidade absoluta; UR, umidade relativa.
Ponto de condensação

O ponto de condensação é a temperatura na qual o gás está saturado pelo seu conteúdo atual de água – ou seja, quando ele está retendo a quantidade máxima de vapor possível.

Se a temperatura cair abaixo desse ponto, a capacidade do ar é reduzida e o excesso de vapor de água deve ser perdido como condensação .

Na animação do ponto de condensação, o gás está inicialmente a 37 °C, mantendo 44 mg/L H2O. No entanto, o gás esfria para 23 °C. Isso reduz sua capacidade máxima de 44 para 21 mg/L H2O. O vapor de água extra que ele não consegue mais reter é perdido como água líquida, por meio do processo de condensação.
Entendendo a energia

O aquecimento e a umidificação do gás consomem energia.
 
É importante saber que a umidificação do gás consome muito mais energia do que o aquecimento. Oitenta e cinco por cento da energia que nossos corpos usam condicionando o ar inspirado é usada para aumentar o teor de vapor de água.
 

Figura 5. Gasto energético necessário para condicionar os gases em relação às condições do ar inspirado. Os valores calculados representam um adulto com volume corrente de 500 mL e frequência respiratória de 12 respirações por minuto.
Figura 5. Gasto energético necessário para condicionar os gases em relação às condições do ar inspirado. Os valores calculados representam um adulto com volume corrente de 500 mL e frequência respiratória de 12 respirações por minuto.
 



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