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 transportado por el aire se condensa 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 . Cuanto más humedad contenga el aire, más alto será su punto de rocío. [3]
Cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación del agua, el punto de rocío se denomina punto de escarcha , ya que la escarcha se forma por deposición en lugar de condensación. [4] En los líquidos, el análogo del punto de rocío es el punto de enturbiamiento .
Si todos los demás factores que influyen en la humedad se mantienen constantes, a nivel del suelo la humedad relativa aumenta a medida que la temperatura desciende; 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 en 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 inferiores al punto de rocío, la velocidad de condensación será mayor que la de evaporación, formándose más agua líquida. El agua condensada se llama rocío cuando se forma sobre una superficie sólida, o escarcha si se congela. En el aire, el agua condensada se llama niebla o nube , dependiendo de su altitud cuando se forma. Si la temperatura está por debajo del punto de rocío, y no se forma rocío ni niebla, el vapor se 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 contenga el aire. Si el aire es muy seco y tiene pocas moléculas de agua, el punto de rocío es bajo y las superficies deben estar mucho más frías que el aire para que se produzca la condensación. Si el aire es muy húmedo y contiene muchas moléculas de agua, el punto de rocío es alto y puede producirse condensación en superficies que sean solo 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 altitud) y Denver (5280 pies o 1610 m de altitud [11] ). Debido a que Denver está a una altitud mayor que Nueva York, tenderá a tener una presión barométrica más baja. Esto significa que si el punto de rocío y la temperatura en ambas ciudades son iguales, la cantidad de vapor de agua en el aire será mayor en Denver.
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 velocidad a la que se evapora el sudor. La velocidad a la que se puede evaporar el sudor depende de la cantidad de humedad que haya en el aire y de la cantidad de humedad que pueda contener. Si el aire ya está saturado de humedad (húmedo), el sudor no se evaporará. La termorregulación del cuerpo producirá sudor en un esfuerzo por mantener el cuerpo a su temperatura normal incluso cuando la velocidad a la que se produce sudor supere la velocidad de evaporación, por lo que uno puede cubrirse de sudor en días húmedos incluso sin generar calor corporal adicional (por ejemplo, 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 eficaz para enfriar el cuerpo, lo que aumentará el confort. 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 -5 °C o 23 °F). [ cita requerida ] El aire más seco puede provocar que la piel se agriete y se irrite más fácilmente. También secará las vías respiratorias. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de los EE. UU. recomienda mantener el aire interior a 20–24,5 °C (68–76 °F) con una humedad relativa del 20–60%, [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, inferiores a 10 °C (50 °F), se correlacionan con temperaturas ambientales más bajas y hacen que el cuerpo necesite menos enfriamiento. Un punto de rocío más bajo puede acompañarse de una temperatura alta solo con una humedad relativa extremadamente baja, lo que permite un enfriamiento relativamente efectivo.
Las personas que habitan en climas tropicales y subtropicales se aclimatan un poco a puntos de rocío más altos. Así, un residente de Singapur o Miami , por ejemplo, podría tener un umbral de incomodidad más alto que un residente de un clima templado como Londres o Chicago . Las personas acostumbradas a los 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 los puntos de rocío de hasta 18 °C (64 °F). La mayoría de los habitantes de áreas templadas considerarán que los puntos de rocío superiores a 21 °C (70 °F) son opresivos y similares a los tropicales, mientras que los habitantes de áreas cálidas y húmedas pueden no encontrarlos incómodos. El confort térmico depende no solo de factores ambientales físicos, sino también de factores psicológicos. [13]
Los dispositivos denominados higrómetros se utilizan para medir el punto de rocío en un amplio rango de temperaturas. Estos dispositivos consisten en 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 proyectado por el espejo. Los dispositivos manuales de este tipo se pueden utilizar para calibrar otros tipos de sensores de humedad, y los sensores automáticos se pueden utilizar 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 un proceso de fabricación.
Una aproximación empírica 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: donde b = 17,625 y c = 243,04 °C. [16] Los valores de b y c se seleccionaron minimizando la desviación máxima en el rango de -40 °C a +50 °C.
La formulación y origen más completos de esta aproximación involucran la presión de vapor de agua saturada interrelacionada (en unidades de milibares , también llamados hectopascales ) en T , P s ( T ), y la presión de vapor real (también en unidades de milibares), P a ( T ), que se puede encontrar con RH o aproximarse con la presión barométrica (en milibares), BP mbar , y la temperatura de " bulbo húmedo ", T w es (a menos que se declare lo contrario, todas las temperaturas se expresan en grados Celsius ):
Para una 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 : donde
Se utilizan varios conjuntos de constantes diferentes. Los que se utilizan en la presentación de la NOAA [17] se tomaron de un artículo de 1980 de David Bolton en Monthly Weather Review : [18]
Estas valoraciones proporcionan un error máximo de 0,1%, para −30 °C ≤ T ≤ 35 °C y 1% < HR < 100% . También cabe destacar el Sonntag1990, [19]
Otro conjunto común de valores se origina en la Psicrometría y los Gráficos Psicrométricos 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 en particular 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 sencilla que permite realizar la conversión entre el punto de rocío, la temperatura y la humedad relativa. Este método tiene una precisión de aproximadamente ±1 °C siempre que la humedad relativa sea superior al 50 %:
Esto se puede expresar como una regla general sencilla:
Por cada 1 °C de diferencia entre las temperaturas del punto de rocío y del bulbo seco, la humedad relativa disminuye un 5%, comenzando con HR = 100% cuando el punto de rocío es igual a la temperatura del bulbo seco.
La derivación de este enfoque, un análisis de 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 Americana . [22]
Para las temperaturas en grados Fahrenheit, estas aproximaciones funcionan como sigue:
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 % más bajo, el punto de rocío cae 3 °F.
El punto de congelación 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 (compárese con la sublimación ). El punto de congelación para una determinada porción de aire es siempre más alto que el punto de rocío, ya que romper la unión más fuerte entre las moléculas de agua en la superficie del hielo en comparación con la superficie del agua líquida ( superenfriada ) 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{aligned}}}](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} )}\\&\approx 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{alineado}}}](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} }&\approx T-{\frac {100-\mathrm {RH} }{5}};\\[5pt]\mathrm {RH} &\approx 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)