El factor de sensación térmica (conocido popularmente como factor de sensación térmica ) es la sensación de frío que produce el viento para una temperatura ambiente dada sobre la piel expuesta, ya que el movimiento del aire acelera la velocidad de transferencia de calor del cuerpo a la atmósfera circundante. Sus valores son siempre inferiores a la temperatura del aire en el rango en el que la fórmula es válida. Cuando la temperatura aparente es superior a la temperatura del aire, se utiliza en su lugar el índice de calor .
Una superficie pierde calor por conducción , evaporación , convección y radiación . [1] La tasa de convección depende tanto de la diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido que la rodea como de la velocidad de ese fluido con respecto a la superficie. A medida que la convección [ aclaración necesaria ] de una superficie cálida calienta el aire que la rodea, se forma una capa límite aislante de aire cálido contra la superficie. El aire en movimiento altera esta capa límite, o epiclima, alejando el aire cálido, lo que permite que el aire más frío reemplace al aire cálido contra la superficie y aumente la diferencia de temperatura en la capa límite. Cuanto más rápida sea la velocidad del viento, más fácilmente se enfría la superficie. [ cita requerida ] Contrariamente a la creencia popular , la sensación térmica no se refiere a qué tan frías se ponen las cosas, y solo se enfriarán tanto como la temperatura del aire. Esto significa que los radiadores y las tuberías no se pueden congelar cuando la sensación térmica está por debajo del punto de congelación y la temperatura del aire está por encima del punto de congelación. [2]
Existen muchas fórmulas para la sensación térmica porque, a diferencia de la temperatura, la sensación térmica no tiene una definición o medida estándar universalmente aceptada. Todas las fórmulas intentan predecir cualitativamente el efecto del viento en la temperatura que perciben los seres humanos . Los servicios meteorológicos de diferentes países utilizan estándares exclusivos de su país o región; por ejemplo, los servicios meteorológicos de Estados Unidos y Canadá utilizan un modelo aceptado por el Servicio Meteorológico Nacional . Ese modelo ha evolucionado con el tiempo.
Las primeras fórmulas y tablas de sensación térmica fueron desarrolladas por Paul Allman Siple y Charles F. Passel, quienes trabajaban en la Antártida antes de la Segunda Guerra Mundial, [3] y fueron puestas a disposición por el Servicio Meteorológico Nacional en la década de 1970. [3] Se basaban en la tasa de enfriamiento de una pequeña botella de plástico a medida que su contenido se convertía en hielo mientras estaba suspendida en el viento en el techo de la cabaña de la expedición, al mismo nivel que el anemómetro . [3] El llamado Índice de sensación térmica proporcionó una indicación bastante buena de la severidad del clima. [3]
En la década de 1960, la sensación térmica comenzó a reportarse como una temperatura equivalente de sensación térmica (WCET), que teóricamente es menos útil. Se desconoce el autor de este cambio, pero no fue Siple o Passel como generalmente se cree. [ cita requerida ] Al principio, se definió como la temperatura a la cual el índice de sensación térmica sería el mismo en ausencia total de viento. Esto llevó a temperaturas equivalentes que exageraban la severidad del clima. Charles Eagan [4] se dio cuenta de que la gente rara vez está quieta y que incluso cuando está en calma, hay algún movimiento de aire. Redefinió la ausencia de viento como una velocidad del aire de 1,8 metros por segundo (6,5 km/h; 4,0 mph), que era aproximadamente la velocidad del viento más baja que un anemómetro de cazoleta podía medir. Esto llevó a valores más realistas (que suenan más cálidos) de temperatura equivalente.
La temperatura equivalente no se utilizó de manera universal en América del Norte hasta el siglo XXI. Hasta la década de 1970, las partes más frías de Canadá informaban del Índice de sensación térmica original, un número de tres o cuatro dígitos con unidades de kilocalorías /hora por metro cuadrado. Cada individuo calibraba la escala de números personalmente, a través de la experiencia. El gráfico también brindaba una orientación general sobre la comodidad y el peligro a través de valores umbral del índice, como 1400, que era el umbral para la congelación .
La fórmula original para el índice era: [5] [6]
dónde:
En noviembre de 2001, Canadá, Estados Unidos y el Reino Unido implementaron un nuevo índice de sensación térmica desarrollado por científicos y expertos médicos del Grupo de Acción Conjunta para Índices de Temperatura (JAG/TI). [7] [8] [9] Se determina iterando un modelo de temperatura de la piel bajo varias velocidades y temperaturas del viento utilizando correlaciones de ingeniería estándar de velocidad del viento y tasa de transferencia de calor. La transferencia de calor se calculó para una cara descubierta expuesta al viento, de cara al viento, mientras caminaba hacia él a 1,4 m/s (5,0 km/h; 3,1 mph). El modelo corrige la velocidad del viento medida oficialmente a la velocidad del viento a la altura de la cara, suponiendo que la persona está en un campo abierto. [10] Los resultados de este modelo pueden aproximarse, con una precisión de un grado, a partir de las siguientes fórmulas.
La fórmula estándar de sensación térmica para Environment Canada es: [3]
donde T wc es el índice de sensación térmica, basado en la escala de temperatura Celsius; T a es la temperatura del aire en grados Celsius; y v es la velocidad del viento a una altura del anemómetro estándar de 10 m (33 pies) , en kilómetros por hora. [11]
Cuando la temperatura es de -20 °C (-4 °F) y la velocidad del viento es de 5 km/h (3 mph), el índice de sensación térmica es de -24. Si la temperatura se mantiene en -20 °C y la velocidad del viento aumenta a 30 km/h (19 mph), el índice de sensación térmica cae a -33.
La fórmula equivalente en unidades habituales de EE. UU. es: [12] [3]
donde T wc es el índice de sensación térmica, basado en la escala Fahrenheit; T a es la temperatura del aire en grados Fahrenheit; y v es la velocidad del viento en millas por hora. [13]
La sensación térmica se define únicamente para temperaturas iguales o inferiores a 10 °C (50 °F) y velocidades del viento superiores a 4,8 km/h (3,0 mph). [12]
A medida que la temperatura del aire desciende, el efecto de enfriamiento de cualquier viento presente aumenta. Por ejemplo, un viento de 16 km/h (10 mph) reducirá la temperatura aparente en un margen más amplio a una temperatura del aire de -20 °C (-4 °F) que un viento de la misma velocidad si la temperatura del aire fuera de -10 °C (14 °F).
El WCET de 2001 es un cálculo de estado estable (excepto las estimaciones del tiempo hasta la congelación). [14] Hay aspectos significativos que dependen del tiempo en la sensación térmica porque el enfriamiento es más rápido al comienzo de cualquier exposición, cuando la piel todavía está caliente.
La temperatura aparente (TA), inventada a finales de los años 70, fue diseñada para medir la sensación térmica en interiores. A principios de los años 80 se amplió para incluir el efecto del sol y el viento. El índice de TA utilizado aquí se basa en un modelo matemático de un adulto que camina al aire libre, a la sombra (Steadman 1994). La TA se define como la temperatura, en el nivel de humedad de referencia, que produce la misma cantidad de incomodidad que la experimentada bajo la temperatura y la humedad ambientales actuales. [15]
La fórmula [16] es:
dónde:
La presión de vapor se puede calcular a partir de la temperatura y la humedad relativa utilizando la ecuación:
dónde:
La fórmula australiana incluye el importante factor de la humedad y es algo más compleja que el modelo norteamericano, más simple. La fórmula norteamericana fue diseñada para aplicarse a temperaturas bajas (tan bajas como -46 °C o -50 °F) cuando los niveles de humedad también son bajos. La versión para climas cálidos del AT (1984) es utilizada por el Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos. En los Estados Unidos, esta versión simple del AT se conoce como índice de calor .
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de mayo de 2024 ( enlace )
