EL AGUA EN LA ATMÓSFERA

Introducción

El aire de la atmósfera se considera normalmente como una mezcla de dos componentes: aire seco y agua. El agua es la única sustancia de la atmósfera que puede condensar (pasar de vapor a líquido) o evarporarse (pasar de líquido a vapor) en las condiciones ambientales que conocemos en la Tierra. Este hecho justifica la división del aire atmosférico es aire seco y agua, y además provocan una gran cantidad de fenómenos meteorlógicos como la lluvia, el rocío, las nubes etcétera. Además de todo esto, el estudio del agua en el aire atmosférico es esencial para la sensación de bienestar.

La temperatura ambiente es uno de los factores que más condicionan la comodidad humana en un recinto pero no el único. ¿Cuántas veces asociamos la sensación de calor a la temperatura medida en el termómetro?

Sin embargo la sensación de calor, de acaloramiento, no sólo depende de la temperatura sino de la capacidad de cuerpo humano para transpirar. Esencialmente el proceso de transpiración es la evaporación de agua a través de la piel humana. Al evaporarse el agua, el cuerpo humano necesita suministrarle una cierta cantidad de calor (llamada calor latente). Esa pérdida de calor nos hace sentir un cierto frescor.

Este fenómeno se denomina enfriamiento evaporativo y se presenta muchas veces en la naturaleza. Por ejemplo sustancias como el alcohol, la colonia o la acetona se evaporan fácilmente; por eso cuando las tocamos con las manos nos parecen frías aunque realmente estén a la temperatura ambiente

También está muy relacionado este fenómeno con la realidad sociológica de Andalucía puesto que nuestros veranos se caracterizan por ser calurosos y secos (al menos fuera de las zonas costeras). Utensilios tan cotidianos como el popular botijo se basan en este fenónemos. Los botijos se hacen con materiales arcillosos que son muy porosos y permiten el paso de aire atmosférico. Al pasar el aire atmosférico evapora parte del agua del recinto y al evaporarla absobe calor de recinto y lo enfría.

También se usa este fenómeno en los jardines de Andalucía que se basan en una adecuada combinación de agua y sombra. La evaporación del agua en un ambiente seco reduce la temperatura del ambiente y aumentar la sensación de confort y frescor en nuestros cálidos veranos.

El hecho es que para poder transpirar es necesario que la atmósfera admita el vapor de agua que soltamos. Realmente la atmósfera no puede contener todo el vapor de agua que queramos sino que a partir de un cierto punto lo rechaza. Si esto llega a ocurrir el cuerpo humano no puede transpirar más y la sensación de calor aumenta.

La capacidad de la atmósfera para recibir vapor de agua se relaciona con los conceptos de humedad absoluta y humedad relativa:

Una humedad relativa del 100% significa un ambiente en el que no cabe más agua. El cuerpo humano no puede transpirar y la sensación de calor puede llegar a ser asfixiante. Corresponde a un ambiente húmedo. Una humedad del 0% corresponde a un ambiente seco. Se transpira con facilidad.

Cuando la humedad alcanza el valor del 100% se produce fenómenos de condensación que observamos en la vida diaria. El fenómeno del rocío en las mañanas de invierno se debe a que la humedad relativa del aire ha alcanzado el 100% y el aire no admite ya más agua. Entonces el agua condensa en forma líquida en superficie metálicas, hojas, flores etc. También se alcanza el 100% de humedad cuando usamos agua muy caliente en un reciento cerrado como por ejemplo un cuarto de baño. El agua caliente se evapora fácilmente y el aire de la habitación alcanza con rapidez el 100% de humedad. El resultado es de todos conocidos... se empañan (se humedecen) los espejos del lavabo.

Estos dos fenómenos son diferentes pero ilustran las dos formas en que puede aumentar la humedad de un recinto:

El primero de los fenómenos se relaciona con el concepto de temperatura de rocío. Si se mantiene la cantidad de agua del ambiente constante y se disminuye la temperatura llega un momento en que se alcanza una humedad relativa del 100%. Es momento es el punto de rocío y su temperatura la temperatura de rocío. Esto es justamente lo que ocurre en las madrugadas de invierno. La temperatura desciende tanto que llega al punto de rocío, en ese momento la humedad relativa del 100% hace que el agua se condense en las superficies.

Cualquier objeto de una habitación que tenga una temperatura menor que la temperatura de rocío presenta condensación en sus paredes por este fenómeno. Así ocurre por ejemplo cuando sacamos una lata de refresco de un frigorífico y la situamos en una mesa. Su temperatura es, seguramente, menor que la de rocío y observamos como la lata se empaña de humedad.

Los que usan gafas conocen perfectamente qué ocurre cuando, en una fría mañana de invierno, se introducen súbitamente en un recinto cerrado y caliente (por ejemplo en un autobús). La temperatura de los cristales de las gafas es muy baja y menor que la temperatura de rocío del recinto. Los cristales se empañan rápidamente hasta que se calientan y se sitúan a la temperatura del recinto.

Cómo se mide la humedad relativa

Medir la humedad relativa y la temperatura de rocío de un recinto no es tarea fácil. La forma más sencilla es medir lo que se conoce como temperatura de bulbo seco y temperatura de bulbo húmedo.

La temperatura de bulbo seco se corresponde con la temperatura ambiental tal y como se mide normalmente. Es decir en un lugar sombrío y al abrigo de corrientes de aire y con un termómetro de mercurio o alcohol. El bulbo del termómetro se mantiene directamente al aire.

Para medir la temperatura de bulbo húmedo se usa el mismo tipo de termómetro pero se reliza la siguiente operación. Se llena en un pequeño vaso con agua. Se introduce en el agua una sustancia porosa como una buena cantidad de algodón y un trozo de tela natural pero siempre de forma que parte esté sumergida en el agua y otra parte quede fuera del agua. El bulbo del termómetro se colocará rodeado de la tela o el algodón que sobresalga del agua.

El principio de funcionamiento es similar al de un mechero de alcohol como los que viene en los juegos de Química elemental o los que se tiene en un laboratorio. En un mechero de alcohol la mecha se introduce en alcohol y parte queda al aire. Al acercar una llama la mecha arde porque se mantiene impregnada por el alcohol que sube por capilaridad desde la parte de la mecha introduciza en el alcohol. Mientras haya mecha sumergida en el alcohol la mecha sobrante permanecerá impreganada de alcohol y arderá.

En el caso del termómetro de bulbo húmedo el algodón o la tela que lo sustituye hace las veces de mecha y el agua hace las veces de alcohol. Cuando rodeamos el bulbo del termométro con el algodón o tela lo estamos rodeando de una sustancia que esta humedecida. El aire circulante en la atmósfera 'choca' con el algodón humedecido y evapora parte del agua (de la misma forma que la llama 'evapora' parte del alcohol en un mechero). Al evaporar el agua debe absorber el calor latente y lo hace robado calor al bulbo del termométro. Entonces la temperatura del termómetro desciende.

La temperatura del termometro desciende continuamente hasta que el aire de los alrededores se satura, es decir, no admite más agua. Entonces la temperatura permanece en un valor fijo que se denomina temperatura del bulbo húmedo.

Conociendo la temperatura del bulbo seco (temperatura normal) y la temperatura del bulbo húmedo podemos conocer las condiciones ambientales de humedad. Para esto es necesario una fórmula compleja que hemos implementado en la siguiente applet.

El manejo de la applet es muy sencillo. Una vez que se han medido las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo se introducen en sus casillas correspondientes. Pulsando el botón Calcular el programa devuelve la humedad relativa, humedad absoluta y la temperatura de rocío.

No es difícil realizar este experimento. Se nececistan:

AVISO:Las fórmulas son aproximadas. Sólo deben considerarse los dos primeros dígitos diferentes de cero de cada dato obtenido. Las fórmulas sólo son válidas a presión atmosférica y entre 5 y 40 grados centígrados.

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Copyright por José María Martín Olalla y José Antonio Pérez Gómez. 2000