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 para el ojo humano. [2] La humedad indica la probabilidad de que haya precipitaciones , rocío o niebla .
La humedad depende de la temperatura y la 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 parcela de aire disminuye, finalmente alcanzará el punto de saturación sin agregar ni perder masa de agua. La cantidad de vapor de agua contenida dentro de una parcela de aire puede variar significativamente. Por ejemplo, una parcela de aire cerca de la saturación puede contener 28 g de agua por metro cúbico de aire a 30 °C (86 °F), pero solo 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 un 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 en la vida superficial. En el caso de los animales que dependen de la transpiración (sudoración) para regular la temperatura corporal interna, la humedad alta 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 dada 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 retener vapor de agua que el mismo volumen lleno de aire; ambas están dadas por la presión de vapor de equilibrio del agua a la temperatura dada. [5] [6] Hay una diferencia muy pequeña descrita en "Factor de mejora" más adelante, 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 determinados. No tiene en cuenta la temperatura. La humedad absoluta en la atmósfera varía desde casi cero hasta 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:
Si no se establece el volumen, la humedad absoluta varía con los cambios en la temperatura o la presión del aire. Debido a esto, no es adecuado para los cálculos en ingeniería química, como el secado, donde las variaciones de temperatura pueden ser significativas. Como resultado, la humedad absoluta en ingeniería química puede referirse a la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco, también conocida como la relación de humedad o relación de mezcla de masa (ver "humedad específica" a continuación), que es más adecuada para los cálculos de balance de calor y masa. La masa de agua por unidad de volumen como en la ecuación anterior también se define como humedad volumétrica . Debido a la posible confusión, la norma británica BS 1339 [10] sugiere evitar el término "humedad absoluta". Las unidades siempre deben verificarse cuidadosamente. Muchos gráficos de humedad se dan en g/kg o kg/kg, pero se puede utilizar cualquier unidad de masa.
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 es la relación entre la cantidad de vapor de agua presente en el aire y la cantidad de vapor de agua que podría contener el aire 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 a temperaturas más bajas. Por lo tanto, cambiar la temperatura del aire puede cambiar la humedad relativa, incluso cuando la humedad absoluta permanece constante.
El aire frío aumenta la humedad relativa y puede provocar que el vapor de agua se condense (si la humedad relativa supera el 100 %, el punto de rocío aumenta). Del mismo modo, el aire caliente disminuye la humedad relativa. Calentar un poco de aire que contiene niebla puede provocar que esta se evapore, ya que las gotitas son propensas a la evaporación total debido al calor.
La humedad relativa solo tiene en cuenta el vapor de agua invisible. Las nieblas, nubes, neblinas y aerosoles de agua no cuentan para la medición de la humedad relativa del aire, aunque su presencia sea un indicio de que una masa de aire puede estar próxima al punto de rocío.
La humedad relativa se expresa normalmente como un porcentaje; un porcentaje más alto significa que la mezcla aire-agua es más húmeda. Con una humedad relativa del 100%, el aire está saturado y se encuentra en su punto de rocío. En ausencia de un cuerpo extraño sobre el cual puedan nuclearse gotitas 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 con una humedad relativa superior al 100% permitirá que se forme condensación o hielo en esos núcleos, eliminando así parte del vapor y reduciendo la humedad.
En un concepto científico, la humedad relativa ( o ) de una mezcla aire-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 un porcentaje: [11] [12] [5]
La humedad relativa es una métrica importante que se utiliza en los pronósticos e informes meteorológicos , ya que es un indicador de la probabilidad de precipitación , rocío o niebla. En un clima cálido de verano, un aumento de la humedad relativa aumenta la temperatura aparente para los humanos (y otros animales) al dificultar la evaporación de la transpiración 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. [ aclaración necesaria ]
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 relación 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 para 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 parcela de aire disminuye, finalmente alcanzará el punto de saturación sin agregar ni perder masa de agua.
El término humedad relativa se reserva para sistemas de vapor de agua en el aire. El término saturación relativa se utiliza para describir la propiedad análoga para sistemas que consisten en una fase condensable distinta del agua en una fase no condensable distinta del aire. [18]
Un dispositivo que se utiliza para medir la humedad del aire se llama psicrómetro o higrómetro . Un higrostato es un interruptor que se activa en función de la humedad y que se utiliza a menudo 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 ( T w ) de la mezcla. Estas cantidades se estiman fácilmente utilizando un psicrómetro de honda .
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 es una de las menos complejas de ellas, ya que 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 ofrecen una mayor precisión. [ cita requerida ]
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 menor que 0,20% entre −20 y +50 °C (−4 y 122 °F) cuando se utiliza esta forma particular de la fórmula generalizada para estimar la presión de vapor de equilibrio del agua.
Existen varios 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 las mediciones en línea de procesos, 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. Estos son baratos, simples, generalmente precisos y relativamente robustos. Todos los sensores de humedad enfrentan problemas para medir gases cargados de polvo, como los flujos de escape de las secadoras de ropa.
La humedad también se mide a escala global mediante satélites colocados a distancia. Estos satélites pueden detectar la concentración de agua en la troposfera a altitudes de entre 4 y 12 km (2,5 y 7,5 mi). Los satélites que pueden medir el vapor de agua tienen sensores que son 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 eléctricas) 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 de agua, todos los componentes disminuirán inicialmente en volumen aproximadamente según la ley de los gases ideales . Sin embargo, parte del agua se condensará hasta volver a tener casi la misma humedad que antes, dando como resultado un volumen total que se desvía de lo que predecía la ley de los gases ideales.
Por el contrario, la disminución de la temperatura también haría que se condensara algo de agua, lo que nuevamente haría que el volumen final se desviara del previsto por la ley de los gases ideales. Por lo tanto, el volumen del gas puede expresarse alternativamente como el 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 humedad relativa del 100%).
El aire húmedo es menos denso que el aire seco porque una molécula de agua ( M ≈ 18 u ) tiene menos masa que una molécula de nitrógeno (M ≈ 28) o una molécula de oxígeno (M ≈ 32). Alrededor del 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 dadas, el número de moléculas presentes en un volumen particular es constante. Por lo tanto, cuando se introduce una cierta cantidad N de moléculas de agua (vapor) en un volumen de aire seco, el número de moléculas de aire en ese volumen debe disminuir en la misma cantidad N para que la presión permanezca constante sin utilizar un cambio en la temperatura. Los números son exactamente iguales si consideramos los gases como ideales . La adición de moléculas de agua, o cualquier otra molécula, a un gas, sin eliminar un número igual de otras moléculas, requerirá necesariamente un cambio en la temperatura, la presión o el 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 se moverán inicialmente hacia el volumen adicional, después de lo cual la mezcla finalmente se volverá uniforme por difusión. Por lo tanto, la masa por unidad de volumen del gas (su densidad) disminuye. Isaac Newton descubrió este fenómeno y escribió sobre él en su libro Opticks . [22]
La humedad relativa de un sistema aire-agua depende no solo 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 es cerrado (es decir, no entra ni sale materia del sistema).
Si el sistema en el estado A se calienta isobáricamente (se calienta sin que cambie la presión del sistema), entonces la humedad relativa del sistema disminuye porque la presión de vapor de equilibrio del agua aumenta con el aumento de la temperatura. Esto se muestra en el estado B.
Si el sistema en el estado A se comprime isotérmicamente (se comprime sin que cambie la temperatura del sistema), la humedad relativa del sistema aumenta porque la presión parcial del agua en el sistema aumenta con la reducción del volumen. Esto se muestra en el estado C. Por encima de 202,64 kPa, la humedad relativa superaría el 100 % y el agua podría comenzar a condensarse.
Si se cambiara la presión del Estado A simplemente agregando 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 del agua en aire húmedo y la presión de vapor saturado del agua pura:
El factor de mejora es igual a la unidad para los sistemas de gas ideal. Sin embargo, en los sistemas reales, los efectos de 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, a nivel del mar, la presión de vapor del agua en aire húmedo saturado equivale a un aumento de aproximadamente el 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 proporcionar comodidad, salud y seguridad humana, y de satisfacer los requisitos ambientales de máquinas, materiales sensibles (por ejemplo, históricos) y procesos técnicos.
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 se encuentran generalmente más cerca del ecuador, cerca de las regiones costeras. Las ciudades de algunas 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 durante la mayor parte o todo el año debido a su proximidad a los cuerpos de agua y al ecuador, y a un clima a menudo nublado.
Algunos lugares experimentan una humedad extrema durante sus estaciones lluviosas combinada con calor que da la sensación de una sauna tibia, como Calcuta , Chennai y Kochi en la India, y Lahore en Pakistán. La ciudad de Sukkur , ubicada en el 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 monzones . [23]
Las altas temperaturas se combinan con el alto punto de rocío para crear un índice de calor que supera los 65 °C (149 °F). Darwin experimenta una estación húmeda extremadamente húmeda de diciembre a abril. Houston, Miami, San Diego, Osaka, Shanghái, Shenzhen y Tokio también tienen un período extremadamente húmedo en sus meses de verano. Durante las estaciones de los 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 los países más alejados del Ecuador), pero abundan los días completamente soleados. En lugares más fríos, como el norte de Tasmania, Australia, la humedad es alta 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 (95 °F).
La humedad afecta el balance energético y, por lo tanto, influye en las temperaturas de dos maneras principales. En primer lugar, el vapor de agua en la atmósfera contiene energía "latente". Durante la transpiración o evaporación, este calor latente se elimina del líquido de la superficie, enfriando la superficie de la Tierra. 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 permite el paso de 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 de la Tierra, que es la razón por la que las zonas húmedas experimentan muy poco enfriamiento nocturno, pero las regiones desérticas secas se enfrían considerablemente por la noche. Esta absorción selectiva causa el efecto invernadero. Eleva la temperatura de la superficie sustancialmente por encima de su temperatura de equilibrio radiativo teórico con el sol, y el vapor de agua es la causa de este calentamiento más 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, haría que el vapor de agua se eliminara 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 definen 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 calor a través de la transpiración y su evaporación. La convección de calor hacia el aire circundante y la radiación térmica son los principales modos de transporte de calor desde el cuerpo. En condiciones de alta humedad, la velocidad 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 hacia el aire. Con tanta sangre yendo a la superficie externa del cuerpo, menos 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 los animales domesticados (por ejemplo, los lagartos) requieren un mantenimiento regular del porcentaje de humedad cuando se cultivan en el hogar y en contenedores, para lograr un entorno de crecimiento óptimo.
Aunque la humedad es un factor importante para el confort térmico, los seres humanos son más sensibles a las variaciones de temperatura que a los cambios en la humedad relativa. [31] La humedad tiene un pequeño efecto sobre el confort térmico en exteriores 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 seres humanos somos sensibles al aire húmedo porque el cuerpo humano utiliza el enfriamiento por evaporación como mecanismo principal para regular la temperatura. En condiciones húmedas, la velocidad a la que se evapora el sudor en la piel es menor que en condiciones áridas. Como los seres humanos percibimos la velocidad de transferencia de calor del cuerpo en lugar de la temperatura en sí, sentimos más calor cuando la humedad relativa es alta que cuando es baja.
Los seres humanos pueden sentirse cómodos en un amplio rango de humedades según la temperatura (de 30 a 70 % [33]) , pero idealmente no por encima del punto de rocío absoluto (60 °F), [34] entre 40 % [35] y 60 % [36] . En general, las temperaturas más altas requerirán humedades más bajas para lograr el confort térmico en comparación con las 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 específicas de confort térmico 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 pueden estar relacionados con afecciones respiratorias como el asma, mientras que otros pueden ser producto de la ansiedad. Las personas afectadas suelen hiperventilar como respuesta, lo que provoca sensaciones de entumecimiento, desmayo y pérdida de concentración , entre otras. [38]
Una humedad relativa muy baja puede generar malestar, problemas respiratorios y agravar las alergias en algunas personas. La humedad baja hace que el tejido que recubre los conductos nasales se seque, se agriete y se vuelva más susceptible a la penetración de los virus del resfriado rinovirus . [39] Una humedad relativa extremadamente baja (por debajo del 20 %) también puede 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 en interiores debe mantenerse por encima del 30 % para reducir la probabilidad de que los conductos nasales de los ocupantes se sequen, especialmente en invierno. [40] [43] [44]
El aire acondicionado reduce la incomodidad al reducir no solo la temperatura sino también la humedad. Calentar el aire frío del exterior puede reducir los niveles de humedad relativa en interiores por debajo del 30 %. [45] Según la norma ASHRAE 55-2017: Condiciones ambientales térmicas para la ocupación humana , el confort térmico en interiores se puede lograr mediante el método PMV con humedades relativas que van del 0 % al 100 %, dependiendo de los niveles de los demás factores que contribuyen al confort térmico. [46] Sin embargo, el rango recomendado de humedad relativa en interiores en edificios con aire acondicionado es generalmente del 30 al 60 %. [47] [48]
Una humedad más alta reduce la infectividad del virus de la gripe en aerosol. Un estudio concluyó que "mantener una humedad relativa en interiores >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 con moho o humedad desarrollan síntomas nasales o sinusales debido a la exposición al moho. [50]
La depuración mucociliar en el tracto respiratorio también se ve obstaculizada por la baja humedad. Un estudio en perros descubrió 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 aclimatado a trabajar o hacer ejercicio en un clima cálido y húmedo. [52]
Los métodos de construcción habituales suelen producir 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 resistir las condiciones ambientales externas. [53] La arquitectura de eficiencia energética y fuertemente sellada introducida en el siglo XX también selló el movimiento de la humedad, y esto ha dado lugar a un problema secundario de formación de condensación en las paredes y alrededor de ellas, 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 de la arquitectura.
Para controlar el clima en edificios que utilizan sistemas HVAC , la clave es mantener la humedad relativa en un rango confortable: lo suficientemente baja para ser cómoda pero lo suficientemente alta 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 en un tendedero o perchero se seca rápidamente y el sudor se evapora fácilmente de la piel. Los muebles de madera pueden encogerse, lo que hace que la pintura que cubre estas superficies se agriete.
Cuando la temperatura es baja y la humedad relativa es alta, la evaporación del agua es lenta. Cuando la humedad relativa se acerca al 100 %, puede producirse condensación en las superficies, lo que genera problemas de moho, corrosión, descomposición y otros deterioros relacionados con la humedad. La condensación puede suponer un riesgo para la seguridad, ya que puede promover el crecimiento de moho y la podredumbre de la madera, así como la posibilidad de congelar las salidas de emergencia.
Ciertos procesos y tratamientos productivos y técnicos en fábricas, laboratorios, hospitales y otras instalaciones requieren mantener niveles específicos de humedad relativa mediante humidificadores, deshumidificadores y sistemas de control asociados.
Los principios básicos para los edificios, mencionados anteriormente, también se aplican a los vehículos. Además, pueden existir consideraciones de seguridad. Por ejemplo, una humedad elevada en el interior de un vehículo puede provocar problemas de condensación, como empañamiento de los parabrisas y cortocircuitos en los componentes eléctricos. En los vehículos y los recipientes a presión , como los aviones de pasajeros presurizados, los sumergibles y las naves espaciales, estas consideraciones pueden ser fundamentales para la seguridad, y se necesitan sistemas complejos de control ambiental que incluyan equipos para mantener la presión.
Los aviones de pasajeros 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 de pasajeros. El calentamiento posterior de este aire reduce su humedad relativa. Esto causa molestias como ojos irritados, piel seca y sequedad de las mucosas, pero no se utilizan humidificadores para elevarla a niveles cómodos de rango medio porque el volumen de agua que se requiere llevar a bordo puede suponer una pérdida de peso significativa. A medida que los aviones de pasajeros descienden de altitudes más frías a aire más cálido, quizás incluso volando a través de nubes a unos pocos miles de pies sobre el suelo, la humedad relativa ambiental puede aumentar drásticamente.
Una parte de este aire húmedo suele ser aspirado hacia la cabina presurizada del avión y hacia otras áreas no presurizadas del avión y se condensa en el revestimiento frío del avión. Normalmente se puede ver agua líquida corriendo por el 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 funcionar en esos entornos. 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 presentan otro peligro, la formación de hielo en el interior del carburador . Por ello, los informes meteorológicos de aviación ( 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 un nivel alto de 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 cuando se mide en términos de la densidad del aire en lugar de la distancia desde el suelo. La "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, provocará un aumento de la altitud de densidad. Por lo tanto, en condiciones cálidas y húmedas, la altitud de densidad en un lugar determinado puede ser significativamente mayor que la altitud real.
Los dispositivos electrónicos suelen estar clasificados para funcionar solo bajo ciertas condiciones de humedad (por ejemplo, del 10 % al 90 %). La humedad óptima para los dispositivos electrónicos es del 30 % al 65 %. En el extremo superior del rango, la humedad puede aumentar la conductividad de los aislantes permeables y provocar un mal funcionamiento. Una humedad demasiado baja puede hacer que los materiales se vuelvan frágiles. Un peligro particular para los artículos electrónicos, independientemente del rango de humedad de funcionamiento indicado, es la condensación . Cuando un artículo electrónico se traslada de un lugar frío (por ejemplo, garaje, coche, cobertizo, espacio con aire acondicionado en los trópicos) a un lugar cálido y húmedo (casa, fuera de los trópicos), la condensación puede recubrir las placas de circuitos y otros aislantes, lo que provoca un cortocircuito en el interior del equipo. Estos cortocircuitos pueden causar daños permanentes importantes si el equipo se enciende antes de que se haya evaporado la condensación . A menudo se puede observar un efecto de condensación similar cuando una persona que lleva gafas entra del frío (es decir, las gafas se empañan). [55]
Es recomendable dejar que los equipos electrónicos se aclimaten durante varias horas, después de sacarlos del frío, antes de encenderlos. Algunos dispositivos electrónicos pueden detectar este cambio e indicar, cuando se los enchufa 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 los componentes internos del dispositivo, como quitar el panel lateral de la carcasa de un 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 los dispositivos de estado sólido , lo que da lugar a daños irreversibles. Los centros de datos suelen controlar los niveles de humedad relativa por estos motivos.
La humedad alta puede tener a menudo 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 de ácido sulfúrico húmedo ). Por ejemplo, debido a que la humedad reduce las concentraciones de oxígeno ambiental (el aire seco normalmente contiene un 20,9 % de oxígeno, pero a una humedad relativa del 100 % el aire contiene un 20,4 % de oxígeno), los ventiladores de gases de combustión deben aspirar aire a un ritmo mayor del que se requeriría de otro modo para mantener la misma tasa de combustión. [56]
La humedad alta en el horno, representada por una temperatura de bulbo húmedo elevada , aumenta la conductividad térmica del aire alrededor del producto horneado, lo que conduce a un proceso de horneado más rápido o incluso a la quema. Por el contrario, la humedad baja 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 la sublimación del hielo cercano ni la 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 nubes reducen el nivel de sobresaturación necesario para formar nieblas y nubes: en ausencia de núcleos alrededor de los cuales se puedan formar gotitas o hielo, se requiere un nivel más alto de sobresaturación para que estas gotitas o cristales de hielo se formen espontáneamente. En la cámara de nubes 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, por lo que los rastros de niebla muestran las trayectorias de esas partículas.
Para un punto de rocío determinado y su humedad absoluta correspondiente , la humedad relativa cambiará de manera inversa, aunque no lineal, 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 los secadores de pelo hasta los deshumidificadores .
Debido al aumento de la presión parcial de vapor de agua a temperaturas del aire más altas, el contenido de agua del aire a nivel del mar puede llegar a ser tan alto como el 3 % en masa a 30 °C (86 °F), en comparación con no más de aproximadamente el 0,5 % 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 ingresa al interior aumenta su capacidad de humedad, lo que reduce la humedad relativa y aumenta las tasas de evaporación de las superficies húmedas en el interior, incluidos los cuerpos humanos y las plantas domésticas.
De manera similar, durante el verano, en los 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 hace que se formen gotitas de agua en el exterior de una taza que contiene una bebida helada.
Una regla práctica útil es que la humedad absoluta máxima se duplica por cada 11 °C (20 °F) de aumento de temperatura. Por lo tanto, la humedad relativa se reducirá en un factor de 2 por cada 11 °C (20 °F) de aumento de temperatura, suponiendo que se conserva la humedad absoluta. Por ejemplo, en el rango de temperaturas normales, el aire a 20 °C (68 °F) y una humedad relativa del 50 % se saturará si se enfría a 10 °C (50 °F), su punto de rocío, y el aire a 5 °C (41 °F) y una humedad relativa del 80 % calentado a 20 °C (68 °F) tendrá una humedad relativa de solo el 29 % y se sentirá seco. En comparación, la norma de confort térmico ASHRAE 55 requiere que los sistemas diseñados para controlar la humedad mantengan 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 que se encuentra 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 dificultar la evaporación de la transpiración de la piel a medida que aumenta la humedad relativa. Este efecto se calcula como el índice de calor o humidex .
El dispositivo que se utiliza para medir la humedad se llama higrómetro ; el que se utiliza para regularla se llama higrostato o, a veces, higrostato . Son análogos a un termómetro y a un termostato para medir la temperatura, respectivamente.
...al aumentar la humedad relativa por encima del 50% dentro del rango de temperatura mencionado anteriormente, el 80% o más de todas las personas vestidas promedio se sentirían cómodas.
Una humedad relativa superior al 60 % resulta incómoda cuando está mojada. El confort humano requiere que la humedad relativa se encuentre en el rango de 25 a 60 % de HR.
