Cálculo de la humedad relativa y la temperatura del punto de rocío

El psicrómetro.

La humedad relativa, la tensión de vapor y el punto de rocío se determinan por medio del psicrómetro, con la ayuda de tablas. Este aparato consta de un juego de dos termómetros iguales: uno de ellos, denominado “termómetro seco”, que sirve simplemente para obtener la temperatura del aire, y el otro, denominado “termómetro húmedo”, que tiene el bulbo recubierto de una muselina húmeda mediante una mecha que lo pone en comunicación con un depósito de agua destilada. 

Su funcionamiento es fácil de entender: el agua que empapa la muselina se evapora, pero para hacerlo necesita calor, que obtiene del termómetro, con lo que la temperatura baja. El agua evaporada es reemplazada por la que llega a través de la mecha. El transporte se ajusta automáticamente, y se establece un régimen estacionario que depende de la velocidad de evaporación. Al termómetro le llega exactamente la misma cantidad de agua que se evapora, ni más ni menos.

Ahora bien, la velocidad de evaporación, es decir, la cantidad de agua evaporada depende de la humedad del aire, ya que si el aire está saturado es evidente que no podrá admitir cantidad de vapor alguna, mientras que si está muy seco, la evaporación será muy activa. Por otro lado, el descenso de temperatura provocado por la evaporación depende, al mismo tiempo, de la velocidad de esta, porque también en este sentido llega a establecerse un equilibrio estacionario entre el calor perdido a causa de la evaporación y el recibido del exterior, y el descenso de temperatura no progresa indefinidamente, sino que se detiene en un punto más o menos bajo.

Resumiendo: el descenso de temperatura del termómetro húmedo depende de la humedad relativa y de la temperatura del aire, pero desgraciadamente no existe proporcionalidad.

Las tablas psicrométricas.

Se han elaborado unas tablas psicrométricas para determinar la humedad relativa del aire, entrando en ellas con la temperatura del termómetro húmedo y la diferencia de temperaturas entre los dos termómetros.

El diagrama psicrométrico.

El diagrama psicrométrico de Mollier es una herramienta que nos permitirá conocer situaciones reales de nuestro entorno a partir de conocer la temperatura y la humedad relativa del aire, y nos dará respuesta directa a preguntas como estas:

¿A qué temperatura se formará condensación en los cristales?

¿Tenemos suficiente agua en el aire del ambiente para mantener la humedad deseada en el interior de la cava?

Si estamos navegando en barco hacia aguas más frías, ¿a qué temperatura deberá bajar el agua del mar para poder llegar a encontrarnos con niebla?

Funcionamiento del diagrama de Mollier.

El diagrama de Mollier es un gráfico que, al igual que todos los gráficos, permite encontrar unos datos desconocidos a partir de otros conocidos. 

Originalmente este diagrama permite encontrar muchos más datos que los que presentamos; lo hemos simplificado para que sea más comprensible y lo hemos ajustado a las necesidades que nos ocupan.

El contorno del lado izquierdo es una línea vertical donde se indican las temperaturas en °C y va desde -15 °C a +50 °C. Se correspondería ahora con la temperatura del termómetro seco.

El contorno de la parte superior es una línea horizontal donde se indican las cantidades de agua en gramos por kg de aire (1 kg de aire es aproximadamente 1 metro cúbico).

El contorno de la parte inferior es una línea curva que corresponde al 100 % de humedad relativa, en todos sus puntos.

Cada una de las líneas descritas tiene otras líneas paralelas que tienen los valores que se indican, así:

Todas las líneas verticales indican los valores de contenido de agua por kg de aire que se muestran en el contorno superior, en todos sus puntos.

Todas las líneas horizontales indican los valores de temperatura en °C que se muestran en el contorno del lado izquierdo, en todos sus puntos.

Todas las líneas curvas indican los valores de humedad relativa que se muestran en la propia línea, en todos sus puntos.

Ejemplo 1:

Con el psicrómetro, o con un termómetro y un higrómetro calibrados o que tengamos la seguridad de que su lectura es exacta, procederemos a trazar una línea horizontal sobre el diagrama en el punto donde corresponda la temperatura, ejemplo: 32 °C, prolongaremos dicha línea hasta el punto donde se encuentre la línea curva correspondiente a la humedad relativa, ejemplo: 50 %. Veremos que el punto obtenido, "A", corresponde a la línea vertical de 15 gramos de agua.

Si calentamos este aire hasta 41,5 °C, veremos que en el punto correspondiente, "B", se cruza la línea curva del 30 % de humedad relativa, por lo que entonces el aire, que sigue manteniendo los 15 gramos de agua, se encontrará con una humedad relativa del 30 %.

Si enfriamos este aire hasta 20,5 °C, veremos que en el punto correspondiente, "C", se cruza la línea curva del 100 % de humedad relativa, por lo que entonces el aire, que sigue manteniendo los 15 gramos de agua, se encontrará con una humedad relativa del 100 %. En este punto, también llamado punto de rocío, se inicia la condensación del agua.

Es decir, que si nos encontramos en un local con las condiciones de temperatura y humedad que hemos descrito al principio, 32 °C y 50 % de HR, y en este local hay una pared, un cristal o algún objeto que se encuentre por debajo de 20,5 °C, se formará condensación de agua sobre la zona fría.

Ejemplo 2:

En el diagrama hemos marcado un punto "H" a 17 °C y 70 % de humedad relativa. Este es el punto que corresponde a las condiciones que deseamos en el interior de nuestra cava para puros; obsérvese que hemos trazado una línea de color verde sobre la línea vertical que corresponde a dicho punto y que esta línea se ajusta a 8,4 gramos de agua por kg de aire.

Es decir, que cuando tracemos puntos en el diagrama siguiendo el ejemplo expuesto anteriormente, y estos puntos caigan a la derecha de la línea verde, tendremos agua suficiente en el aire, y cuando caigan a la izquierda tendremos que añadir agua a nuestro climatizador.

Así veremos rápidamente que en invierno, con 12 °C de temperatura y 90 % de HR, nos falta agua; y en verano, con 40 °C y 20 % de HR, tendremos agua suficiente (puntos "D" y "F").

Ejemplo 3:

Si navegando, y principalmente de noche, cuando el Sol no está produciendo calentamiento sobre las masas de aire que están en contacto con el mar, observamos que la temperatura del mar es de 19 °C y la HR del aire es del 90 %, repitiendo el mismo proceso sobre el diagrama de Mollier, podemos predecir que si entramos en aguas cuya temperatura sea inferior a 17 °C (temperatura del punto de rocío, es decir, condiciones de aire saturado o HR del 100 %), probablemente nos encontraremos con niebla. Tengamos en cuenta que en las citadas condiciones nocturnas, las capas más bajas de aire se encontrarán aproximadamente a la misma temperatura que el mar.

En la sección "Cálculos online" de este blog encontrarás el artículo "Cálculos psicrométricos", en el que podrás realizar cálculos.