HUMEDAD ATMOSFERICA

HUMEDAD ATMOSFERICA El agua en todas sus formas y manifestaciones constituye un elemento básico del clima por su papel fundamental en el ciclo energético y como principal responsable de los cambios de tiempo en los diferentes climas regionales.

Existe de manera natural en los tres estados de agregación de la materia: Sólido Liquido Gaseoso Aunque la cantidad de humedad acumulada en el aire es pequeña, su papel es decisivo para el mantenimiento del balance térmico y balance hidrológico de la Tierra.

El vapor de agua al condensarse libera grandes cantidades de energía que condicionan la circulación general atmosférica; además en el ciclo evaporación – precipitación no sólo hay transporte de humedad, sino también transferencia de calor que mantiene la superficie terrestre más fría y la atmósfera más caliente.

Existen diversas maneras de expresar matemáticamente la humedad del aire y estas son: La humedad absoluta es el peso en gramos del vapor de agua contenido en un metro cúbico de aire . La relación de mezcla es el número de gramos de vapor de agua por cada gramo de aire seco La humedad específica mide el número de gramos de vapor de agua por cada gramo de aire húmedo.

Por otra parte el vapor de agua ejerce una presión, independientemente de la presencia de otros gases, que se conoce como presión o tensión de vapor (Peso del vapor de agua contenido en el aire por unidad de superficie). Al igual que la presión atmosférica se expresa en Hectopascales.  La presión parcial del vapor de agua cuando el aire está saturado se llama tensión de vapor de saturación (más correctamente llamada de equilibrio). 

Humedad relativa (HR), indica la relación, expresada en porcentajes, entre la cantidad de vapor de agua existente en la atmósfera y la que podría llegar a contener a la misma temperatura. HR = (ep / es) * 100 Donde ep = presión parcial del vapor es = presión de saturación del vapor

Temperatura del punto de rocío es la temperatura la que determina la cantidad máxima de vapor de agua que el aire puede contener. Si un volumen dado de aire, es enfriado hasta una temperatura a la cual no puede contener más vapor de agua que el presente en el momento, la humedad relativa sera 100%, el aire está saturado (¿que temperatura es esa?)

Los puntos azules ilustran la mayor capacidad de vapor de agua en el aire caliente. A cada temperatura , el aire puede sostener una cantidad especifíca de vapor de agua.

Punto de rocío, es la temperatura a la que ha de enfriarse una porción de aire para que sature el vapor de agua que contiene, sin quitarle ni añadirle vapor y a presión atmosférica constante. Cuando se alcanza este punto de saturación la humedad relativa es entonces del 100%, y la temperatura del aire y la del punto de rocio son iguales.

La temperatura del punto de rocío depende del contenido de vapor de agua en la atmosfera: cuanto mayor sea este último, más elevada es la temperatura a la cual se produce la condensación y por tanto menor el descenso térmico necesario para que aparezca el rocio.

La relación entre la temperatura del aire y la temperatura del punto de rocío es llamada “diferencia psicrométrica”. A medida que la diferencia es menor, la humedad relativa aumenta y es del 100% cuando la temperatura y el punto de rocío tienen el mismo valor.

En la fig, el vapor de agua es constante, pero la temperatura varia En la fig, el vapor de agua es constante, pero la temperatura varia. A la izquierda, la HR es 50%, el aire caliente podría contener el doble del vapor de agua realmente presente. A medida que el aire se enfría, la HR, aumenta.

Cambios de estados En estado sólido toma formas diversas que van del hielo compacto y del hielo transparente, a las más finas agujas cristalinas que e encuentran en las nubes de hielo (cirros). Entre estos dos extremos, se la encuentra bajo la forma de granizo, de copos de nieve y de escarcha. En estado líquido, el agua se encuentra bajo la forma de leves gotitas en las nubes y como gotas en la lluvia; escurre por las pendientes, penetra en el suelo, forma torrentes y ríos y se acumula en cantidad en los lagos y océanos. La mayor parte de la superficie terrestre está cubierta de agua (alrededor del 70 %).

En estado gaseoso o de vapor, es uno de los componentes de nuestra atmósfera. El vapor de agua es un gas incoloro y transparente, resultando invisible. Los cambios de estados a) condensación: paso del estado gaseoso al estado líquido; b) evaporación: paso del estado líquido al gaseoso; c) solidificación o cristalización: paso del estado líquido al estado sólido; d) fusión: paso del estado sólido al líquido;  e) sublimación: paso directo del estado sólido al gaseoso o viceversa  

Intercambios de calor cuando el agua cambia de estado Intercambios de calor cuando el agua cambia de estado. Las flechas azules indican los cambios que absorben calor.el calor absorbido permanece oculto o “latente”, hasta que se produce un cambio inverso. Las flechas rojas muestran los cambios que liberan el calor latente de su entorno.

NÚCLEOS DE CONDENSACIÓN La atmósfera nunca esta completamente limpia. Existe abundancia de partículas microscópicas sólidas suspendidas en el aire que constituyen superficies de condensación. Estas partículas, tales como la sal, polvo y productos de combustión son los "núcleos de condensación". Algunos núcleos de condensación tienen gran afinidad con el agua y pueden provocar la condensación o sublimación, aun cuando el aire esté casi completamente saturado.

A medida que el vapor de agua se condensa o sublima en los núcleos de condensación, las partículas de líquido o hielo comienzan a crecer. Que las partículas sean liquidas o de hielo, no depende exclusivamente de la temperatura. Puede existir agua liquida, a temperaturas inferiores a la de congelación.

AGUA SOBREENFRIADA La congelación es compleja y las gotas de agua liquida a menudo se condensan o persisten a temperaturas menores que 0°C, constituyendo el agua sobreenfriada. Cuando estas gotas chocan con un objeto sólido, el impacto produce la congelación. La congelación por impacto del agua sobreenfriada puede originar formación de hielo en el avión.

Gotas de agua sobreenfriada existen en abundancia en las nubes con temperaturas entre 0°C y -15°C, decreciendo en cantidad a temperaturas menores. Generalmente, a temperaturas mas bajas que -15°C, predomina la sublimación, y las nubes y nieblas pueden contener mayor cantidad de cristales de hielo y una cantidad menor de agua sobreenfriada. Sin embargo, las fuertes corrientes verticales pueden llevar el agua sobreenfriada s grandes alturas, donde las temperaturas son mucho mas bajas que -15°C.

Rocio y Escarcha. ROCIO: Se denomina rocío a las gotas de agua que se forman sobre la superficie de objetos, particularmente sobre el pasto o la hierba durante una noche fría y despejada. Este fenómeno tiene que ver con la capacidad limitada del aire para incorporar o retener vapor de agua. Para una determinada temperatura del aire, existe un contenido máximo de este elemento que puede ser incorporado en el ambiente. El rocío se observa al amanecer, después de las noches despejadas y viento calma o con ligera brisa.

Rocio

ESCARCHA: Depósito de hielo de aspecto cristalino, apareciendo las más de las veces en forma de escamas, de plumas o de abanicos. Cuando la temperatura es menor que 0°C, el rocío se congela produciéndose la escarcha. El proceso de formación de la escarcha es idéntico al del rocío, sin más diferencia que la temperatura; se produce en noches despejadas pero de un intenso frío.

Escarcha

FORMACIÓN DE NUBES Normalmente, el aire debe saturarse para que haya condensación o sublimación. La saturación puede resultar del descenso de temperatura, aumento del punto de rocío o ambos. El descenso de temperatura es predominante

PROCESOS DE ENFRIAMIENTO Existen tres procesos básicos que pueden enfriar el aire hasta la saturación. Estos son: 1.- Aire moviéndose sobre una superficie más helada. 2.- Aire estancado en una superficie que se enfría, y 3.- Enfriamiento por expansión en un movimiento de aire ascendente. El enfriamiento por expansión es la causa principal de la formación de nubes.

La humedad absoluta es la masa total de agua existente en el aire por unidad de volumen, y se expresa en gramos por metro cúbico de aire. La humedad atmosférica terrestre presenta grandes fluctuaciones temporales y espaciales. La humedad específica mide la masa de agua que se encuentra en estado gaseoso en un kilogramo de aire húmedo, y se expresa en gramos por kilogramo de aire. La humedad relativa del aire es la relación porcentual entre la cantidad de vapor de agua real que existe en la atmósfera y la máxima que podría contener a idéntica temperatura.

PSICROMETRO El psicrómetro está formado por dos termómetros PSICROMETRO El psicrómetro está formado por dos termómetros. El bulbo de uno de ellos está envuelto en un tejido que se mantiene siempre humedecido. Ambos termómetros se exponen a una corriente de aire, ya sea mediante un ventilador mecánico o por agitación. La evaporación en el tejido que envuelve al bulbo húmedo hace descender la temperatura. Si la atmósfera está saturada (humedad relativa = 100%) la evaporación es nula y por lo tanto ambas temperaturas coinciden. La relación entre la diferencia de temperatura que miden los dos termómetros y la humedad relativa no se directa, ya que depende de la temperatura real del aire, y de la presión atmosférica. En el diagrama adjunto se muestra esta relación para una presión de 1000 hPa (mb).