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 de solidificación (o congelación)

Sin agitarla, el agua pura líquida puede ser enfriada a una temperatura in­ferior a su punto de congelación (0°c) y permanecer todavía en estado líquido. En este caso se dice que el agua está subfundida.

Un cristal de hielo u otro germen de cristalización cualquiera, introducido en el agua subfundida, provoca la congelación. También puede producir el mismo resul­tado un choque.

Experiencias efectuadas en el laboratorio muestran que las gotitas de agua subfundida pueden existir hasta temperaturas de -40°c, aproximadamente. Por debajo de esta temperatura, el agua se hielo incluso sin núcleos de congelación.

Proceso adiabático

El enfriamiento hasta la condensación es frecuentemente el resultado de una variación de presión del aire húmedo. En esta caso no se trata, pues, de un proceso isobárico.

Se había estudiado los procesos en los cuales la presión, la temperatura y el volumen del gas podían variar sin que hubiese intercambio de calor entre la masa de aire considerada y el medio que la rodea. Se trataba del proceso adiabático.

Tales procesos se producen algunas veces cuando una partícula de aire húmedo se desplaza verticalmente hacia niveles de presión más alta o más baja. En parti­cular, el enfriamiento adiabático puede suceder cuando el aire sube. En este caso, el aire puede alcanzar la saturación y todo enfriamiento suplementario supone la con­densación del vapor de agua y la formación de nubes.

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.

Proceso de condensación

Si se introduce una cantidad suplementaria de vapor de agua de un volumen ya saturado a una temperatura determinado, el vapor de agua se condensa.

En la atmósfera hay otros factores que intervienen en los fenómenos de con­densación. Ya se indicaba en anteriores posts que la condensación en la atmósfera se efectuaba sobre pequeñas partículas llamadas núcleos de condensación. Estos núcleos están constituidos por polvos, partículas de humo, sales marinas, iones, etc.

La condensación sobre alguno de estos núcleos se hacia con tensiones de vapor inferiores a la tensión saturante que corresponde a una superficie plano de agua pura a la misma temperatura. Ciertos núcleos de condensación, tales como los núcleos salinos, tienen una tendencia muy fuerte para absorber agua, de suerte que favorecen la condensación. A estos se les da el nombre de núcleos higroscópicos.

En la atmósfera, la condensación resulta normalmente del enfriamiento del aire húmedo, es decir: del aire que contiene vapor de agua. Cuanto más disminuya la temperatura, menor será la cantidad de agua necesaria para saturar el aire. Eventualmente, se puede alcanzar una temperatura para la cual la tensión real del vapor sea igual a la tensión de vapor saturante y, entonces, todo enfriamiento suplementario producirá la condensación.

Tensión de vapor saturante del aire húmedo

Considérese una superficie plana de agua líquida a una temperatura dada. Algunas de las moléculas de agua que están animadas de movimiento más rápido, se escapan de la superficie liquida y se evaporan en la capa de aire situada sobre ella. Una parte de éstas caen inmediatamente en el agua, pero otras siguen sus movimientos en forma de gas situado encima de la superficie de la misma.

Llega un momento en que el numero de moléculas que entran en el agua du­rante cada segundo es igual al número de las que salen. Entonces, se dice que el es­pacio situado inmediatamente sobre la superficie del agua está saturado paro la tem­peratura que reina en este espacio.

La tensión de vapor ejercida por el vapor de agua contenido en un volumen de aire saturado se llama tensión por vapor saturante a la temperatura del aire contenido en ese volumen.

La tensión de vapor saturante varía con la temperatura. Si el aire se ca­lienta, hará falta mayor número de moléculas de vapor de agua para saturar el espacio situado sobre el liquido y, por lo tanto, la presión parcial ejercida por el vapor de agua es mayor. La tensión de vapor saturante aumento, pues, con la temperatura.

El aire tropical cálido puede contener una cantidad mayor de vapor de agua que el aire frío polar. Esta es la razón por la que se observan elevadas tensiones de vapor saturante en las proximidades de los océanos, de los lagos y de los ríos si­tuados en las regiones tropicales.