Humedad relativa



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Humedad e higrometría
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Conceptos específicos
Conceptos generales
Medidas e instrumentos

La humedad relativa ( RH ) es la relación entre la presión parcial de vapor de agua y la presión de vapor de equilibrio del agua a una temperatura dada. La humedad relativa depende de la temperatura y la presión del sistema de interés. La misma cantidad de vapor de agua da como resultado una mayor humedad relativa en aire frío que en aire caliente. Un parámetro relacionado es el punto de rocío .

Definición

La humedad relativa o de una mezcla de aire y agua se define como la relación entre la presión parcial del vapor de agua en la mezcla y la presión de vapor de equilibrio del agua sobre una superficie plana de agua pura a una temperatura determinada:

La humedad relativa se expresa normalmente como porcentaje ; un porcentaje más alto significa que la mezcla de aire y agua es más húmeda. Al 100% de humedad relativa, el aire está saturado y está en su punto de rocío .

Significado

Control climatico

El control climático se refiere al control de la temperatura y la humedad relativa en edificios, vehículos y otros espacios cerrados con el fin de brindar comodidad, salud y seguridad a las personas y cumplir con los requisitos ambientales de las máquinas, materiales sensibles (por ejemplo, históricos) y Procesos.

Humedad relativa y confort térmico

Junto con la temperatura del aire , la temperatura radiante media, la velocidad del aire , la tasa metabólica y el nivel de la ropa, la humedad relativa juega un papel en el confort térmico humano . De acuerdo con la Norma ASHRAE 55-2017: Condiciones ambientales térmicas para la ocupación humana , el confort térmico interior se puede lograr mediante el método PMV con humedades relativas que oscilan entre 0 y 100%, según los niveles de los otros factores que contribuyen al confort térmico. Sin embargo, el rango recomendado de humedad relativa interior en edificios con aire acondicionado es generalmente de 30 a 60%.

En general, las temperaturas más altas requerirán humedades relativas más bajas para lograr el confort térmico en comparación con las temperaturas más bajas, con todos los demás factores mantenidos constantes. Por ejemplo, con el nivel de la ropa = 1, la tasa metabólica = 1,1 y la velocidad del aire 0,1 m / s, un cambio en la temperatura del aire y la temperatura media radiante de 20 ° C a 24 ° C reduciría la humedad relativa máxima aceptable de 100% a 65% para mantener las condiciones de confort térmico. La herramienta de confort térmico CBE se puede utilizar para demostrar el efecto de la humedad relativa en condiciones específicas de confort térmico y se puede utilizar para demostrar el cumplimiento de la norma ASHRAE 55-2017.

Cuando se utiliza el modelo adaptativo para predecir el confort térmico en interiores, no se tiene en cuenta la humedad relativa.

Aunque la humedad relativa es un factor importante para el confort térmico, los seres humanos son más sensibles a las variaciones de temperatura que a los cambios de humedad relativa. La humedad relativa tiene un pequeño efecto en el confort térmico en exteriores cuando las temperaturas del aire son bajas, un efecto ligeramente más pronunciado a temperaturas del aire moderadas y una influencia mucho más fuerte en temperaturas del aire más altas.

Malestar humano causado por la baja humedad relativa

En climas fríos, la temperatura exterior provoca una menor capacidad de circulación del vapor de agua. Aunque puede estar nevando y la humedad relativa en el exterior es alta, una vez que el aire entra en un edificio y se calienta, su nueva humedad relativa es muy baja (lo que significa que el aire está muy seco), lo que puede causar molestias. La piel seca y agrietada puede resultar del aire seco.

La baja humedad hace que el tejido que recubre los conductos nasales se seque, se agriete y se vuelva más susceptible a la penetración de los virus del resfriado por rinovirus . La baja humedad es una causa común de hemorragias nasales . El uso de un humidificador en los hogares, especialmente en los dormitorios, puede ayudar con estos síntomas.

Las humedades relativas interiores deben mantenerse por encima del 30% para reducir la probabilidad de que las fosas nasales de los ocupantes se sequen.

Los seres humanos pueden sentirse cómodos dentro de una amplia gama de humedades dependiendo de la temperatura, de 30 a 70%, pero idealmente entre 50 % y 60 %. La humedad muy baja puede generar malestar, problemas respiratorios y agravar las alergias en algunas personas. En invierno, es recomendable mantener la humedad relativa al 30% o más. Las humedades relativas extremadamente bajas (por debajo del 20 %) también pueden causar irritación ocular.

Edificios

Para el control del clima en edificios que utilizan sistemas HVAC , la clave es mantener la humedad relativa en un rango cómodo, lo suficientemente bajo para ser cómodo pero lo suficientemente alto para evitar problemas asociados con el aire muy seco.

Cuando la temperatura es alta y la humedad relativa es baja, la evaporación del agua es rápida; la tierra se seca, la ropa mojada colgada de una cuerda o una rejilla se seca rápidamente y la transpiración se evapora fácilmente de la piel. Los muebles de madera pueden encogerse, haciendo que la pintura que cubre estas superficies se fracture.

Cuando la temperatura es baja y la humedad relativa alta, la evaporación del agua es lenta. Cuando la humedad relativa se acerca al 100 %, puede ocurrir condensación en las superficies, lo que genera problemas de moho , corrosión, descomposición y otros deterioros relacionados con la humedad. La condensación puede representar un riesgo para la seguridad, ya que puede promover el crecimiento de moho y la podredumbre de la madera, así como el posible cierre de las salidas de emergencia por congelación.

Ciertos procesos y tratamientos de producción y técnicos en fábricas, laboratorios, hospitales y otras instalaciones requieren que se mantengan niveles específicos de humedad relativa mediante humidificadores, deshumidificadores y sistemas de control asociados.

Vehículos

Los principios básicos para edificios mencionados anteriormente también se aplican a los vehículos. Además, puede haber consideraciones de seguridad. Por ejemplo, la alta humedad dentro de un vehículo puede provocar problemas de condensación, como empañamiento de los parabrisas y cortocircuito de los componentes eléctricos. En vehículos y recipientes a presión , como aviones presurizados , sumergibles y naves espaciales , estas consideraciones pueden ser críticas para la seguridad y se necesitan sistemas de control ambiental complejos que incluyan equipos para mantener la presión .

Aviación

Los aviones de pasajeros operan con una humedad relativa interna baja, a menudo por debajo del 20 %, especialmente en vuelos largos. La baja humedad es una consecuencia de la aspiración del aire muy frío con una humedad absoluta baja, que se encuentra en altitudes de crucero de aviones. El calentamiento posterior de este aire reduce su humedad relativa. Esto causa molestias como dolor en los ojos, piel seca y sequedad de la mucosa, pero no se emplean humidificadores para elevarla a niveles cómodos de rango medio porque el volumen de agua necesario para llevar a bordo puede ser una penalización de peso significativa. A medida que los aviones de pasajeros descienden de altitudes más frías hacia un aire más cálido (quizás incluso volando a través de nubes a unos pocos miles de pies sobre el suelo), la humedad relativa ambiental puede aumentar drásticamente. Una parte de este aire húmedo suele introducirse en la cabina de la aeronave presurizada y en otras áreas no presurizadas de la aeronave y se condensa en el revestimiento frío de la aeronave. Por lo general, se puede ver agua líquida corriendo a lo largo del revestimiento de la aeronave, tanto en el interior como en el exterior de la cabina. Debido a los cambios drásticos en la humedad relativa dentro del vehículo, los componentes deben estar calificados para operar en esos entornos. Las calificaciones ambientales recomendadas para la mayoría de los componentes de aviones comerciales se enumeran en RTCA DO-160.

El aire frío y húmedo puede promover la formación de hielo, que es un peligro para la aeronave ya que afecta el perfil del ala y aumenta el peso. Los motores de carburador tienen un peligro adicional de formación de hielo dentro del carburador . Por lo tanto, los informes meteorológicos de aviación ( METAR ) incluyen una indicación de la humedad relativa, generalmente en forma de punto de rocío .

Los pilotos deben tener en cuenta la humedad al calcular las distancias de despegue, porque la alta humedad requiere pistas más largas y reducirá el rendimiento de ascenso.

La altitud de densidad es la altitud relativa a las condiciones atmosféricas estándar (atmósfera estándar internacional) a la que la densidad del aire sería igual a la densidad del aire indicada en el lugar de observación, o, en otras palabras, la altura cuando se mide en términos de densidad. del aire en lugar de la distancia del suelo. "Altitud de densidad" es la altitud de presión ajustada para una temperatura no estándar.

Un aumento de la temperatura y, en mucho menor grado, la humedad, provocará un aumento de la densidad de altitud. Por lo tanto, en condiciones cálidas y húmedas, la altitud de densidad en un lugar particular puede ser significativamente mayor que la altitud real.

Medición

Un higrómetro es un dispositivo que se utiliza para medir la humedad del aire.

La humedad de una mezcla de aire y vapor de agua se determina mediante el uso de gráficos psicrométricos si se conocen tanto la temperatura de bulbo seco ( T ) como la temperatura de bulbo húmedo ( T w ) de la mezcla. Estas cantidades se estiman fácilmente utilizando un psicrómetro de honda .

Hay varias fórmulas empíricas que se pueden usar para estimar la presión de vapor de equilibrio del vapor de agua en función de la temperatura. La ecuación de Antoine se encuentra entre las menos complejas de estas, con solo tres parámetros ( A , B y C ). Otras fórmulas, como la ecuación de Goff-Gratch y la aproximación de Magnus-Tetens , son más complicadas pero ofrecen una mayor precisión.

La ecuación de Arden Buck se encuentra comúnmente en la literatura sobre este tema:

donde es la temperatura de bulbo seco expresada en grados Celsius (° C), es la presión absoluta expresada en milibares y es la presión de vapor de equilibrio expresada en milibares. Buck ha informado que el error relativo máximo es inferior al 0,20% entre -20 y +50 ° C (-4 y 122 ° F) cuando se usa esta forma particular de la fórmula generalizada para estimar la presión de vapor de equilibrio del agua.

El vapor de agua es independiente del aire

La noción de aire "reteniendo" vapor de agua o "saturado" por él se menciona a menudo en relación con el concepto de humedad relativa. Sin embargo, esto es engañoso: la cantidad de vapor de agua que entra (o puede entrar) en un espacio dado a una temperatura determinada es casi independiente de la cantidad de aire (nitrógeno, oxígeno, etc.) presente. De hecho, un vacío tiene aproximadamente la misma capacidad de equilibrio para contener vapor de agua que el mismo volumen lleno de aire; ambos están dados por la presión de vapor de equilibrio del agua a la temperatura dada. Hay una diferencia muy pequeña descrita en "Factor de mejora" a continuación, que se puede ignorar en muchos cálculos a menos que se requiera una alta precisión.

Dependencia de la presión

La humedad relativa de un sistema aire-agua depende no solo de la temperatura sino también de la presión absoluta del sistema de interés. Esta dependencia se demuestra al considerar el sistema aire-agua que se muestra a continuación. El sistema está cerrado (es decir, no entra ni sale nada del sistema).

Si el sistema en el estado A se calienta isobáricamente (calentamiento sin cambios en la presión del sistema), entonces la humedad relativa del sistema disminuye porque la presión de vapor de equilibrio del agua aumenta al aumentar la temperatura. Esto se muestra en el estado B.

Si el sistema en el estado A se comprime isotérmicamente (se comprime sin cambios en la temperatura del sistema), entonces la humedad relativa del sistema aumenta porque la presión parcial del agua en el sistema aumenta con la reducción de volumen. Esto se muestra en el estado C. Por encima de 202,64 kPa, la HR excedería el 100% y el agua podría comenzar a condensarse.

Si la presión del estado A se cambiara simplemente agregando más aire seco, sin cambiar el volumen, la humedad relativa no cambiaría.

Por lo tanto, un cambio en la humedad relativa puede explicarse por un cambio en la temperatura del sistema, un cambio en el volumen del sistema o un cambio en ambas propiedades del sistema.

Factor de mejora

El factor de mejora se define como la relación entre la presión de vapor saturada del agua en el aire húmedo y la presión de vapor saturada del agua pura:

El factor de mejora es igual a la unidad para los sistemas de gas ideal. Sin embargo, en sistemas reales, los efectos de interacción entre moléculas de gas dan como resultado un pequeño aumento de la presión de vapor de equilibrio del agua en el aire en relación con la presión de vapor de equilibrio del vapor de agua pura. Por lo tanto, el factor de mejora es normalmente ligeramente mayor que la unidad para sistemas reales.

El factor de mejora se usa comúnmente para corregir la presión de vapor de equilibrio del vapor de agua cuando se usan relaciones empíricas, como las desarrolladas por Wexler, Goff y Gratch, para estimar las propiedades de los sistemas psicrométricos.

Buck ha informado que, al nivel del mar, la presión de vapor del agua en aire húmedo saturado equivale a un aumento de aproximadamente 0,5% sobre la presión de vapor de equilibrio del agua pura.

Conceptos relacionados

El término humedad relativa se reserva para sistemas de vapor de agua en el aire. El término saturación relativa se utiliza para describir la propiedad análoga de los sistemas que constan de una fase condensable distinta del agua en una fase no condensable distinta del aire.

Otros hechos importantes

En este contexto, un gas se denomina saturado cuando la presión de vapor de agua en el aire está en la presión de vapor de equilibrio para el vapor de agua a la temperatura de la mezcla de gas y vapor de agua; el agua líquida (y el hielo, a la temperatura adecuada) no perderá masa por evaporación cuando se exponga al aire saturado. También puede corresponder a la posibilidad de formación de rocío o niebla , dentro de un espacio que carece de diferencias de temperatura entre sus porciones, por ejemplo, en respuesta a una temperatura decreciente. La niebla consiste en gotitas muy diminutas de líquido, sostenidas principalmente en el aire por movimiento isostático (en otras palabras, las gotitas caen a través del aire a una velocidad terminal, pero como son muy pequeñas, esta velocidad terminal también es muy pequeña, por lo que no nos mira como si estuvieran cayendo, y parecen estar sostenidos en alto).

La afirmación de que la humedad relativa ( % HR ) nunca puede estar por encima del 100 %, aunque es una guía bastante buena, no es absolutamente precisa, sin una definición de humedad más sofisticada que la que se da aquí. La formación de nubes, en las que las partículas de aerosol se activan para formar núcleos de condensación de nubes , requiere la sobresaturación de una parcela de aire a una humedad relativa ligeramente superior al 100 %. Un ejemplo a menor escala se encuentra en la cámara de niebla de Wilson en experimentos de física nuclear, en los que se induce un estado de sobresaturación para cumplir su función.

Para un punto de rocío dado y su correspondiente humedad absoluta , la humedad relativa cambiará inversamente, aunque de manera no lineal, con la temperatura . Esto se debe a que la presión parcial del agua aumenta con la temperatura, el principio operativo detrás de todo, desde secadores de cabello hasta deshumidificadores .

Debido al potencial creciente de una presión parcial de vapor de agua más alta a temperaturas del aire más altas, el contenido de agua del aire al nivel del mar puede llegar hasta el 3% en masa a 30 ° C (86 ° F) en comparación con no más de aproximadamente 0,5 % en masa a 0 ° C (32 ° F). Esto explica los bajos niveles (en ausencia de medidas para agregar humedad) de humedad en las estructuras calentadas durante el invierno, lo que resulta en piel seca , picazón en los ojos y persistencia de cargas eléctricas estáticas . Incluso con saturación (100% de humedad relativa) en el exterior, el calentamiento del aire exterior infiltrado que entra en el interior aumenta su capacidad de humedad, lo que reduce la humedad relativa y aumenta las tasas de evaporación de las superficies húmedas en el interior (incluidos los cuerpos humanos y las plantas domésticas).

De manera similar, durante el verano en climas húmedos se condensa una gran cantidad de agua líquida del aire enfriado en los acondicionadores de aire. El aire más cálido se enfría por debajo de su punto de rocío y el exceso de vapor de agua se condensa. Este fenómeno es el mismo que hace que se formen gotas de agua en el exterior de una taza que contiene una bebida helada.

Una regla práctica útil es que la humedad absoluta máxima se duplica por cada 20 ° F (11 ° C) de aumento de temperatura. Por lo tanto, la humedad relativa se reducirá en un factor de 2 por cada aumento de temperatura de 20 ° F (11 ° C), asumiendo la conservación de la humedad absoluta. Por ejemplo, en el rango de temperaturas normales, el aire a 68 ° F (20 ° C) y 50% de humedad relativa se saturará si se enfría a 50 ° F (10 ° C), su punto de rocío y 41 ° F (5 ° C) el aire al 80% de humedad relativa calentado a 68 ° F (20 ° C) tendrá una humedad relativa de solo 29% y se sentirá seco. En comparación, la norma ASHRAE 55 de confort térmico requiere que los sistemas diseñados para controlar la humedad mantengan un punto de rocío de 16,8 ° C (62,2 ° F) aunque no se establece un límite de humedad inferior.

El vapor de agua es un gas más ligero que otros componentes gaseosos del aire a la misma temperatura, por lo que el aire húmedo tenderá a subir por convección natural . Este es un mecanismo detrás de las tormentas eléctricas y otros fenómenos meteorológicos . La humedad relativa se menciona a menudo en los pronósticos e informes meteorológicos , ya que es un indicador de la probabilidad de rocío o niebla. En un clima caluroso de verano , también aumenta la temperatura aparente para los humanos (y otros animales ) al impedir la evaporación del sudor de la piel a medida que aumenta la humedad relativa. Este efecto se calcula como índice de calor o humidex .

Un dispositivo que se usa para medir la humedad se llama higrómetro ; uno que se usa para regularlo se llama humidistato o, a veces, higrostato . (Son análogos a un termómetro y un termostato para la temperatura, respectivamente).

Ver también

Referencias

Citas

Fuentes

enlaces externos

Opiniones de nuestros usuarios

Rodrigo Blasco Rico

El lenguaje se ve como antiguo, pero la información es fiable y en general da mucha confianza todo lo que hay escrito sobre Humedad relativa.

Antonio Ortiz Fuentes

Muy interesante esta entrada sobre Humedad relativa.

Guillermo Serra Castillo

Por fin un artículo sobre Humedad relativa que se hace fácil de leer.