Determinación de Humedad en la Atmósfera. Desarrollado por Carolina Meruane y René Garreaud DGF Abril 2006

Transcripción

1 Dtrminación d Humdad n la Atmófra Darrollado por Carolina Mruan y Rné Garraud DGF Abril Antcdnt Tórico 1.1 Humdad n la atmófra El air n la atmófra conidra normalmnt como una mzcla d do componnt: air co y agua. La capacidad d la atmófra para rcibir apor d agua rlaciona con lo concpto d humdad aboluta, qu corrpond a la cantidad d agua prnt n l air por unidad d maa d air co, y la humdad rlatia qu la razón ntr la humdad aboluta y la cantidad máxima d agua qu admit l air por unidad d olumn. S mid n tanto por cinto y tá normalizada d forma qu la humdad rlatia máxima poibl l 100%. Cuando la humdad alcanza l alor dl 100%, dic qu air tá aturado, y l xco d apor condna para conrtir n nibla o nub. El fnómno dl rocío n la mañana d inirno db a qu la humdad rlatia dl air ha alcanzado l 100% y l air no admit má agua. También alcanza l la aturación cuando uamo agua muy calint n un rcinto crrado como por jmplo n un baño, n t cao l agua calint apora fácilmnt y l air d la habitación alcanza con rapidz l 100% d humdad rlatia. Eto do fnómno on difrnt pro ilutran la do forma n qu pud aumntar la humdad d un rcinto: por diminución d la tmpratura ambintal o por aumnto d la cantidad d agua n l ambint. El primro d lo fnómno rlaciona con l concpto d tmpratura d rocío. Si mantin la cantidad d agua n l ambint contant y diminuy la tmpratura llga un momnto n qu alcanza la aturación, a ta tmpratura l llama tmpratura dl punto d rocío. Cualquir objto d una habitación qu tnga una tmpratura mnor qu la tmpratura d rocío prnta condnación n u pard por t fnómno. Aí ocurr, por jmplo, cuando acamo una lata d bbida dl rfrigrador, u tmpratura guramnt, mnor qu la d rocío y obramo como la lata mpaña d humdad. 1.2 Parámtro d Humdad Para formalizar lo concpto rcién xputo uan difrnt parámtro qu xpran cuantitatiamnt l contnido d humdad n la atmófra, lo qu rmo a continuación. Prión d apor: La cantidad d apor prnt n la atmófra pud xprar por la prión qu jrc l apor,, indpndintmnt d lo otro ga. La prión total d la atmófra la uma d la prión qu jrc l air co má la prión jrcida por l apor d agua, (gún la ly d Dalton) y la cantidad máxima d apor qu pud prntar dpnd d la tmpratura ambint. Cuanto mayor a la tmpratura, má apor pud contnr l air.

2 Cuando l air ta aturado d apor d agua, la prión parcial dl apor d agua,, dpnd ólo d la tmpratura d acurdo a la cuación d Clauiu-Clapyron (Fig. 1): = [7.5 T /( T )] dond T ntrga n [ºC] y l rultado,, n [hpa]. Humdad aboluta: Figura 1: Cura d Clauiu-Clapyron. La humdad aboluta, ρ [g/m 3 ], la dnidad d apor d agua contnido n l air a una tmpratura y prión dtrminado (maa/olumn): ρ = R T V dond ta n [hpa] y T ta n [ºK], R = 461 [J/(kg ºK)]. Si l air ta aturado tin ρ = ρ (,T). Razón d mzcla: La razón d mzcla, r [g/kg], dfin como la razón ntr la maa d apor d agua, ρ, y la maa d air co, ρ d :

3 ρ r = = 622 ρ p d Dond p la prión atmoférica (mdida n hpa). Si l air ta aturado tin r = r (,p). Humdad pcífica: La humdad pcífica, q [g/kg], d una mutra d air húmdo, rprnta la cantidad d apor d agua, ρ, contnida n la maa d air húmdo, ρ + ρ d : ρ q = ρ + ρ d = ( p 0.378) Dond p la prión d atmoférica n hpa. Si l air ta aturado tin q=q (,p). Humdad rlatia: La humdad rlatia, HR [%], la proporción d apor d agua ral n l air comparada con la cantidad d apor d agua ncaria para la aturación a la tmpratura corrpondint. Indica qu tan crca tá l air d la aturación. S mid n porcntaj ntr 0 y 100, dond l 0% ignifica air co y 100% air aturado: r q HR = r q Notar qu HR=HR(, (T))=HR(p,T). Tmpratura dl punto d rocío: La tmpratura d punto d rocío, T d, la tmpratura a la cual l air atura i nfría a prión contant. La T d ta únicamnt dtrminada por la prión d apor dl air y por lo tanto la tmpratura a la cual la prión d apor igual a la prión d aturación dl air, dcir, = (T d ). 1.2 Método d mdición Mdir la humdad rlatia y la tmpratura d rocío d un rcinto no tara fácil. La forma má ncilla mdir lo qu conoc como tmpratura d bulbo co y tmpratura d bulbo húmdo. La tmpratura d bulbo co, corrpond a la tmpratura ambint, la qu mid habitualmnt con un trmómtro d mrcurio. Para mdir la tmpratura d bulbo húmdo ua l mimo tipo d trmómtro pro raliza la iguint opración. S roda l bulbo dl trmómtro con una tla humdcida. El air circulant n la atmófra choca con l algodón humdcido y apora part dl agua. Al aporar l agua aborb calor latnt y to logra quitándol calor al bulbo dl trmómtro. Entonc la tmpratura dl trmómtro dcind continuamnt hata qu l air d lo alrddor atura, dcir, no

4 admit má agua. Aí la tmpratura prmanc n un alor fijo qu dnomina tmpratura dl bulbo húmdo. El intrumnto qu mid amba tmpratura dnomina picrómtro (Fig. 2). Figura 2: Picrómtro. Conocindo la tmpratura dl bulbo co (tmpratura normal) y la tmpratura dl bulbo húmdo podmo conocr la condicion ambintal d humdad. Eto logra, con la cuación picrométrica qu obtin d un balanc d nrgía ntr la nrgía ocupada n la aporación y la nrgía xtraída al nfriar la maa d air n l ntorno dl bulbo húmdo: P c p ( T ) = ( Th ) ( T Th ) L dond T la tmpratura d bulbo co, T h la tmpratura d bulbo húmdo, P la prión atmoférica, L l calor latnt d aporización, (2500 J/(kg ºK)) y c p l calor pcífico dl air a prión contant (1004,67 J/(kg ºK)). Una forma d mdir n forma dircta la humdad rlatia a traé d un higrómtro, t intrumnto tá baado n la propidad d alguno matrial (cabllo humano, algodón, da, papl, tc.) d cambiar u dimnión fíica dpndindo d la humdad rlatia dl air. Cuando l air tá co la célula dl cabllo tán junta una a otra, pro cuando l air tá húmdo lo pacio ntr la célula aborbn apor d agua y l cabllo aumnta d groor y longitud. Et alargaminto l qu ua para mdir la humdad. En la Fig. 3 mutra un higrómtro mcánico, ét tin un haz d cabllo cuyo xtrmo uprior tá fijado al armazón y l infrior ujta un po. El po tá conctado por palanca amplificadora a un itma d tranmiión qu trmina n un ñalador qu, moiéndo obr una cala, indica la humdad rlatia.

5 Figura 3: Higrómtro mcánico. También, xitn higrómtro baado n l uo d componnt lctrónica, qu utilizan la capacidad d cirto matrial d aborbr molécula d apor d agua a traé d u uprfici. Et proco, al modificar la propidad léctrica d una componnt d un circuito lctrónico (ritncia o condnador), prmit crar una ñal léctrica qu proporcional a la humdad. Et tipo d nor utiliza n tacion mtorológica automática y n quipo d radioondo.