Densidad del aire húmedo

La densidad del aire seco varía con la presión de la temperatura. Cerca de la superficie de la tierra, o la presión de una atmósfera normal (p = 1013,25 mb) y a la temperatura de 15°C (t = 288,15°k), la densidad del aire seco es igual a 1,225 kg m-3.

El aire seco es una mezcla de varios gases. No existe, pues, la molécula de aire propiamente dicha. Sin embargo, es posible determinar el peso molecular medio del aire seco que algunas veces se le llama "peso molecular aparente del aire seco". En la atmósfera, donde la mezcla gaseosa es muy homogénea, el peso molecular medio del aire seco es, aproximadamente, 28,96,

Por otra parte, el peso molecular del vapor de agua es igual o 18, aproximadamente. Este valor no representa más que los 5/8, aproximadamente, del peso molecular del aire seco situado en la región de la atmósfera que se extiende hasta la mesopausa, región en la cual la mezcla gaseosa es muy homogénea y su composición es casi constante. Par lo tanto, la masa de una molécula de agua es inferior a la de una "molécula media" de aire seco.

Supongamos ahora que, en un volumen dado de aire seco, remplazamos cierto número de moléculas por el número equivalente de moléculas de vapor de agua. Lo masa del volumen de gas considerado disminuirá. Por lo tanto la densidad también disminuirá puesto que, según su definición, es la masa por unidad de volumen. De esto se deduce que la densidad del aire húmedo es inferior a la del aire seco, en las mismas condiciones de presión y temperatura.

Tipos de psicrómetros

Los dos termómetros, seco y húmedo, del psicrómetro simple sin ventilación artificial se colocan verticalmente en la garita meteorológico. Las tablas empleadas para determinar la humedad se calculan habitualmente suponiendo que la velocidad me­dia del aire a la altura de los depósitos de los termómetros es de 1 ms a 1,5 ms. En la práctica, la velocidad del aire a la altura de los depósitos, a menudo difiere sen­siblemente de la gama de valores adoptados. Los errores son probablemente mayores cuando el aire es seco y cálido o cuando el viento es muy débil.

Existen varios tipos de psicrómetros con ventilación artificial. El psicrómetro assman no necesito estar instalado en la garita, ya que sus termómetros están protegidos de los efectos de la radiación por pantallas de metal pulido. Una hé­lice dirige el aire hacia los depósitos de los termómetros.

La ventilación forzada de los psicrómetros de aspiración para garita puede también obtenerse por una hélice. La velocidad del aire aspirado, a lo altura de los depósitos, no deberá ser inferior a 2,5 ms, ni superior a 10 ms, en el coso de que los termómetros utilizados sean del modelo corrientemente empleado en las estaciones meteorológicas.

En el psicrómetro honda, los dos termómetros están colocados uno al lado del otro, sobre un mismo armazón metálico unido a un manga que permite hacer girar la mon­tura. Para obtener la ventilación necesaria, los depósitos de los termómetros están, generalmente, poco protegidos de la radiación. Este tipo de psicrómetro debe ser em­pleado preferentemente en lugares protegidos de la radiación solar directa.

Principio del termómetro húmedo

Si el aire que pasa sobre el depósito del termómetro mojado no está saturado, el agua que humedece la muselina se evapora. Las moléculas que se escapan de la muselina y se esparcen por la atmósfera llevan consigo una cierta energía calorífica.

Debido a esto, disminuye la temperatura del agua que queda en la muselina, ya que las moléculas de agua que se transformaron en vapor, llevan consigo su calor latente de vaporización. Por lo tanto, si se produce evaporación, la temperatura del termómetro húmedo será inferior a la del seco.

La diferencia entre las indicaciones de los termómetros es proporcional a la velocidad de evaporación. Esta diferencia se llama diferencia psicrométrica, y depende no sólo de la humedad relativa del aire que rodea el psicrómetro, sino también de la velocidad de ventilación de la muselina.

Se ha estudiado la influencia del movimiento del aire sobre lo evaporación. Por lo tanto, el método que se utilice para lo ventilación del psicrómetro es un elemento importante.

Métodos para medir la humedad del aire

Los instrumentos que se emplean para medir la humedad o el contenido de vapor de agua en el aire, se llaman higrómetros. A continuación se examinarán los diferentes métodos para determinar la humedad del aire en un lugar dado.

Los dimensiones de ciertos materias orgánicas varían según la humedad relativa del aire. Esta propiedad se utiliza en ciertos higrómetros. Por ejemplo: la longitud de los cabellos varía cuando lo humedad relativa cambia. Estas variaciones de longitud pueden ser amplificadas por un sistema de poleas y luego transmitidas a una aguja móvil indicadora. En este principio se basa el higrómetro de cabellos.

Se puede obtener un registro continuo de lo humedad relativo, remplazando lo aguja indicadora por un brazo provisto de una pluma con tinta que marca las va­riaciones de temperatura sobre un diagrama arrollado a un cilindro que se mueve con movimiento de rotación uniforme. Este instrumento se llama higrógrafo de cabellos.

Un método sencillo, pero preciso, para medir la humedad consiste en utilizar el psicrómetro. Este instrumento se compone esencialmente de dos termómetros, colocados uno al lado del otro; uno de ellos mide la temperatura del aire y el otro la temperatura del termómetro húmedo.

Algunas veces el psicrómetro se llama higrómetro de termómetro seco y de termómetro húmedo. El termómetro húmedo es idéntico al termómetro seco empleado paro medir la temperatura del aire, pero su depósito está rodeado de una fina muselina de algodón, que se mantiene húmeda con la ayuda de una mecho formada por algunos hilos del mismo material de bastante espesor, trenzados, cuya extremidad está introducida en un pequeño recipiente de agua destilada.

Los termómetros seco y húmedo deben estar ventilados y protegidos de los efectos de la radiación solar. Hay dos clases de psicrómetros: los psicrómetros para garita fija y los psicrómetros portátiles. Esto última categoría comprende prin­cipalmente los psicrómetros de assman y los psicrómetros hondo.

Para determinar la humedad relativo se leen primero los termómetros seco y húmedo y luego se utilizan unas tablas para determinar la humedad relativa o la tem­peratura del punto de rocío.

Procesos de condensación sólida (depósitos)

El proceso por el cual el vapor de agua se transforma directamente en hielo sin pasar por el estado intermedio líquido, se llama condensación sólida. Algunas veces también se le da el nombre de sublimación, pero este término está más bien reser­vado al cambio de estado inverso, es decir: al paso del estado sólido al gaseoso.

Este fenómeno no es tan corriente como la condensación. Los núcleos sobre los cuales se producen los depósitos son menos numerosos que los núcleos de condensa­ción. Se les llama núcleos de sublimación.

La tensión de vapor saturante sobre el hielo a la misma temperatura es li­geramente inferior a la tensión de vapor saturante sobre el agua subfundida.

La temperatura del punto de congelación es la temperatura a que debe llevarse una muestra de aire húmedo, por enfriamiento a presión constante, para que se satu­re con relación a una superficie plano de hiela. Si la temperatura desciende por debajo del punto de congelación, el vapor de agua puede depositarse en forma de hielo sobre ciertos cuerpos, incluso sobre otras superficies de hielo (es decir: sobre núcleos de sublimación).

La condensación sólida puede producirse incluso cuando el aire no está aún saturado con relación al agua a la misma temperatura. Sin embargo, en la atmósfera, las partículas nubosas heladas no se forman generalmente hasta que no se alcance la saturación con respecto al agua líquida. Se supone que el vapor de agua se condensa primeramente en estado líquido sobre un cierto tipo de núcleos de condensación. Si estos últimos son tales que puedan servir como núcleos de congelación, entonces el agua que se condensa sobre ellos puede helarse. Aún no se sabe muy bien cómo provocan la congelación estos núcleos, pero parece ser que la propiedad esencial reside en el hecho de que la estructura de la película de agua que resulta de la condensación es semejante a la de un cristal de hielo.

Por otra parte, algunas veces puede suceder que haya ya presentes cristales de hielo que caen de las nubes heladas situados en niveles superiores. Si la tensión de vapor saturante es superior a la tensión de vapor saturante con relación al hielo, entonces la condensación sólida se efectúa directamente sobre los cristales de hielo.

Se había explicada que para modificar el estado de un cuerpo era necesario suministrarle o retirarle calor. Mientras se efectúa el cambio de estado, la temperatura permanece constante, lo que prueba que el aporte de calor no la modifica.

Por ejemplo: el agua comienza a hervir a 100°c a la presión normal de una atmósfera. Cuando pasa del estado líquido al gaseoso, su temperatura no se eleva, incluso si continuamos proporcionándole calor. Esta cantidad de calor, necesaria para separar las moléculas, se llama calor latente de vaporización.

Este calor latente se libera más tarde cuando el vapor de agua se condensa volviendo al estado líquido. Del mismo modo, el hielo para fundirse necesita un aporte de calor, el cual se llama calor latente de fusión. Igualmente, este calor se libera después cuando el agua al congelarse vuelve al estado de hielo.

Se utiliza la palabra humedad para designar cualquier medida de la cantidad de vapor de agua contenido en un volumen dado de aire. Por ejemplo: algunas veces la humedad se expresa directamente por la meso de vapor de agua contenido en la unidad e volumen de aire. También puede ser definida indirectamente por la razón entre la tensión de vapor de agua y la presión total ejercida por el conjunto de gases atmosféricos.

Para expresar el contenido de vapor de agua en el aire se utiliza a menudo un parámetro muy cómodo que es la humedad relativa.

Es la relación entre la masa de vapor de agua contenida actualmente en un volumen dado de aire y la que podría contener el mismo volumen si estuviese saturado la misma temperatura. Generalmente se expresa en tanto por ciento.

Muchas sustancias orgánicas tienen la propiedad de reaccionar a las varia­ciones de la humedad relativa del aire: es el caso de los cabellos humanos, y aprovechando esta propiedad se han podido construir con ellos instrumentos paro medir la humedad relativa.

Hay que hacer notar que la humedad relativa puede variar, incluso si el contenido de vapor de agua permanece constante. Esto se produce cuando cambia la temperatura de la muestra de aire.

Por eso, la humedad relativo suele alcanzar sus valores máximos aproximada-mente cuando amanece, ya que es entonces cuando se produce la temperatura mínima del aire. En ciertos casos, el aire puede alcanzar su temperatura de saturación. Si se produce la condensación, se pueden formar neblinas o nieblas. Más tarde, durante el día, la temperatura se elevo y esto implica una disminución de lo humedad relativa, lo que supone la desaparición de la niebla o de la neblina.

Proceso isobárico

Ya las primeras experiencias físicas permitieron establecer las relaciones que existen entre la presión, la temperatura y el volumen de los gases. En algunas de estas experiencias, la presión del gas se mantenía constante.

El proceso físico en el curso del cual la presión de un gas permanece constante se llama proceso isobárico. (lo palabra "isobara" significa "de igual presión").

También es posible estudiar los procesos isobáricos que se producen en el seno del aire húmedo. En estos procesos, una muestra de aire húmedo se calienta o se enfría a presión constante, sin añadirle ni quitarle vapor de agua. Además, se supo­ne que el vapor de agua permanece en estado gaseoso.

Si el aire se enfría isobáricamente (a presión constante), alcanzará una temperatura para la cual estará saturado. Esta temperatura se llama temperatura del punto de rocío o simplemente: punto de rocío.

Por la tanto, se puede definir la temperatura del punto de rocío como la temperatura a la cual hay que llevar, por enfriamiento a presión constante, una mues­tra de aire húmedo hasta que se sature. Si la temperatura de enfriamiento es inferior al punto de rocío aparece el fenómeno de condensación.

Aire húmedo

Aunque el agua está presente en cantidades más o menos grandes en cualquier parte de la atmósfera, generalmente sucede que es invisible por encontrarse en estado de vapor. Sin embargo, de vez en cuando se condensa para formar nubes que proporcionan ciertas indicaciones sobre el tiempo futuro.

Esta agua entra en la atmósfera por los procesos de evaporación y de transpiración y luego cae sobre lo tierra en forma de precipitación, cerrando así el ciclo hidrológico.

Para conocer bien este proceso y poder predecir el futuro estado de la at­mósfera, es preciso estudiar las variaciones de humedad o de contenido de agua en la mismo. También es necesario conocer los métodos utilizados para medir la humedad del aire.