El punto de rocío de una determinada masa de aire es la temperatura a la que debe enfriarse para saturarse de vapor de agua. Esta temperatura depende de la presión y del contenido de agua del aire. Cuando el aire se enfría por debajo del punto de rocío, su capacidad de humedad se reduce y el vapor de agua en el aire se condensará para formar agua líquida conocida como rocío . [1] Cuando esto ocurre a través del contacto del aire con una superficie más fría, se formará rocío en esa superficie. [2]
El punto de rocío se ve afectado por la humedad del aire . Cuanta más humedad contenga el aire, mayor será su punto de rocío. [3]
Cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación del agua, el punto de rocío se llama punto de escarcha , ya que la escarcha se forma por deposición en lugar de condensación. [4] En líquidos, el análogo del punto de rocío es el punto de turbidez .
Si todos los demás factores que influyen en la humedad permanecen constantes, a nivel del suelo la humedad relativa aumenta a medida que baja 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 [5] no supera el 100%. [6]
En términos técnicos, el punto de rocío es la temperatura a la que el vapor de agua de una muestra de aire a presión barométrica constante se condensa en agua líquida a la misma velocidad a la que se evapora. [7] 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 la altitud en la que se forma. Si la temperatura está por debajo del punto de rocío y no se forma rocío ni niebla, el vapor se llama sobresaturado . Esto puede suceder si no hay suficientes partículas en el aire para actuar como núcleos de condensación . [5]
El punto de rocío depende de la cantidad de vapor de agua que contiene 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 sólo unos pocos grados más frías que el aire. [8]
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. [9]
Los pilotos de aviación general utilizan datos del punto de rocío para calcular la probabilidad de formación de hielo y niebla en el carburador , y para estimar la altura de la base de una nube cumuliforme .
El aumento de la presión barométrica eleva el punto de rocío. [10] 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 elevación) y Denver (5280 pies o 1610 m de elevación [11] ). Debido a que Denver está a mayor altura 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.
Cuando la temperatura del aire es alta, el cuerpo humano utiliza la evaporación del sudor para enfriarse, y el efecto de enfriamiento está directamente relacionado con la rapidez con la que se evapora el sudor. La velocidad a la que se puede evaporar la transpiración depende de cuánta humedad hay en el aire y de 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 produce sudor excede la tasa de evaporación, por lo que uno puede cubrirse de sudor en días húmedos incluso sin generar calor corporal adicional (como como haciendo ejercicio).
A medida que el aire que rodea el cuerpo se calienta con el calor corporal, 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 efectiva para enfriar el cuerpo, aumentando así la comodidad. Por el contrario, el confort disminuye a medida que aumenta la transpiración no evaporada.
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 aproximadamente -5 °C o 23 °F). [ cita necesaria ] 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 mantener el aire interior entre 20 y 24,5 °C (68 y 76 °F) con una humedad relativa del 20 al 60 %, [12] equivalente a un punto de rocío de aproximadamente 4,0 a 16,5 °C ( 39 a 62 °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 enfriamiento. Un punto de rocío más bajo puede ir acompañado de una temperatura alta sólo 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 malestar 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 otras pueden encontrar cómodos puntos de rocío de hasta 18 °C (64 °F). La mayoría de los habitantes de zonas templadas considerarán que los puntos de rocío superiores a 21 °C (70 °F) son opresivos y tropicales, mientras que los habitantes de zonas cálidas y húmedas pueden no encontrar esto incómodo. El confort térmico depende no sólo de factores físicos ambientales, sino también de factores psicológicos. [13]
Los dispositivos llamados higrómetros se utilizan para medir el punto de rocío en un amplio rango de temperaturas. Estos dispositivos constan de un espejo de metal pulido que se enfría al pasar aire sobre él. El punto de rocío se revela al observar la pérdida de claridad en el reflejo que proyecta el espejo. Se pueden usar dispositivos manuales de este tipo para calibrar otros tipos de sensores de humedad, y se pueden usar sensores automáticos 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.
Una aproximación bien conocida utilizada para calcular el punto de rocío, T d , dada solo la temperatura del aire real ("bulbo seco"), T (en grados Celsius) y la humedad relativa (en porcentaje), RH, es la fórmula de Magnus:
La formulación más completa y el origen de esta aproximación involucran la presión de vapor de agua saturada interrelacionada ( en unidades de milibares , también llamados hectopascales ) en T , Ps ( T ), y la presión de vapor real (también en unidades de milibares ) , Pa ( T ), que puede calcularse con HR o aproximarse con la presión barométrica (en milibares), BP mbar y la temperatura de " bulbo húmedo ", T w es (a menos que se indique lo contrario, todas las temperaturas se expresan en grados Celsius ):
Para mayor precisión, P s ( T ) (y por lo tanto γ ( T , RH)) se puede mejorar, utilizando parte de la modificación de Bögel , también conocida como ecuación de Arden Buck , que agrega una cuarta constante d :
Se utilizan varios conjuntos de constantes diferentes. Los utilizados en la presentación de la NOAA [17] están tomados de un artículo de 1980 de David Bolton en Monthly Weather Review : [18]
Estas valoraciones proporcionan un error máximo del 0,1%, para −30 °C ≤ T ≤ 35°C y 1% < RH < 100% . También es digno de mención el Sonntag1990, [19]
Otro conjunto común de valores se origina en las Cartas Psicrométricas y Psicrométricas de 1974 . [20]
Además, en el Journal of Applied Meteorology and Climatology , [21] 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 incluso menor dentro del rango indicado que todos los conjuntos anteriores:
También existe 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 aproximadamente ±1 °C siempre que la humedad relativa sea superior al 50 %:
Esto se puede expresar como una simple regla general:
Por cada diferencia de 1 °C en el punto de rocío y las temperaturas de bulbo seco, la humedad relativa disminuye en un 5%, comenzando con HR = 100% cuando el punto de rocío es igual a la temperatura de bulbo seco.
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 Sociedad Meteorológica Estadounidense . [22]
Para temperaturas en grados Fahrenheit, estas aproximaciones resultan en
Por ejemplo, una humedad relativa del 100% significa que el punto de rocío es igual a la temperatura del aire. Para una humedad relativa del 90%, 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.
El punto de escarcha es similar al punto de rocío en que es la temperatura a la que se debe enfriar una determinada porción 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 pasar por la fase líquida ( comparar con la sublimación ). El punto de congelación de una determinada porción de aire es siempre más alto que el punto de rocío, ya que romper el enlace 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. [23]
![{\displaystyle {\begin{aligned}\gamma (T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{100}}\right)+{\frac {bT }{c+T}};\\[8pt]T_{\mathrm {d} }&={\frac {c\gamma (T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma (T,\mathrm {RH} )}};\end{alineado}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4d6540b75b74d54b0975f41500d7ede7db17ef49)
![{\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} )}\\&\aprox P_{\mathrm {s} }(T_{\mathrm {w} })-BP_{\mathrm {mbar} }0.00066\left(1+0.00115T_{\mathrm {w} }\right)\left(T-T_{\mathrm {w} }\right);\\[8pt]T_{\mathrm {d } }&={\frac {c\ln {\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/151e7346ec0c652121de4e4139befa4bad23cf43)
![{\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_{d}&={\frac {c\ln {\frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}{b-\ln {\ frac {P_{\mathrm {a} }(T)}{a}}}}={\frac {c\ln \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 {c\gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )}{b-\gamma _{m }(T,\mathrm {RH} )}};\end{alineado}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e146a6471a110e21cbfc8671f5c6c63e69859c12)
![{\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {d} }&\aprox T-{\frac {100-\mathrm {RH} }{5}};\\[5pt]\mathrm {RH} & \aproximadamente 100-5(T-T_{\mathrm {d} });\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b54173dff93cb7847418ef417ed0156bca3e43ba)
![{\displaystyle {\begin{aligned}T_{\mathrm {d,^{\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 {d,^{\circ }F} }\right);\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a397f334fb9d714b019bdd03e760bb821a4e4bc2)