2.3 HUMEDAD DEL AIRE
En la atmósfera terrestre se encuentran cantidades variables de agua en forma de vapor, constituyéndose este, en uno de los componentes más importantes de la atmósfera y en algunos aspectos el más importante. La mayor parte de la humedad se encuentra en los cinco primeros kilómetros dentro de la troposfera, y procede de diversas fuentes terrestres, principalmente, de la evaporación de los mares. El contenido de agua en la atmósfera depende, principalmente, de la temperatura, cuanto más elevada es la temperatura de una masa de aire, mayor es la cantidad de vapor de agua que puede retener. Al contrario, a temperaturas bajas puede almacenar menos vapor de agua.
Definiciones y conceptos básicos de la humedad del aire
Humedad: El término humedad se emplea para designar cualquier medida de la cantidad de vapor de agua contenido en un volumen dado de aire. El agua está mezclada con aire de forma homogénea en el estado gaseoso. Al igual que cualquier sustancia, el aire tiene una capacidad limitada de absorción, límite que se conoce como saturación. Por debajo del punto de saturación, el aire húmedo no se distingue a simple vista del aire seco, es absolutamente incoloro y transparente; sobre el límite de saturación, la cantidad de agua en exceso se precipita, ya sea en forma de neblina o bien como pequeñas gotas de lluvia.
La humedad del aire es variable y depende fundamentalmente del grado de evaporación de los océanos u otras fuentes de agua. Mientras los demás gases que componen la atmósfera permanecen en forma gaseosa, el vapor se convierte frecuentemente en agua líquida, la cual a menudo se condensa en nieve y hielo. Esto es debido a que la condensación y la congelación tienen lugar a temperaturas que están en el orden de magnitud de las temperaturas atmosféricas. El vapor de agua de la atmósfera presenta su mayor concentración en las capas bajas de la troposfera y normalmente, cerca del 50% del contenido total, se encuentra por debajo de los 2.000 metros.
Tensión de vapor saturante: Se conoce como tensión de vapor saturante cuando la tensión de vapor aumenta hasta un estado en el que penetran en el líquido tantas moléculas como salen de él, se alcanza entonces un estado de equilibrio y la evaporación se interrumpe. Para cada temperatura existe una tensión de vapor saturante y la masa de aire no puede recibir más vapor de agua, iniciándose entonces la condensación. Se calcula en función de la temperatura del aire, según la expresión
es(t ) = E 1.8091 + (17.269425 t / (237.30 + t) )
donde:
E= base de los logaritmos neperianos = 2.71828183
t = temperatura del aire
Tensión de vapor: es la presión parcial que ejerce el vapor de agua que se encuentra contenido en la atmósfera, a una presión y temperaturas definidas, la cantidad de vapor de agua que contiene la atmósfera varia en el tiempo y en el espacio. La unidad de medición de la tensión de vapor es el milibar (mb). En la práctica se obtiene a partir de las lecturas de termómetro húmedo y seco del psicrómetro, mediante la expresión
e = es(t ’) - kp (t - t’)
donde:
e = Tensión de vapor (mb ó hPa)
es(t ’) = Tensión saturante a la temperatura t' (mb ó hPa)
k= Constante sicrométrica = 0.00080
t = Temperatura del termómetro seco(°C)
t’= Temperatura del termómetro húmedo(°C)
p= Presión atmosférica en la estación (mb ó hPa)
Humedad relativa del aire: es el vapor de agua que existe en una masa de aire, expresado como un porcentaje de la cantidad total que existiría si el aire estuviese saturado a esta temperatura. Se expresa en unidades enteras que van de cero (0) hasta el 100%. Los valores de humedad relativa dependen fuertemente de la temperatura del momento. En las zonas tropicales continentales, en donde las variaciones de la temperatura durante el día son generalmente grandes, la humedad relativa cambia considerablemente en el curso del día. Para comparar diferentes estaciones, los datos de humedad relativa pueden emplearse únicamente si han sido observados a la misma hora y las temperaturas no son muy diferentes.
Donde,
e = tensión de vapor calculada
es(t) = tensión saturante a la temperatura t
Temperatura del punto de rocío: O simplemente punto de rocío, es la temperatura a la cual el aire debe ser enfriado, a presión constante y a contenido de vapor de agua constante, para que ocurra saturación; o también la temperatura a la que la tensión de saturación es la misma que la tensión de vapor existente. Si la temperatura de enfriamiento es menor que la del punto de rocío, se produce la condensación. Se mide en grados Celsius (°C).
Donde,
e= tensión de vapor
Concentración de vapor: O también densidad de vapor, y conocida antes como humedad absoluta (dv), es la relación entre la masa de vapor de agua mv y el volumen V ocupado por una mezcla de vapor de agua y aire seco,
Se puede expresar también como
donde,
d = humedad absoluta en Kg / m3
e = tensión de vapor en N/m2
T = temperatura en grados kelvin
Humedad específica: O concentración de masa o contenido de humedad (q), para el aire húmedo, es la relación entre la masa m v del vapor de agua y la masa m v + m a del aire húmedo en el cual la masa de vapor m v está contenida.
donde,
q = humedad específica en Kg/Kg
e = tensión de vapor en N/m2
p – presión atmosférica
MEDICIÓN DE LA HUMEDAD
INSTRUMENTOS
Los instrumentos que se emplean para medir el contenido de vapor de agua en la atmósfera se llaman higrómetros y son básicamente el sicrómetro (Fig.7) y el higrógrafo (Fig.8).
El sicrómetro
Se compone de dos termómetros iguales montados en un soporte metálico, el seco y el húmedo, el termómetro seco es un termómetro ordinario que indica la temperatura del aire en el momento de la observación, el húmedo es similar al seco pero tiene el deposito cubierto por una delgada tela de algodón conocida comúnmente como muselina, que en unos casos -sin ventilación artificial- permanece humedecida al tener uno de sus extremos sumergido en agua, y en otros casos -con ventilación artificial- es humedecida en el momento de la observación y secada mediante un ventilador.
El principio del funcionamiento del sicrómetro se basa en el hecho de que la evaporación del agua de la muselina causa un descenso de la temperatura, la diferencia entre las temperaturas de los dos termómetros es la diferencia sicrométrica, que depende de la humedad relativa del aire y de la velocidad de este alrededor de la muselina.
La rapidez de evaporación del agua de la muselina es tanto mayor cuanto más seco es el aire, por consiguiente la diferencia sicrométrica es proporcional a esta rapidez de evaporación.
Los sicrómetros son de dos tipos, con ventilación artificial y con ventilación natural. Los de ventilación artificial son aquellos dotados de un dispositivo para la ventilación artificial del termómetro húmedo.
Para determinar la humedad relativa, a partir de las lecturas proporcionadas por el sicrómetro, temperaturas de termómetro seco y de termómetro húmedo, se realizan una serie de cálculos mediante un juego de formulas conocidas como la formula sicrométrica. Con estas formulas también se pueden obtener los valores de punto de rocío y tensión de vapor
El higrógrafo
Figura 8. El higrógrafo
Es un instrumento que proporciona un registro continuo de la humedad relativa. Tiene como elemento sensible un haz de cabellos, cuando el aire está seco las células del cabello están juntas unas a otras; pero cuando el aire está húmedo los espacios entre las células absorben vapor de agua y el cabello aumenta en grosor y longitud. Este alargamiento es el que se usa para medir la humedad. Estas variaciones de longitud debidas al cambio de humedad son amplificadas por un sistema de palancas y registradas por medio de una pluma sobre una faja de papel colocada en un tambor que gira uniforme, mediante un mecanismo de relojería. El higrógrafo va dentro de una caseta y su rendimiento depende del buen cuidado de los cabellos.
Dispone de un brazo que va fijo al sistema de amplificación de manera que la pluma roza lo menos posible sobre el diagrama, tocando la banda que rodea al tambor y dejando sobre el papel un trazo fino y regular.
La lectura se efectúa observando la posición de la pluma con respecto a las líneas horizontales de la faja, que indican valores de humedad. Las fajas poseen líneas horizontales que indican porcentaje.
DISTRIBUCIÓN ESPACIAL Y TEMPORAL DE LA HUMEDAD RELATIVA EN COLOMBIA
El parámetro humedad relativa es afectado por la presencia del relieve, que actúa como barrera que puede frenar el paso de masas húmedas a otras áreas y aumentar la presencia de la humedad en el área a donde llegan estas masas, pero en general las menores o mayores alturas no inciden en la presentación de máximos o mínimos de humedad.
Región Caribe
Los valores de humedad relativa disminuyen de sur a norte, es así que hacia el norte y oriente de la región, en la península de La Guajira y el norte del departamento del Cesar, se presentan los valores más bajos de humedad relativa entre el 67 y 76%. En el área de la Sierra Nevada de Santa Marta el promedio de humedad anual puede llegar hasta el 90%. Hacia el sur, en el litoral y las sabanas de Córdoba y Sucre la humedad oscila entre 76 y 85%. En el área insular, San Andrés y Providencia, el valor promedio de humedad es del 82%. A través del año la humedad relativa, en general presenta sus valores mínimos a comienzos de año, entre febrero y marzo y los máximos hacia el final, entre septiembre y noviembre. En la mayor parte de la región, hacia el mes de julio se presenta un descenso entre ligero y moderado de los valores de la humedad en casi toda la región.
Región Pacífica
Posee las áreas más húmedas del país, localizadas principalmente en sectores de los departamentos del Chocó y los litorales del Valle y Cauca. La influencia del factor orográfico se presenta por la Serranía del Baudó y las estribaciones de la cordillera Occidental hacia el norte de la región; hacia el sur influye la cercanía al mar, en general los registros de humedad son muy altos a lo largo del litoral, oscilan entre 83 y 92%; al interior de la región los promedios son más bajos, se encuentran entre el 73 y 79%.
A travès del año, la humedad relativa permanece en valores casi constantes, con mínimos entre febrero y marzo y máximos al sur de la región en mayo y en el resto de la región entre octubre y diciembre.
Región Andina
En general, esta zona tan extensa es altamente afectada por la gran variación del relieve, con valores medios anuales de humedad relativa entre 66% y 87%; presenta los valores más altos, registros superiores al 80%, en áreas montañosas de los departamentos de Antioquia, Santander, Norte de Santander, Cundinamarca, Cauca y Eje Cafetero y los mínimos, registros por debajo del 72%, en áreas de los valles interandinos de Huila, Tolima y Valle, además de los sectores de las cuencas de los ríos Chicamocha, Zulia y centro de Antioquia.
El comportamiento a través del año es similar en toda la región, de tipo bimodal con dos picos máximos entre abril y mayo y al final del año, en los meses de noviembre y diciembre y los mínimos entre febrero y marzo y, entre julio y septiembre,
Orinoquía
Los valores de humedad relativa son influenciados al oeste de la región por la presencia de la cordillera Oriental. En el piedemonte llanero, hacia donde los promedios de humedad tienden a aumentar con respecto al centro de la región.
En general, los registros van aumentando de norte a sur; en el norte, se tiene un 79% en promedio y hacia el sur más de 80%.
A través de año la humedad permanece casi constante y en valores máximos, entre mayo y diciembre, en contraste con el período entre enero y marzo, cuando desciende a valores mínimos.
Amazonía
El comportamiento de la humedad relativa, es bastante uniforme, en la mayor parte de la región, la cual se caracteriza por presenta humedades muy altas durante la mayor parte del año; los registros generalmente superan el 85 %.
Temporalmente el comportamiento de la humedad es similar en casi toda de la región, excepto en el trapecio amazónico, donde es casi constante entre enero y junio para luego descender a mínimos hasta agosto, mientras que en el resto de la región presenta los mínimos entre enero y febrero y los máximos de mayo a julio y un leve descenso entre septiembre y octubre.
DISTRIBUCIÓN ESPACIAL Y TEMPORAL DE LA TENSIÓN DE VAPOR
La tensión del vapor es un parámetro de humedad que depende de la temperatura y la presión, por lo tanto el relieve juega un papel importante en su comportamiento.
Región Caribe
Predominan valores de tensión de vapor entre 25 y 31 milibares en la mayor parte de la región
A través del año y en casi toda la región, la tensión de vapor presenta sus valores mínimos entre enero y marzo, mientras que en el resto del año permanece alrededor de los valores máximos, excepto por un ligero descenso en el mes de julio; la diferencia se presenta en la Sierra Nevada de Santa Marta donde los valores de humedad permanecen casi constantes durante todo el año, con mínimos entre diciembre y febrero.
Región Pacífica
En el litoral, a lo largo de la región, se presentan registros de tensión de vapor entre 28 y 31 milibares; hacia el interior, influenciada por el relieve, la tensión de vapor presenta un mayor rango de variación, con valores que van desde 11 a 25 milibares. El comportamiento a través del año es similar en toda la región con registros máximos entre marzo y mayo y mínimos entre octubre y noviembre.
Región Andina
En esta región, los valores de tensión de vapor están condicionados por la elevación; disminuye a medida que se asciende, así en las áreas montañosas los valores, oscilan entre 9 y 18 milibares, mientras que en las zonas bajas, valles de los principales ríos, se presentan registros entre 22 y 31 milibares. El comportamiento a través del año es de tipo bimodal con mínimos entre enero y febrero y julio y agosto y máximos en abril y noviembre.
Orinoquía
Los registros mínimos se presentan en áreas de los departamentos del Casanare y Meta, hacia el piedemonte, en el extremo oriental de la región en zonas del departamento del Vichada y en la serranía de La Macarena, con valores que oscilan entre 21 y 24 milibares; los máximos se presentan en áreas al sur del departamento del Caquetá, el Vichada y Arauca, y sus valores varían entre 26 y 28 milibares. A través del año se presentan los valores mínimos al comienzo del año, entre febrero y marzo y el resto del año permanece casi estable, con valores máximos entre abril y noviembre y un ligero descenso entre julio y agosto.
Amazonía
En general, esta zona presenta una orografía homogénea, con excepción del área del piedemonte; por lo tanto, la tensión de vapor presenta valores también homogéneos que se encuentran entre 24 y 29 milibares en la parte plana de la región, mientras que en el piedemonte están entre 20 y 23 milibares. El comportamiento a través del año presenta valores mínimos entre enero y marzo y permanece casi estable en valores máximos entre abril y noviembre; hacia los meses de julio y agosto se presenta un leve descenso en los valores de tensión de vapor
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