09
Febrero
2021

Humedad ambiental

La humedad ambiental se refiere la presencia de vapor de agua en el aire. Aunque casi siempre se piensa en la atmósfera simplemente como una masa de aire, lo cierto es que el vapor de agua juega un papel muy importante en su composición, incluso en las zonas áridas. Por otro lado, es común que cuando se habla del confort humano lo primero que venga a la mente es la temperatura del aire. Aunque ese parámetro es muy importante, la humedad ambiental también influye de manera determinante en la sensación de confort de las personas.

El nivel de humedad en un sitio depende de diversos factores, entre los que se encuentran la composición de las masas de aire que llegan a él por medio del viento, la disponibilidad de cuerpos de agua y masas vegetales, el régimen de precipitaciones, las tasas de evaporación y las temperaturas promedio del aire. Existen diversos parámetros empleados para medir la humedad ambiental, entre los que se encuentran la humedad absoluta, la humedad relativa y la presión de vapor. Veamos que significa cada uno de ellos.

Humedad absoluta

La humedad absoluta indica la cantidad total de vapor de agua que contiene un volumen de aire con una temperatura y presión determinadas, y se expresa en gramos por metros cúbicos (g/m3). Debido principalmente a los cambios en su densidad, mientras más alta es la temperatura del aire más vapor de agua puede contener sin producir condensaciones. Dicho en otros términos, conforme aumenta la temperatura del aire más elevada puede ser la humedad absoluta. Como se verá más adelante, si bien este parámetro indica con claridad el nivel de humedad en el aire, por sí mismo no es muy útil para estimar su impacto en el confort de las personas.

Existen algunas variables de medición de la humedad absoluta, como la humedad específica y la razón de mezcla. El primer concepto indica la cantidad de vapor de agua por masa de aire húmedo, mientras que el segundo se define como la razón entre la masa de vapor de agua y la masa de aire seco. Ambos parámetros se expresan en gramos por kilogramo (g/Kg).

Humedad relativa

La humedad relativa representa la razón entre la humedad absoluta real de un volumen de aire y la humedad absoluta máxima que podría alcanzar sin producir condensaciones, dadas las mismas condiciones de temperatura y presión atmosférica. Dicho en términos más simples, nos indica la relación entre la cantidad real y la cantidad posible de vapor de agua, expresada generalmente como porcentaje. Por ejemplo, si una masa de aire contiene la mitad del vapor de agua que podría contener, de acuerdo con las condiciones de temperatura y presión atmosférica, entonces su humedad relativa equivale al 50%. Debido a que mientras más caliente es el aire más vapor de agua puede contener, una alta humedad relativa en una masa de aire caliente representa una humedad absoluta mucho mayor que la misma humedad relativa en una masa de aire frío.

Obviamente, el máximo valor de humedad relativa es 100% (cuando la humedad absoluta es igual a la máxima posible). Este valor máximo también se identifica como el punto de saturación o rocío, es decir el punto a partir del cual se empiezan a producir condensaciones.

A diferencia de la humedad absoluta, la humedad relativa nos da una idea más clara del impacto que la cantidad de vapor de agua presente en el aire genera en el confort de las personas. Esto se debe fundamentalmente a que expresa directamente el potencial de evaporación de los fluidos del cuerpo humano. Cuando la humedad relativa es muy baja, digamos menor al 25%, significa que el aire puede recibir vapor de agua con mucha facilidad, lo cual eleva de manera importante las tasas de evaporación. Si esta condición se da junto con una temperatura elevada el cuerpo genera una gran cantidad de sudor que se evapora con rapidez, lo que puede provocar malestar físico e incluso deshidratación. Los ojos y las membranas mucosas también se secan con facilidad, incrementando la incomodidad y las posibilidades de infección. Por otro lado, si la humedad relativa es muy elevada, por ejemplo superior al 80% (cerca del punto de saturación), significa que el aire no puede recibir más vapor de agua con facilidad, con lo que se reducen las tasas de evaporación. Si esto se da junto con una elevada temperatura, el sudor producido por el cuerpo humano no se evapora fácilmente y pierde eficiencia como mecanismo de enfriamiento. En condiciones extremas esta situación puede llevar a un choque de calor.

Presión de vapor

La cantidad de vapor de agua contenida en el aire se puede expresar también mediante la presión que ejerce dicho vapor de manera independiente, considerando que la presión total de un volumen atmosférico es igual a la suma de la presión ejercida por el aire seco y la presión ejercida por el vapor de agua.

El valor de la presión de vapor depende directamente de la cantidad de moléculas de agua presentes en un determinado volumen de aire, es decir, de la masa de vapor de agua por unidad de volumen de aire. Si consideramos que a mayor temperatura el aire puede contener más vapor de agua, tenemos entonces que, dada una misma humedad relativa, mientras más alta sea la temperatura del aire mayor será la presión de vapor. Igualmente la presión de vapor será mayor en la medida en que, dada una misma temperatura del aire, la humedad relativa sea más elevada. Cuando el aire se encuentra saturado la presión parcial de vapor de agua depende exclusivamente de la temperatura.

La presión de vapor de agua generalmente se mide en milibares (mb), en kilopascales (kPa) o en milímetros de mercurio (mm Hg), siendo que 1mb = 0.1 kPa = 0.75 mm Hg. Cuando se requieren mediciones muy precisas, para estimar la presión de vapor se emplean aparatos como el espectrógrafo de masas. Los valores más elevados, superiores a los 30 mb, suelen darse en las zonas tropicales, cerca de la superficie del mar, donde se tienen elevados valores de temperatura y humedad relativa.

Medición de la humedad ambiental

La humedad ambiental se puede medir mediante diversos tipos de instrumentos, en conjunto conocidos como higrómetros. Uno de los más antiguos y simples es el higroscopio, el cual utiliza un haz de cabellos humanos (o de fibras orgánicas de propiedades higroscópicas similares) que cambia de dimensión de acuerdo con la humedad relativa del aire. Cuando la humedad relativa es baja el cabello se contrae, pero conforme aumenta la humedad el cabello absorbe vapor de agua, incrementando su grosor y longitud. Mediante dispositivos mecánicos especiales es posible emplear los cambios de longitud del haz de cabellos para obtener una medida aproximada de la humedad relativa.

Para lograr mediciones más precisas las estaciones meteorológicas automatizadas suelen usar higrómetros electrónicos, los cuales aprovechan la capacidad de algunos materiales para absorber humedad a través de su superficie. Al modificar el comportamiento de un circuito electrónico, este proceso genera señales eléctricas que permite medir con bastante precisión la humedad ambiental. Otros higrómetros, como los de absorción, utilizan sustancias químicas altamente higroscópicas y miden cambios en su peso, volumen o transparencia para determinar los niveles de humedad en el ambiente.

Quizá la manera más fácil de medir la humedad ambiental es mediante el empleo de un psicrómetro. Este dispositivo, en su forma básica, integra un termómetro de bulbo seco y un termómetro de bulbo húmedo montados en el mismo marco. Conociendo la temperatura de bulbo seco y la temperatura de bulbo húmedo es posible calcular la humedad ambiental mediante una ecuación que establece un balance entre la energía requerida en los procesos de evaporación y la energía extraída de la masa de aire en torno al bulbo húmedo. También es posible hacer el cálculo mediante una tabla o un diagrama psicrométrico, pero de manera más imprecisa.

Otra forma de medir la humedad ambiental es mediante un higrómetro de condensación, o de punto de rocío, cuyo funcionamiento se explica en la sección de Temperatura. Una vez obtenida la temperatura de rocío, si se conoce también la temperatura ambiental, es posible determinar la humedad relativa mediante una tabla o un diagrama psicrométrico.


Referencias

[1] D. Clements-Croome, BUILDINGS AS CLIMATIC MODIFIERS. 2020.

[2] V. Jain, V. Garg, J. Mathur, and S. Dhaka, “Effect of operative temperature based thermostat control as compared to air temperature based control on energy consumption in highly glazed buildings,” presented at the Proceedings of Building Simulation 2011: 12th Conference of International Building Performance Simulation Association, Nov. 2011.

[3] J. Niu and J. Burnett, “Integrating radiant/operative temperature controls into building energy simulations,” in ASHRAE Transactions, Dec. 1998, vol. 104, no. 2, pp. 210–217, Accessed: Feb. 02, 2021. [Online]. Available: https://research.polyu.edu.hk/en/publications/integrating-radiantoperative-temperature-controls-into-building-e.

[4] V. Olgyay, Arquitectura y clima: Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. Barcelona: Editorial Gustavo Gili, S.L., 1998.

[5] G. Schmidt, “Climate Classification,” May 10, 2016, doi: 10.13140/RG.2.2.36606.59209.

[6] D. Watson and K. Labs, Climatic design. New York; London: McGraw-Hill, 1983.

[7] ASHRAE, Handbook 2009: Fundamentals. Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 2009.


Safe Creative #2102096874416 Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial del contenido de este artículo, incluyendo tablas y figuras, sin la autorización expresa de Seiscubos.


Autor: Arturo Ordóñez García Última actualización: Martes, 09 Febrero 2021 Categorias: Clima y lugar, Factores ambientales

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