La sensación térmica (popularmente factor de sensación térmica ) es la sensación de frío producida por el viento para una determinada temperatura del aire ambiente en la piel expuesta a medida que el movimiento del aire acelera la velocidad de transferencia de calor del cuerpo a la atmósfera circundante. Sus valores son siempre inferiores a la temperatura del aire en el rango donde la fórmula es válida. Cuando la temperatura aparente es mayor que la temperatura del aire, se utiliza el índice de calor .
Una superficie pierde calor por conducción , evaporación , convección y radiación . [1] La velocidad de convección depende tanto de la diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido que la rodea como de la velocidad de ese fluido con respecto a la superficie. A medida que la convección de una superficie cálida calienta el aire a su alrededor, se forma una capa límite aislante de aire caliente contra la superficie. El aire en movimiento altera esta capa límite, o epiclima, lo que permite que el aire más frío reemplace el aire cálido contra la superficie. Cuanto más rápida es la velocidad del viento, más fácilmente se enfría la superficie.
Existen muchas fórmulas para la sensación térmica porque, a diferencia de la temperatura, la sensación térmica no tiene una definición o medición estándar universalmente acordada. Todas las fórmulas intentan predecir cualitativamente el efecto del viento sobre la temperatura que perciben los humanos . Los servicios meteorológicos de diferentes países utilizan estándares exclusivos de su país o región; por ejemplo, los servicios meteorológicos de EE.UU. y Canadá utilizan un modelo aceptado por el Servicio Meteorológico Nacional . Ese modelo ha evolucionado con el tiempo.
Las primeras fórmulas y tablas de sensación térmica fueron desarrolladas por Paul Allman Siple y Charles F. Passel, que trabajaban en la Antártida antes de la Segunda Guerra Mundial, [2] y el Servicio Meteorológico Nacional las puso a disposición en la década de 1970. [2] Se basaron en la velocidad de enfriamiento de una pequeña botella de plástico cuando su contenido se convertía en hielo mientras estaba suspendido en el viento en el techo de la cabaña de expedición, al mismo nivel que el anemómetro . [2] El llamado índice Windchill proporcionó una indicación bastante buena de la severidad del clima. [2]
En la década de 1960, la sensación térmica comenzó a informarse como una temperatura equivalente a la sensación térmica (WCET), que en teoría es menos útil. Se desconoce el autor de este cambio, pero no fue Siple o Passel como generalmente se cree. [ cita necesaria ] Al principio, se definió como la temperatura a la que el índice de sensación térmica sería el mismo en ausencia total de viento. Esto llevó a temperaturas equivalentes que exageraron la severidad del clima. Charles Eagan [3] se dio cuenta de que la gente rara vez está quieta y que incluso cuando está en calma, hay algo de movimiento de aire. Redefinió la ausencia de viento como una velocidad del aire de 1,8 metros por segundo (6,5 km/h; 4,0 mph), que era la velocidad del viento más baja que podía medir un anemómetro de copa. Esto condujo a valores de temperatura equivalente más realistas (que suenan más cálidos).
La temperatura equivalente no se utilizó universalmente en América del Norte hasta el siglo XXI. Hasta la década de 1970, las zonas más frías de Canadá presentaban el índice de sensación térmica original, un número de tres o cuatro dígitos con unidades de kilocalorías /hora por metro cuadrado. Cada individuo calibró la escala de números personalmente, a través de la experiencia. El gráfico también proporcionó orientación general sobre comodidad y peligro a través de valores umbral del índice, como 1400, que era el umbral de congelación .
La fórmula original del índice era: [4] [5]
En noviembre de 2001, Canadá, Estados Unidos y el Reino Unido implementaron un nuevo índice de sensación térmica desarrollado por científicos y expertos médicos del Grupo de Acción Conjunta para Índices de Temperatura (JAG/TI). [6] [7] [8] Se determina iterando un modelo de temperatura de la piel bajo varias velocidades y temperaturas del viento utilizando correlaciones de ingeniería estándar de velocidad del viento y tasa de transferencia de calor. La transferencia de calor se calculó para una cara desnuda en el viento, de cara al viento, mientras caminaba hacia él a 1,4 m/s (5,0 km/h; 3,1 mph). El modelo corrige la velocidad del viento medida oficialmente a la velocidad del viento a la altura de la cara, suponiendo que la persona se encuentra en un campo abierto. [9] Los resultados de este modelo pueden aproximarse, con una precisión de un grado, a partir de las siguientes fórmulas.
La fórmula estándar de sensación térmica para Environment Canada es: [2]
donde T wc es el índice de sensación térmica, basado en la escala de temperatura Celsius; T a es la temperatura del aire en grados Celsius; y v es la velocidad del viento a 10 m (33 pies) de altura del anemómetro estándar , en kilómetros por hora. [10]
Cuando la temperatura es de -20 °C (-4 °F) y la velocidad del viento es de 5 km/h (3 mph), el índice de sensación térmica es -24. Si la temperatura permanece en -20 °C y la velocidad del viento aumenta a 30 km/h (19 mph), el índice de sensación térmica cae a -33.
La fórmula equivalente en unidades habituales de EE. UU. es: [11] [2]
donde T wc es el índice de sensación térmica, basado en la escala Fahrenheit; T a es la temperatura del aire en grados Fahrenheit; y v es la velocidad del viento en millas por hora. [12]
La sensación térmica se define solo para temperaturas iguales o inferiores a 10 °C (50 °F) y velocidades del viento superiores a 4,8 km/h (3,0 mph). [11]
A medida que cae la temperatura del aire, aumenta el efecto refrescante de cualquier viento presente. Por ejemplo, un viento de 16 km/h (10 mph) reducirá la temperatura aparente por un margen más amplio a una temperatura del aire de -20 °C (-4 °F) que un viento de la misma velocidad si la temperatura del aire fuera −10 °C (14 °F).
El WCET de 2001 es un cálculo de estado estacionario (excepto las estimaciones del tiempo hasta la congelación). [13] Hay importantes aspectos que dependen del tiempo en la sensación térmica debido a que el enfriamiento es más rápido al comienzo de cualquier exposición, cuando la piel aún está caliente.
La temperatura aparente (AT), inventada a finales de los años 1970, fue diseñada para medir la sensación térmica en condiciones interiores. Se amplió a principios de los años 1980 para incluir el efecto del sol y el viento. El índice AT utilizado aquí se basa en un modelo matemático de un adulto caminando al aire libre, a la sombra (Steadman 1994). El AT se define como la temperatura, en el nivel de humedad de referencia, que produce la misma cantidad de malestar que el experimentado bajo la temperatura y humedad ambiente actuales. [14]
La fórmula [15] es:
dónde:
La presión de vapor se puede calcular a partir de la temperatura y la humedad relativa mediante la ecuación:
dónde:
La fórmula australiana incluye el importante factor de humedad y es algo más complicada que el modelo norteamericano, más simple. La fórmula norteamericana fue diseñada para aplicarse a bajas temperaturas (tan bajas como -46 °C o -50 °F) cuando los niveles de humedad también son bajos. La versión para climas cálidos del AT (1984) es utilizada por el Servicio Meteorológico Nacional de Estados Unidos. En Estados Unidos, esta versión simple del AT se conoce como índice de calor .
