Punto de rocío
El punto de rocío es la temperatura a la que se debe enfriar el aire para que se sature con vapor de agua, suponiendo que la presión del aire y el contenido de agua sean constantes. Cuando se enfría por debajo del punto de rocío, la capacidad de humedad se reduce y el vapor de agua en el aire se condensará para formar agua líquida conocida como rocío. Cuando esto ocurre por contacto con una superficie más fría, se formará rocío en esa superficie.
El punto de rocío se ve afectado por la humedad. Cuando hay más humedad en el aire, el punto de rocío es más alto.
Cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación del agua, el punto de rocío se denomina punto de congelación, ya que la escarcha se forma por deposición en lugar de condensación. En líquidos, el análogo al punto de rocío es el punto de nube.
Humedad
Si todos los demás factores que influyen en la humedad permanecen constantes, a nivel del suelo la humedad relativa aumenta a medida que desciende la temperatura; esto se debe a que se necesita menos vapor para saturar el aire. En condiciones normales, la temperatura del punto de rocío no será mayor que la temperatura del aire, ya que la humedad relativa normalmente no supera el 100 %.
En términos técnicos, el punto de rocío es la temperatura a la que el vapor de agua en una muestra de aire a presión barométrica constante se condensa en agua líquida al mismo ritmo al que se evapora. A temperaturas por debajo del punto de rocío, la tasa de condensación será mayor que la de evaporación, formando más agua líquida. El agua condensada se llama rocío cuando se forma sobre una superficie sólida, o escarcha si se congela. En el aire, el agua condensada se llama niebla o nube, dependiendo de su altitud cuando se forma. Si la temperatura está por debajo del punto de rocío y no se forma rocío ni niebla, el vapor se denomina sobresaturado. Esto puede suceder si no hay suficientes partículas en el aire para actuar como núcleos de condensación.
El punto de rocío depende de la cantidad de vapor de agua que contenga el aire. Si el aire es muy seco y tiene pocas moléculas de agua, el punto de rocío es bajo y las superficies deben estar mucho más frías que el aire para que se produzca la condensación. Si el aire es muy húmedo y contiene muchas moléculas de agua, el punto de rocío es alto y puede producirse condensación en superficies que están solo unos pocos grados más frías que el aire.
Una humedad relativa alta implica que el punto de rocío está cerca de la temperatura actual del aire. Una humedad relativa del 100 % indica que el punto de rocío es igual a la temperatura actual y que el aire está saturado al máximo con agua. Cuando el contenido de humedad permanece constante y la temperatura aumenta, la humedad relativa disminuye, pero el punto de rocío permanece constante.
Los pilotos de aviación general utilizan los datos del punto de rocío para calcular la probabilidad de formación de hielo y niebla en el carburador, y para estimar la altura de una base de nubes cumuliformes.
Al aumentar la presión barométrica aumenta el punto de rocío. Esto significa que, si la presión aumenta, la masa de vapor de agua por unidad de volumen de aire debe reducirse para mantener el mismo punto de rocío. Por ejemplo, considere la ciudad de Nueva York (33 pies o 10 m de altura) y Denver (5280 pies o 1610 m de altura). Debido a que Denver se encuentra a una altura mayor que Nueva York, tenderá a tener una presión barométrica más baja. Esto significa que si el punto de rocío y la temperatura en ambas ciudades son iguales, la cantidad de vapor de agua en el aire será mayor en Denver.
Relación con el confort humano
Cuando la temperatura del aire es alta, el cuerpo humano usa la evaporación de la transpiración para enfriarse, y el efecto de enfriamiento está directamente relacionado con la rapidez con la que se evapora la transpiración. La velocidad a la que se puede evaporar la transpiración depende de cuánta humedad hay en el aire y cuánta humedad puede contener el aire. Si el aire ya está saturado de humedad (húmedo), la transpiración no se evaporará. La termorregulación del cuerpo producirá transpiración en un esfuerzo por mantener el cuerpo a su temperatura normal incluso cuando la velocidad a la que se produce sudor exceda la velocidad de evaporación, por lo que uno puede cubrirse de sudor en los días húmedos incluso sin generar más calor corporal (como al hacer ejercicio).
A medida que el aire que rodea el cuerpo se calienta con el calor del cuerpo, se elevará y será reemplazado por otro aire. Si el aire se aleja del cuerpo con una brisa natural o un ventilador, el sudor se evaporará más rápido, lo que hará que la transpiración sea más eficaz para refrescar el cuerpo. Cuanto más transpiración no evaporada, mayor es la incomodidad.
Un termómetro de bulbo húmedo también utiliza enfriamiento por evaporación, por lo que proporciona una buena medida para evaluar el nivel de comodidad.
También existe incomodidad cuando el punto de rocío es muy bajo (por debajo de -5 °C o 23 °F). El aire más seco puede hacer que la piel se agriete y se irrite más fácilmente. También secará las vías respiratorias. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de EE. UU. recomienda que el aire interior se mantenga a una temperatura de 20 a 24,5 °C (68 a 76 °F) con una humedad relativa del 20 al 60 %, equivalente a un punto de rocío de aproximadamente 4,0 a 16,5 °C (39 a 62 °C). °F) (según el cálculo de la regla simple a continuación).
Los puntos de rocío más bajos, menos de 10 °C (50 °F), se correlacionan con temperaturas ambiente más bajas y hacen que el cuerpo requiera menos refrigeración. Un punto de rocío más bajo puede ir acompañado de una temperatura alta solo con una humedad relativa extremadamente baja, lo que permite un enfriamiento relativamente efectivo.
Las personas que habitan en climas tropicales y subtropicales se aclimatan un poco a puntos de rocío más altos. Así, un residente de Singapur o Miami, por ejemplo, podría tener un umbral de incomodidad más alto que un residente de un clima templado como Londres o Chicago. Las personas acostumbradas a climas templados a menudo comienzan a sentirse incómodas cuando el punto de rocío supera los 15 °C (59 °F), mientras que otros pueden encontrar cómodos los puntos de rocío de hasta 18 °C (64 °F). La mayoría de los habitantes de las zonas templadas considerarán que los puntos de rocío superiores a 21 °C (70 °F) son opresivos y tropicales, mientras que los habitantes de las zonas cálidas y húmedas pueden no encontrar esto incómodo. El confort térmico depende no solo de factores ambientales físicos, sino también de factores psicológicos.
Registros meteorológicos de punto de rocío
- Temperatura de punto de rocío más alta: A dew point of 35 °C (95 °F) — while the temperature was 42 °C (108 °F) — was observed at Dhahran, Saudi Arabia, at 3:00 p.m. on 8 July 2003.
- Temperatura más alta con 100% de humedad relativa: Una temperatura de 34 °C (93 °F) con 100% de humedad relativa en Jask, Irán, el 21 de julio de 2012.
Medición
Los dispositivos llamados higrómetros se utilizan para medir el punto de rocío en una amplia gama de temperaturas. Estos dispositivos consisten en un espejo de metal pulido que se enfría al pasar aire sobre él. La temperatura a la que se forma el rocío es, por definición, el punto de rocío. Los dispositivos manuales de este tipo se pueden usar para calibrar otros tipos de sensores de humedad, y los sensores automáticos se pueden usar en un circuito de control con un humidificador o deshumidificador para controlar el punto de rocío del aire en un edificio o en un espacio más pequeño para una fábrica. proceso.
| Punto de rocío | Humedad relativa a 32 °C (90 °F) | |
|---|---|---|
| Más de 27 °C | Más de 80 °F | 73% y superior |
| 24–26 °C | 75–79 °F | 62 a 72% |
| 21–24 °C | 70–74 °F | 52–61% |
| 18–21 °C | 65–69 °F | 44-51% |
| 16–18 °C | 60–64 °F | 37-43% |
| 13–16 °C | 55–59 °F | 31-36% |
| 10–12 °C | 50–54 °F | 26-30% |
| Bajo 10 °C | Bajo 50 °F | 25% y menor |
Cálculo del punto de rocío
Una aproximación muy conocida que se utiliza para calcular el punto de rocío, Tdp, dada solo la temperatura del aire real ("bulbo seco"), T (en grados Celsius) y humedad relativa (en porcentaje), HR, es la fórmula de Magnus:
![{displaystyle {begin{aligned}gamma (T,mathrm {RH})&=ln left({frac {mathrm {RH} }{100}}right)+{frac {bT}{c+T}};\[8pt]T_{mathrm {dp} }&={frac {cgamma (T,mathrm {RH})}{b-gamma (T,mathrm {RH})}};end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e172e1a233ea113da9f7a276cdbc1df2a8b5a1f8)
![{displaystyle {begin{aligned}P_{mathrm {s} }(T)&={frac {100}{mathrm {RH} }}P_{mathrm {a} }(T)=ae^{frac {bT}{c+T}};\[8pt]P_{mathrm {a} }(T)&={frac {mathrm {RH} }{100}}P_{mathrm {s} }(T)=ae^{gamma (T,mathrm {RH})}\&approx P_{mathrm {s} }(T_{mathrm {w} })-BP_{mathrm {mbar} }0.00066left(1+0.00115T_{mathrm {w} }right)left(T-T_{mathrm {w} }right);\[8pt]T_{mathrm {dp} }&={frac {cln {frac {P_{mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-ln {frac {P_{mathrm {a} }(T)}{a}}}};end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bd71c575f79892b285e213164feba70c8815aa08)
Para mayor precisión, Ps(T) (y por lo tanto γ(T, RH)) puede mejorarse usando parte de la modificación de Bögel, también conocida como la ecuación de Arden Buck, que agrega una cuarta constante d:
![{displaystyle {begin{aligned}P_{mathrm {s,m} }(T)&=ae^{left(b-{frac {T}{d}}right)left({frac {T}{c+T}}right)};\[8pt]gamma _{mathrm {m} }(T,mathrm {RH})&=ln left({frac {mathrm {RH} }{100}}e^{left(b-{frac {T}{d}}right)left({frac {T}{c+T}}right)}right);\[8pt]T_{dp}&={frac {cln {frac {P_{mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-ln {frac {P_{mathrm {a} }(T)}{a}}}}={frac {cln left({frac {mathrm {RH} }{100}}{frac {P_{mathrm {s,m} }(T)}{a}}right)}{b-ln left({frac {mathrm {RH} }{100}}{frac {P_{mathrm {s,m} }(T)}{a}}right)}}={frac {cgamma _{m}(T,mathrm {RH})}{b-gamma _{m}(T,mathrm {RH})}};end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5fb24ff15b649d4d29abf5f724e8e66ad7cd7b66)
- a = 6.1121 mbar, b = 18.678, c = 257.14 °C, d = 234.5 °C.
Hay varios conjuntos de constantes diferentes en uso. Los utilizados en la presentación de la NOAA se tomaron de un artículo de 1980 de David Bolton en la Monthly Weather Review:
- a = 6.112 mbar, b = 17.67, c = 243.5 °C.
Estas valoraciones proporcionan un error máximo del 0,1 %, para −30 °C ≤ T ≤ 35 °C y 1% < HR < 100 %. También cabe destacar el Sonntag1990,
- a = 6.112 mbar, b = 17.62, c = 243.12 °C; para −45 °C ≤ T ≤ 60 °C (error ±0.35 °C).
Otro conjunto común de valores se origina en las Gráficas psicrométricas y psicrométricas de 1974, presentadas por Paroscientific,
- a = 6.105 mbar, b = 17.27, c = 237.7 °C; para 0 °C ≤ T ≤ 60 °C (error ±0.4 °C).
Además, en el Journal of Applied Meteorology and Climatology, Arden Buck presenta varios conjuntos de valoración diferentes, con diferentes errores máximos para diferentes rangos de temperatura. Dos conjuntos particulares proporcionan un rango de -40 °C a +50 °C entre los dos, con un error máximo aún más bajo dentro del rango indicado que todos los conjuntos anteriores:
- a = 6.1121 mbar, b = 17.368, c = 238.88 °C; para 0 °C ≤ T ≤ 50 °C (error ≤ 0,05%).
- a = 6.1121 mbar, b = 17.966, c = 247.15 °C; para −40 °C ≤ T ≤ 0 °C (error ≤ 0,06%).
Aproximación sencilla
También hay una aproximación muy simple que permite la conversión entre el punto de rocío, la temperatura y la humedad relativa. Este enfoque tiene una precisión de ±1 °C, siempre que la humedad relativa sea superior al 50 %:
![{displaystyle {begin{aligned}T_{mathrm {dp} }&approx T-{frac {100-mathrm {RH} }{5}};\[5pt]mathrm {RH} &approx 100-5(T-T_{mathrm {dp} });end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aad60925263f7cd19bed98cf8f153d1e1c67de95)
Esto se puede expresar como una simple regla general:
Para cada diferencia de 1 °C en el punto de rocío y las temperaturas de la bombilla seca, la humedad relativa disminuye en un 5%, comenzando con RH = 100% cuando el punto de rocío equivale a la temperatura de la bombilla seca.
La derivación de este enfoque, una discusión sobre su precisión, comparaciones con otras aproximaciones y más información sobre la historia y las aplicaciones del punto de rocío se pueden encontrar en un artículo publicado en el Boletín de la American Meteorological Sociedad.
Para temperaturas en grados Fahrenheit, estas aproximaciones resultan ser
![{displaystyle {begin{aligned}T_{mathrm {dp,^{circ }F} }&approx T_{mathrm {{}^{circ }F} }-{tfrac {9}{25}}left(100-mathrm {RH} right);\[5pt]mathrm {RH} &approx 100-{tfrac {25}{9}}left(T_{mathrm {{}^{circ }F} }-T_{mathrm {dp,^{circ }F} }right);end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/072569768b77b9ec273484aa636e058497ef552e)
Por ejemplo, una humedad relativa del 100 % significa que el punto de rocío es igual a la temperatura del aire. Para 90 % de HR, el punto de rocío es 3 °F más bajo que la temperatura del aire. Por cada 10 por ciento menos, el punto de rocío cae 3 °F.
Punto de escarcha
El punto de escarcha es similar al punto de rocío en que es la temperatura a la que se debe enfriar una porción determinada de aire húmedo, a presión atmosférica constante, para que el vapor de agua se deposite sobre una superficie en forma de cristales de hielo sin sufrir la fase líquida (compárese con la sublimación). El punto de escarcha para una determinada porción de aire siempre es más alto que el punto de rocío, ya que romper el vínculo más fuerte entre las moléculas de agua en la superficie del hielo en comparación con la superficie del agua líquida (sobreenfriada) requiere una temperatura más alta.