La humedad es la concentración de vapor de agua presente en el aire. El vapor de agua, el estado gaseoso del agua, generalmente es invisible al ojo humano. [2] La humedad indica la probabilidad de que haya precipitación , rocío o niebla .
La humedad depende de la temperatura y presión del sistema de interés. La misma cantidad de vapor de agua da como resultado una humedad relativa más alta en el aire frío que en el aire cálido. Un parámetro relacionado es el punto de rocío . La cantidad de vapor de agua necesaria para alcanzar la saturación aumenta a medida que aumenta la temperatura. A medida que la temperatura de una porción de aire disminuye, eventualmente alcanzará el punto de saturación sin agregar ni perder masa de agua. La cantidad de vapor de agua contenida en una masa de aire puede variar significativamente. Por ejemplo, una porción de aire cercana a la saturación puede contener 28 g de agua por metro cúbico de aire a 30 °C (86 °F), pero sólo 8 g de agua por metro cúbico de aire a 8 °C (46 °F). .
Se emplean ampliamente tres medidas principales de humedad: absoluta, relativa y específica. La humedad absoluta se expresa como masa de vapor de agua por volumen de aire húmedo (en gramos por metro cúbico) [3] o como masa de vapor de agua por masa de aire seco (generalmente en gramos por kilogramo). [4] La humedad relativa , a menudo expresada como porcentaje, indica un estado actual de humedad absoluta en relación con una humedad máxima dada la misma temperatura. La humedad específica es la relación entre la masa de vapor de agua y la masa total de la parcela de aire húmedo.
La humedad juega un papel importante para la vida en la superficie. Para la vida animal que depende de la transpiración (sudor) para regular la temperatura interna del cuerpo, la alta humedad perjudica la eficiencia del intercambio de calor al reducir la tasa de evaporación de la humedad de las superficies de la piel. Este efecto se puede calcular utilizando una tabla de índice de calor o, alternativamente, utilizando un humidex similar .
La noción de que el aire "retiene" vapor de agua o está "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 determinado a una temperatura determinada es casi independiente de la cantidad de aire (nitrógeno, oxígeno, etc.) que está 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. [5] [6] Hay una diferencia muy pequeña que se describe en "Factor de mejora" a continuación, que puede ignorarse en muchos cálculos a menos que se requiera una gran precisión.
La humedad absoluta es la masa total de vapor de agua presente en un volumen o masa de aire determinado. No tiene en cuenta la temperatura. La humedad absoluta en la atmósfera oscila entre casi cero y aproximadamente 30 g (1,1 oz) por metro cúbico cuando el aire está saturado a 30 °C (86 °F). [8] [9]
La humedad absoluta es la masa del vapor de agua , dividida por el volumen de la mezcla de aire y vapor de agua , que se puede expresar como:
El campo que se ocupa del estudio de las propiedades físicas y termodinámicas de las mezclas de gas y vapor se denomina psicrometría .
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 el aire y la presión de vapor de saturación ( ) del agua a la misma temperatura, generalmente expresada como porcentaje: [11 ] [12] [5]
En otras palabras, la humedad relativa es la relación entre la cantidad de vapor de agua que hay en el aire y la cantidad de vapor de agua que el aire podría contener potencialmente a una temperatura determinada. Varía con la temperatura del aire: el aire más frío puede contener menos vapor y el agua tenderá a condensarse más en el aire a temperaturas más bajas. Entonces, cambiar la temperatura del aire puede cambiar la humedad relativa, incluso cuando la humedad absoluta permanece constante.
En realidad, el aire no "retiene" el vapor de agua. El concepto de humedad relativa está bastante separado de cualquier reacción química que ocurra entre el vapor de agua y otros gases. Dejando a un lado la química, la condensación y la evaporación son independientes de la composición del aire y cambian con la temperatura. [5]
El aire frío aumenta la humedad relativa y puede hacer que el vapor de agua se condense (si la humedad relativa supera el 100 %, el punto de rocío ). Asimismo, el aire caliente disminuye la humedad relativa. Calentar un poco de aire que contiene niebla puede hacer que ésta se evapore, ya que las gotas son propensas a la evaporación total debido al calor.
La humedad relativa sólo considera el vapor de agua invisible. Las nieblas, nubes, nieblas y aerosoles de agua no cuentan para la medida de la humedad relativa del aire, aunque su presencia es una indicación de que una masa de aire puede estar cerca del punto de rocío.
La humedad relativa normalmente se expresa como porcentaje; un porcentaje mayor significa que la mezcla aire-agua es más húmeda. Al 100% de humedad relativa, el aire está saturado y se encuentra en su punto de rocío. En ausencia de un cuerpo extraño sobre el que puedan nuclearse gotas o cristales , la humedad relativa puede superar el 100%, en cuyo caso se dice que el aire está sobresaturado . La introducción de algunas partículas o una superficie en una masa de aire por encima del 100% de humedad relativa permitirá que se forme condensación o hielo en esos núcleos, eliminando así parte del vapor y reduciendo la humedad.
La humedad relativa es una métrica importante utilizada en los pronósticos e informes meteorológicos, ya que es un indicador de la probabilidad de precipitación , rocío o niebla. En el clima cálido del verano, un aumento de la humedad relativa aumenta la temperatura aparente para los humanos (y otros animales) al dificultar la evaporación del sudor de la piel. Por ejemplo, según el índice de calor , una humedad relativa del 75 % a una temperatura del aire de 80,0 °F (26,7 °C) se sentiría como 83,6 ± 1,3 °F (28,7 ± 0,7 °C). [13] [14]
La humedad relativa también es una métrica clave que se utiliza para evaluar cuándo es apropiado instalar pisos sobre una losa de concreto.
En la atmósfera terrestre al nivel del mar:
La humedad específica (o contenido de humedad) es la relación entre la masa de vapor de agua y la masa total de la parcela de aire. [17] La humedad específica es aproximadamente igual a la proporción de mezcla , que se define como la relación entre la masa de vapor de agua en una parcela de aire y la masa de aire seco de la misma parcela. A medida que disminuye la temperatura, también disminuye la cantidad de vapor de agua necesaria para alcanzar la saturación. A medida que la temperatura de una porción de aire disminuye, eventualmente alcanzará el punto de saturación sin agregar ni perder masa de agua.
El término humedad relativa está reservado para sistemas de vapor de agua en el aire. El término saturación relativa se utiliza para describir la propiedad análoga de los sistemas que consisten en una fase condensable distinta del agua en una fase no condensable distinta del aire. [18]
Un dispositivo utilizado para medir la humedad del aire se llama psicrómetro o higrómetro . Un humidistato es un interruptor activado por la humedad, que a menudo se usa para controlar un humidificador o un deshumidificador .
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 ( Tw ) de la mezcla. Estas cantidades se estiman fácilmente utilizando un psicrómetro de cabestrillo .
Existen varias fórmulas empíricas que se pueden utilizar 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 y tiene 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 producen mayor precisión. [ cita necesaria ]
La ecuación de Arden Buck se encuentra comúnmente en la literatura sobre este tema: [19]
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 utiliza esta forma particular de fórmula generalizada para estimar la presión de vapor de equilibrio del agua.
Existen diversos dispositivos que se utilizan para medir y regular la humedad. Los estándares de calibración para la medición más precisa incluyen el higrómetro gravimétrico, el higrómetro de espejo enfriado y el higrómetro electrolítico. El método gravimétrico, aunque es el más preciso, es muy engorroso. Para una medición rápida y muy precisa, el método del espejo enfriado es eficaz. [20] Para mediciones de procesos en línea, los sensores más utilizados hoy en día se basan en mediciones de capacitancia para medir la humedad relativa, [21] frecuentemente con conversiones internas para mostrar también la humedad absoluta. Son baratos, simples, generalmente precisos y relativamente sólidos. Todos los sensores de humedad enfrentan problemas al medir gases cargados de polvo, como las corrientes de escape de las secadoras de ropa.
La humedad también se mide a escala global utilizando satélites ubicados remotamente. Estos satélites son capaces de detectar la concentración de agua en la troposfera a altitudes entre 4 y 12 km (2,5 y 7,5 millas). Los satélites que pueden medir el vapor de agua tienen sensores sensibles a la radiación infrarroja . El vapor de agua absorbe y reirradia específicamente la radiación en esta banda espectral. Las imágenes satelitales de vapor de agua desempeñan un papel importante en el seguimiento de las condiciones climáticas (como la formación de tormentas) y en el desarrollo de pronósticos meteorológicos .
La humedad depende de la vaporización y condensación del agua, que a su vez depende principalmente de la temperatura. Por lo tanto, al aplicar más presión a un gas saturado con agua, todos los componentes inicialmente disminuirán de volumen aproximadamente según la ley de los gases ideales . Sin embargo, parte del agua se condensará hasta volver a casi la misma humedad que antes, lo que dará como resultado un volumen total que se desvía de lo que predijo la ley de los gases ideales.
Por el contrario, la disminución de la temperatura también haría que algo de agua se condensara, lo que nuevamente haría que el volumen final se desviara del predicho por la ley de los gases ideales. Por lo tanto, el volumen de gas también puede expresarse como volumen seco, excluyendo el contenido de humedad. Esta fracción sigue con mayor precisión la ley de los gases ideales. Por el contrario, el volumen saturado es el volumen que tendría una mezcla de gases si se le agregara humedad hasta la saturación (o 100% de humedad relativa).
El aire húmedo es menos denso que el aire seco porque una molécula de agua ( M ≈ 18 u ) es menos masiva que una molécula de nitrógeno (M ≈ 28) o una molécula de oxígeno (M ≈ 32). Aproximadamente el 78% de las moléculas del aire seco son nitrógeno (N 2 ). Otro 21% de las moléculas del aire seco son oxígeno (O 2 ). El 1% final del aire seco es una mezcla de otros gases.
Para cualquier gas, a una temperatura y presión determinadas, el número de moléculas presentes en un volumen particular es constante. Por lo tanto, cuando se introduce un número N de moléculas de agua (vapor) en un volumen de aire seco, el número de moléculas de aire en ese volumen debe disminuir en el mismo número N para que la presión permanezca constante sin utilizar un cambio de temperatura. Los números son exactamente iguales si consideramos los gases como ideales . La adición de moléculas de agua, o de cualquier otra molécula, a un gas, sin eliminar un número igual de otras moléculas, requerirá necesariamente un cambio de temperatura, presión o volumen total; es decir, un cambio en al menos uno de estos tres parámetros.
Si la temperatura y la presión permanecen constantes, el volumen aumenta y las moléculas de aire seco que fueron desplazadas inicialmente se moverán hacia el volumen adicional, después de lo cual la mezcla eventualmente se volverá uniforme mediante difusión. Por lo tanto, la masa por unidad de volumen del gas (su densidad) disminuye. Isaac Newton descubrió este fenómeno y escribió sobre ello en su libro Opticks . [22]
La humedad relativa de un sistema aire-agua depende no sólo de la temperatura sino también de la presión absoluta del sistema de interés. Esta dependencia se demuestra considerando el sistema aire-agua que se muestra a continuación. El sistema está cerrado (es decir, no importa lo que entre o salga 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 humedad relativa excedería el 100% y el agua podría comenzar a condensarse.
Si se cambiara la presión del Estado A simplemente añadiendo 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.
El factor de mejora se define como la relación entre la presión de vapor saturado de agua en aire húmedo y la presión de vapor saturado de agua pura:
El factor de mejora es igual a la unidad para los sistemas de gases ideales. Sin embargo, en sistemas reales, los efectos de la interacción entre las 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 puro. Por lo tanto, el factor de mejora normalmente es ligeramente mayor que la unidad para los sistemas reales.
El factor de mejora se utiliza comúnmente para corregir la presión de vapor de equilibrio del vapor de agua cuando se utilizan 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 de agua en aire húmedo saturado equivale a un aumento de aproximadamente 0,5% sobre la presión de vapor de equilibrio del agua pura. [19]
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 humanas, y de cumplir con los requisitos ambientales de máquinas, materiales sensibles (por ejemplo, históricos) y técnicos. procesos.
Si bien la humedad en sí es una variable climática, también afecta a otras variables climáticas. La humedad ambiental se ve afectada por los vientos y las precipitaciones.
Las ciudades más húmedas de la Tierra generalmente se encuentran más cerca del ecuador, cerca de las regiones costeras. Las ciudades de partes de Asia y Oceanía se encuentran entre las más húmedas. Bangkok, Ciudad Ho Chi Minh , Kuala Lumpur , Hong Kong, Manila , Yakarta , Naha , Singapur, Kaohsiung y Taipei tienen una humedad muy alta la mayor parte o durante todo el año debido a su proximidad a masas de agua y al ecuador y, a menudo, al clima nublado.
Algunos lugares experimentan una humedad extrema durante la temporada de lluvias combinada con calidez que da la sensación de una sauna tibia, como Calcuta , Chennai y Kochi en la India, y Lahore en Pakistán. La ciudad de Sukkur , situada a orillas del río Indo en Pakistán, tiene algunos de los puntos de rocío más altos e incómodos del país, superando con frecuencia los 30 °C (86 °F) en la temporada de los monzones . [23]
Las altas temperaturas se combinan con el alto punto de rocío para crear un índice de calor superior a 65 °C (149 °F). Darwin experimenta una estación húmeda extremadamente húmeda de diciembre a abril. Houston, Miami, San Diego, Osaka, Shanghai, Shenzhen y Tokio también tienen un período extremadamente húmedo en los meses de verano. Durante las temporadas de monzones del suroeste y noreste (respectivamente, de finales de mayo a septiembre y de noviembre a marzo), se esperan fuertes lluvias y una humedad relativamente alta después de las lluvias.
Fuera de la temporada de monzones, la humedad es alta (en comparación con países más alejados del ecuador), pero abundan los días completamente soleados. En lugares más fríos, como el norte de Tasmania, Australia, se experimenta una alta humedad durante todo el año debido al océano entre Australia continental y Tasmania. En verano, el aire caliente y seco es absorbido por este océano y la temperatura rara vez supera los 35 °C.
La humedad afecta el presupuesto energético y, por tanto, influye en las temperaturas de dos maneras principales. Primero, el vapor de agua en la atmósfera contiene energía "latente". Durante la transpiración o evaporación, este calor latente se elimina del líquido superficial, enfriando la superficie terrestre. Este es el mayor efecto de enfriamiento no radiativo en la superficie. Compensa aproximadamente el 70% del calentamiento radiativo neto promedio en la superficie.
En segundo lugar, el vapor de agua es el más abundante de todos los gases de efecto invernadero . El vapor de agua, como una lente verde que deja pasar la luz verde pero absorbe la luz roja, es un "absorbente selectivo". Al igual que los demás gases de efecto invernadero, el vapor de agua es transparente a la mayor parte de la energía solar. Sin embargo, absorbe la energía infrarroja emitida (irradiada) hacia arriba por la superficie terrestre, razón por la cual las áreas húmedas experimentan muy poco enfriamiento nocturno, mientras que las regiones desérticas secas se enfrían considerablemente durante la noche. Esta absorción selectiva provoca el efecto invernadero. Eleva la temperatura de la superficie sustancialmente por encima de su temperatura teórica de equilibrio radiativo con el sol, y el vapor de agua es la causa de este calentamiento en mayor medida que cualquier otro gas de efecto invernadero.
Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los demás gases de efecto invernadero, el agua no sólo se encuentra por debajo de su punto de ebullición en todas las regiones de la Tierra, sino también por debajo de su punto de congelación en muchas altitudes. Como gas de efecto invernadero condensable, precipita , con una altura de escala mucho menor y una vida atmosférica más corta: semanas en lugar de décadas. Sin otros gases de efecto invernadero, la temperatura del cuerpo negro de la Tierra , por debajo del punto de congelación del agua, provocaría la eliminación de vapor de agua de la atmósfera. [24] [25] [26] El vapor de agua es, por tanto, un "esclavo" de los gases de efecto invernadero no condensables. [27] [28] [29]
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La humedad es uno de los factores abióticos fundamentales que define cualquier hábitat (la tundra, los humedales y el desierto son algunos ejemplos) y es un determinante de qué animales y plantas pueden prosperar en un entorno determinado. [30]
El cuerpo humano disipa el calor mediante la transpiración y su evaporación. La convección de calor al aire circundante y la radiación térmica son los principales modos de transporte de calor desde el cuerpo. En condiciones de alta humedad, la tasa de evaporación del sudor de la piel disminuye. Además, si la atmósfera es tan cálida o más cálida que la piel durante épocas de alta humedad, la sangre que llega a la superficie del cuerpo no puede disipar el calor por conducción al aire. Con tanta sangre yendo a la superficie externa del cuerpo, menos sangre llega a los músculos activos, el cerebro y otros órganos internos. La fuerza física disminuye y la fatiga aparece antes de lo que sería de otra manera. El estado de alerta y la capacidad mental también pueden verse afectados, lo que resulta en un golpe de calor o hipertermia .
Las plantas y animales domesticados (por ejemplo, lagartos) requieren un mantenimiento regular de los porcentajes de humedad cuando se cultivan en el hogar y en condiciones de contenedor, para lograr un entorno óptimo y próspero. Los pasos hacia la humedad de las plantas incluyen: Bandejas de humedad (bandejas de guijarros), Domo de humedad, Humidificador , nebulización diaria manual, invernaderos (o caja de propagación interior) o cultivo de plantas en una habitación naturalmente húmeda (como el baño).
Aunque la humedad es un factor importante para el confort térmico, los humanos somos más sensibles a las variaciones de temperatura que a los cambios de humedad relativa. [31] La humedad tiene un pequeño efecto en el confort térmico al aire libre cuando las temperaturas del aire son bajas, un efecto ligeramente más pronunciado a temperaturas del aire moderadas y una influencia mucho más fuerte a temperaturas del aire más altas. [32]
Los humanos somos sensibles al aire húmedo porque el cuerpo humano utiliza el enfriamiento por evaporación como mecanismo principal para regular la temperatura. En condiciones de humedad, la velocidad a la que la transpiración se evapora en la piel es menor que en condiciones áridas. Debido a que los humanos percibimos la tasa de transferencia de calor del cuerpo en lugar de la temperatura misma, sentimos más calor cuando la humedad relativa es alta que cuando es baja.
Los humanos pueden sentirse cómodos dentro de una amplia gama de humedades dependiendo de la temperatura, del 30 al 70 % [33] , pero lo ideal es que no superen el absoluto (punto de rocío de 60 °F), [34] entre el 40 % [35] y el 60 %. . [36] En general, las temperaturas más altas requerirán humedades más bajas para lograr el confort térmico en comparación con temperaturas más bajas, manteniendo todos los demás factores constantes. Por ejemplo, con un nivel de ropa = 1, una tasa metabólica = 1,1 y una velocidad del aire de 0,1 m/s, un cambio en la temperatura del aire y la temperatura radiante media de 20 °C a 24 °C reduciría la humedad relativa máxima aceptable del 100 % al 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 para condiciones de confort térmico específicas y se puede utilizar para demostrar el cumplimiento de la norma ASHRAE 55–2017. [37]
Algunas personas experimentan dificultad para respirar en ambientes húmedos. Algunos casos posiblemente puedan estar relacionados con afecciones respiratorias como el asma, mientras que otros pueden ser producto de la ansiedad. Las personas afectadas suelen hiperventilar como respuesta, provocando sensaciones de entumecimiento, desmayos y pérdida de concentración , entre otras. [38]
Una humedad muy baja puede generar molestias, problemas respiratorios y agravar las alergias en algunas personas. La baja humedad hace que el tejido que recubre las fosas nasales se seque, se agriete y se vuelva más susceptible a la penetración de los virus del resfriado rinovirus . [39] Las humedades relativas extremadamente bajas (por debajo del 20 %) también pueden causar irritación ocular. [40] [41] El uso de un humidificador en los hogares, especialmente en los dormitorios, puede ayudar con estos síntomas. [42] La humedad relativa interior debe mantenerse por encima del 30% para reducir la probabilidad de que los conductos nasales del ocupante se sequen, especialmente en invierno. [40] [43] [44]
El aire acondicionado reduce las molestias al reducir no sólo la temperatura sino también la humedad. Calentar aire frío del exterior puede disminuir los niveles de humedad relativa en el interior por debajo del 30%. [45] 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%, dependiendo de los niveles de los otros factores que contribuyen a la temperatura. comodidad. [46] Sin embargo, el rango recomendado de humedad relativa interior en edificios con aire acondicionado es generalmente del 30 al 60%. [47] [48]
Una mayor humedad reduce la infectividad del virus de la influenza en aerosol. Un estudio concluyó: "Mantener una humedad relativa interior >40% reducirá significativamente la infectividad del virus en aerosol". [49]
El exceso de humedad en los edificios expone a los ocupantes a esporas de hongos, fragmentos de células o micotoxinas . [50] Los bebés que viven en hogares con moho tienen un riesgo mucho mayor de desarrollar asma y rinitis alérgica . [50] Más de la mitad de los trabajadores adultos en edificios húmedos o con moho desarrollan síntomas nasales o sinusales debido a la exposición al moho. [50]
La baja humedad también dificulta la eliminación de las mucocilias en el tracto respiratorio . Un estudio en perros encontró que el transporte de moco era menor con una humedad absoluta de 9 g de agua/m 3 que con 30 g de agua/m 3 . [51]
El aumento de la humedad también puede provocar cambios en el agua corporal total que generalmente conducen a un aumento de peso moderado, especialmente si uno está acostumbrado a trabajar o hacer ejercicio en un clima cálido y húmedo. [52]
Los métodos de construcción comunes a menudo producen cerramientos de edificios con un límite térmico deficiente, lo que requiere un sistema de aislamiento y barrera de aire diseñado para retener las condiciones ambientales interiores y al mismo tiempo resistir las condiciones ambientales externas. [53] La arquitectura fuertemente sellada y energéticamente eficiente introducida en el siglo XX también selló el movimiento de la humedad, y esto ha resultado en un problema secundario de formación de condensación dentro y alrededor de las paredes, lo que fomenta el desarrollo de moho y hongos. Además, los edificios con cimientos no sellados adecuadamente permitirán que el agua fluya a través de las paredes debido a la acción capilar de los poros que se encuentran en los productos de mampostería. Las soluciones para edificios energéticamente eficientes que evitan la condensación son un tema actual en la arquitectura.
Para el control del clima en edificios que utilizan sistemas HVAC , la clave es mantener la humedad relativa en un rango confortable: lo suficientemente bajo para ser cómodo pero lo suficientemente alto como para evitar problemas asociados con el aire muy seco.
Cuando la temperatura es alta y la humedad relativa baja, la evaporación del agua es rápida; la tierra se seca, la ropa mojada colgada de un tendedero o perchero se seca rápidamente y el sudor se evapora fácilmente de la piel. Los muebles de madera pueden encogerse, provocando que la pintura que recubre 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 producirse condensación en las superficies, lo que provoca 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 pudrición de la madera, además de congelar las salidas de emergencia.
Ciertos procesos y tratamientos técnicos y de producción en fábricas, laboratorios, hospitales y otras instalaciones requieren que se mantengan niveles específicos de humedad relativa mediante humidificadores, deshumidificadores y sistemas de control asociados.
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 cortocircuitos de los componentes eléctricos. En vehículos y recipientes a presión , como aviones de pasajeros presurizados, sumergibles y naves espaciales, estas consideraciones pueden ser críticas para la seguridad, y se necesitan sistemas complejos de control ambiental que incluyan equipos para mantener la presión.
Los aviones de línea operan con una humedad relativa interna baja, a menudo inferior al 20 %, [54] especialmente en vuelos largos. La baja humedad es consecuencia de la aspiración de aire muy frío con una humedad absoluta baja, que se encuentra en las altitudes de crucero de los aviones. El calentamiento posterior de este aire reduce su humedad relativa. Esto provoca molestias como dolor de ojos, piel seca y sequedad de las mucosas, pero no se utilizan humidificadores para elevarlo a niveles medios cómodos porque el volumen de agua necesario para llevar a bordo puede suponer una penalización de peso significativa. A medida que los aviones descienden desde altitudes más frías hacia aire más cálido, tal vez incluso volando a través de nubes a unos miles de pies sobre el suelo, la humedad relativa ambiental puede aumentar dramáticamente.
Parte de este aire húmedo suele entrar en la cabina presurizada del avión y en otras zonas no presurizadas del avión y se condensa en el revestimiento frío del avión. Por lo general, se puede ver agua líquida corriendo a lo largo del revestimiento del avión, 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 ambientes. 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 favorecer la formación de hielo, lo que supone un peligro para los aviones, ya que afecta al perfil del ala y aumenta el peso. Los motores de combustión interna de aspiración natural tienen además el peligro de que se forme hielo en el interior del carburador . Por lo tanto, los informes meteorológicos aeronáuticos ( METAR ) incluyen una indicación de la humedad relativa, normalmente 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 disminuirá el rendimiento de ascenso.
La altitud de densidad es la altitud relativa a las condiciones atmosféricas estándar (atmósfera estándar internacional) en 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 medida en términos de densidad. del aire en lugar de la distancia desde el 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, de la humedad, provocarán 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.
Los dispositivos electrónicos suelen estar clasificados para funcionar sólo en determinadas condiciones de humedad (por ejemplo, del 10 % al 90 %). La humedad óptima para dispositivos electrónicos es del 30% al 65%. En el extremo superior del rango, la humedad puede aumentar la conductividad de los aisladores permeables y provocar un mal funcionamiento. Una humedad demasiado baja puede hacer que los materiales se vuelvan quebradizos. Un peligro particular para los aparatos electrónicos, independientemente del rango de humedad de funcionamiento indicado, es la condensación . Cuando un artículo electrónico se traslada de un lugar frío (p. ej., garaje, automóvil, cobertizo, espacio con aire acondicionado en los trópicos) a un lugar cálido y húmedo (casa, fuera de los trópicos), la condensación puede cubrir las placas de circuitos y otros aislantes, lo que provoca cortocircuitos. circuito dentro del equipo. Dichos cortocircuitos pueden causar daños permanentes sustanciales si el equipo se enciende antes de que se haya evaporado la condensación . Un efecto de condensación similar se puede observar a menudo cuando una persona que lleva gafas entra debido al frío (es decir, las gafas se empañan). [55]
Es aconsejable dejar que los equipos electrónicos se aclimaten durante varias horas, después de haberlos sacado del frío, antes de encenderlos. Algunos dispositivos electrónicos pueden detectar dicho cambio e indicar, cuando están enchufados y normalmente con un pequeño símbolo de gota, que no se pueden utilizar hasta que haya pasado el riesgo de condensación. En situaciones en las que el tiempo es crítico, aumentar el flujo de aire a través de las partes internas del dispositivo, como quitar el panel lateral de la carcasa de una PC y dirigir un ventilador para que sople dentro de la carcasa, reducirá significativamente el tiempo necesario para aclimatarse al nuevo entorno.
Por el contrario, un nivel de humedad muy bajo favorece la acumulación de electricidad estática , lo que puede provocar el apagado espontáneo de los ordenadores cuando se producen descargas. Además de un funcionamiento errático espurio, las descargas electrostáticas pueden provocar una ruptura dieléctrica en dispositivos de estado sólido , lo que provoca daños irreversibles. Los centros de datos suelen controlar los niveles de humedad relativa por estos motivos.
La alta humedad a menudo puede tener un efecto negativo en la capacidad de las plantas químicas y refinerías que utilizan hornos como parte de ciertos procesos (por ejemplo, reformado con vapor, procesos húmedos de ácido sulfúrico ). Por ejemplo, debido a que la humedad reduce las concentraciones de oxígeno ambiental (el aire seco generalmente tiene un 20,9 % de oxígeno, pero con una humedad relativa del 100 % el aire tiene un 20,4 % de oxígeno), los ventiladores de gases de combustión deben aspirar aire a una velocidad mayor que la que se requeriría de otro modo para mantener la temperatura. misma velocidad de disparo. [56]
La alta humedad en el horno, representada por una temperatura elevada de bulbo húmedo , aumenta la conductividad térmica del aire alrededor del producto horneado, lo que acelera el proceso de horneado o incluso quema. Por el contrario, la baja humedad ralentiza el proceso de horneado. [57]
Con una humedad relativa del 100%, el aire está saturado y en su punto de rocío : la presión del vapor de agua no permitiría ni la evaporación del agua líquida cercana ni la condensación para hacer crecer el agua cercana; ni sublimación del hielo cercano ni deposición para hacer crecer el hielo cercano.
La humedad relativa puede superar el 100%, en cuyo caso el aire está sobresaturado . La formación de nubes requiere aire sobresaturado. Los núcleos de condensación de las nubes reducen el nivel de sobresaturación necesario para formar nieblas y nubes; en ausencia de núcleos alrededor de los cuales se puedan formar gotas o hielo, se requiere un mayor nivel de sobresaturación para que estas gotas o cristales de hielo se formen espontáneamente. En la cámara de niebla de Wilson , que se utiliza en experimentos de física nuclear, se crea un estado de sobresaturación dentro de la cámara y las partículas subatómicas en movimiento actúan como núcleos de condensación, de modo que los rastros de niebla muestran los caminos de esas partículas.
Para un punto de rocío dado y su correspondiente humedad absoluta , la humedad relativa cambiará inversamente, aunque no linealmente, con la temperatura. Esto se debe a que la presión de vapor del agua aumenta con la temperatura: el principio operativo detrás de todo, desde secadores de pelo hasta deshumidificadores .
Debido al potencial cada vez mayor 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 el 0,5% en masa a 30 °C (86 °F). % 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 llega al interior aumenta su capacidad de humedad, lo que reduce la humedad relativa y aumenta las tasas de evaporación de las superficies húmedas del 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 provoca que se formen gotas de agua en el exterior de un vaso que contiene una bebida helada.
Una regla general útil es que la humedad absoluta máxima se duplica por cada aumento de 11 °C (20 °F) en la temperatura. Por lo tanto, la humedad relativa disminuirá en un factor de 2 por cada aumento de 20 °F (11 °C) en la temperatura, suponiendo que se conserve 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). °C) el aire con una humedad relativa del 80 % calentado a 20 °C (68 °F) tendrá una humedad relativa de sólo el 29 % y se sentirá seco. En comparación, el estándar de confort térmico ASHRAE 55 requiere sistemas diseñados para controlar la humedad para mantener un punto de rocío de 16,8 °C (62,2 °F), aunque no se establece un límite de humedad inferior. [46]
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 ascender 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 el clima cálido del 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 el índice de calor o humidex .
Un dispositivo que se utiliza para medir la humedad se llama higrómetro ; el que se utiliza para regularlo se llama higrostato o, a veces, higrostato . Son análogos a un termómetro y un termostato de temperatura, respectivamente.
... aumentando la humedad relativa por encima del 50%. Dentro del rango de temperatura anterior, el 80% o más de todas las personas vestidas promedio se sentirían cómodas.
La humedad relativa superior al 60% se siente incómoda cuando está mojada. El confort humano requiere que la humedad relativa esté en el rango de 25 a 60% de humedad relativa.
