Humedad relativa del aire, Definición, Significado, Medición, Concepto erróneo, La dependencia de la presión, Conceptos relacionados, Otros hechos importantes

La humedad relativa es la relación de la presión parcial de vapor de agua en una mezcla de aire-agua a la presión de vapor saturado de agua a una temperatura prescrita. La humedad relativa del aire depende no sólo de la temperatura sino también de la presión del sistema de interés.

Definición

La humedad relativa de una mezcla de aire-agua se define como la relación de la presión parcial de vapor de agua en la mezcla a la presión de vapor saturado de agua a una temperatura dada.

La humedad relativa se expresa normalmente como un porcentaje y se calcula usando la siguiente ecuación:

Significado

Climatización

El control climático se refiere al control de la temperatura y humedad relativa para el confort humano, la salud y la seguridad, y para los requisitos técnicos de las máquinas y procesos, en los edificios, vehículos y otros espacios cerrados.

Comodidad

Los seres humanos son sensibles al aire húmedo debido a que el cuerpo humano utiliza la refrigeración por evaporación como el mecanismo principal para regular la temperatura. En condiciones de humedad, la velocidad a la que la transpiración se evapora sobre la piel es menor de lo que sería en condiciones áridas. Porque los seres humanos perciben la tasa de transferencia de calor del cuerpo en lugar de la propia temperatura, nos sentimos más caliente a una temperatura dada, cuando la humedad relativa es alta que cuando es baja.

Por ejemplo, si la temperatura del aire es de 24 C y la humedad relativa es del cero por ciento, entonces la temperatura del aire se siente como 21? C. Si la humedad relativa es del 100 por ciento a la misma temperatura del aire, a continuación, se siente como 27 C. En otras palabras, si el aire es 24 C y contiene vapor de agua saturado, a continuación, el cuerpo humano se enfría a la misma velocidad que lo haría si se tratara de 27 C y seco. El índice de calor y el índice aparente de temperatura son los índices que reflejan el efecto combinado de la temperatura y la humedad en el efecto de enfriamiento de la atmósfera en el cuerpo humano.

Dependiendo de la temperatura, los seres humanos pueden ser cómodo dentro de una amplia gama de humedades-desde treinta a setenta por ciento, idealmente entre cincuenta y sesenta por ciento.

Edificios

Para el control climático en edificios con sistemas de climatización, la clave es mantener la humedad relativa a una gama lo suficientemente cómodo bajo para estar cómodo, pero lo suficientemente alto como para evitar los problemas asociados con el aire muy seco.

Cuando la temperatura es alta y la humedad relativa es baja, la evaporación de agua es rápida; suelo se seca, la ropa mojada cuelgan en una línea o bastidor seca rápidamente, y la transpiración se evapora fácilmente a partir de la piel. Muebles de madera puede encogerse, causando que la pintura que cubre estas superficies a la fractura.

Cuando la temperatura es alta y la humedad relativa es alta, la evaporación del agua es lenta. Cuando la humedad relativa se aproxima al 100 por ciento, puede producirse condensación en las superficies, lo que lleva a problemas con el moho, la corrosión, deterioro y otras alteraciones relacionadas con la humedad.

Ciertos procesos y tratamientos en fábricas, laboratorios, hospitales y otras instalaciones de producción y técnicos requieren niveles específicos de humedad relativa se mantiene el uso de humidificadores, deshumidificadores y sistemas de control asociados.

Vehículos

Los principios básicos de los edificios, por encima, también se aplican a los vehículos. Además, puede haber consideraciones de seguridad. Por ejemplo, alta humedad en el interior de un vehículo puede conducir a problemas de condensación, tales como nebulización de parabrisas y cortocircuito de los componentes eléctricos.

En vehículos precintados y recipientes a presión, tales como aviones presurizados, los sumergibles y naves espaciales, estas consideraciones pueden ser críticos para la seguridad, y se necesitan sistemas de control ambiental complejos, incluidos los equipos para mantener la presión. Aviones de pasajeros que operan con baja humedad relativa interna, a menudo por debajo del 10%, especialmente en vuelos largos. La baja humedad es una consecuencia de la elaboración en el aire muy frío con una humedad absoluta baja, que se encuentra a altitudes de crucero del avión de pasajeros. El calentamiento subsiguiente de este aire reduce su humedad relativa. Esto provoca molestias como dolor en los ojos, piel seca, y la deshidratación de la mucosa, pero humidificadores no son empleados para elevarla a niveles de rango medio cómodo ya que el volumen de agua necesaria para llevar a bordo puede ser una multa de peso significativa. Como aviones descienden de altitudes más frías en el aire más caliente, la humedad relativa ambiente puede aumentar dramáticamente. Parte de este aire húmedo es generalmente arrastrados a la cabina del avión a presión y en otras zonas no sometidas a presión de la aeronave y se condensa en el revestimiento de la aeronave frío. El agua líquida por lo general se puede ver corriendo a lo largo del revestimiento de la aeronave, tanto en el interior y el exterior de la cabina. Debido a los cambios drásticos en la humedad relativa en el interior del vehículo, los componentes deben estar calificados para operar en esos ambientes. Los requisitos ambientales recomendadas para la mayoría de los componentes de los aviones comerciales se enumeran en el RTCA DO-160.

Aviación

Aire húmedo frío puede provocar la formación de hielo, lo que es un peligro para las aeronaves, ya que afecta el perfil de ala y el peso aumenta. Motores carburados tienen un riesgo mayor de formación de hielo en el carburador. Tiempo de Aviación informa tanto incluir una indicación de la humedad relativa, por lo general en forma de punto de rocío.

Además, el aire con una humedad más alta es menos denso, proporcionando menor elevación y la hélice inferior o eficiencia de la turbina. Los pilotos deben tener humedad en el cálculo de distancias de despegue debido a una alta humedad requerirá pistas más largas y disminuirá la pendiente de ascenso.

Medición

La humedad de una mezcla de aire-vapor de agua se determina mediante el uso de tablas de psicrométricos si se conocen tanto la temperatura de bulbo seco y la temperatura de bulbo húmedo de la mezcla. Estas cantidades se calculan fácilmente mediante el uso de un psicrómetro.

Hay varias correlaciones empíricas que pueden ser utilizados para estimar la presión de vapor saturado de vapor de agua como una función de la temperatura. La ecuación de Antoine es uno de los menos compleja de estas fórmulas, que tiene sólo tres parámetros. Otras correlaciones, tales como los presentados por Goff-Gratch y Magnus Tetens aproximación, son más complicados, pero presentan mejores rendimientos. La correlación presentado por Buck se encuentra comúnmente en la literatura y proporciona un equilibrio razonable entre la complejidad y precisión:

donde la temperatura de bulbo seco, expresado en grados Celsius, es la presión absoluta expresada en hectopascales, y es la presión de vapor saturado expresado en hectopascales.

Buck ha informado de que el error relativo máximo es de menos de 0,20% entre-20C y 50 C cuando se utiliza esta forma particular de la fórmula generalizada para estimar la presión de vapor saturado de agua.

Concepto erróneo

A menudo, la noción de aire vapor de agua explotación se presenta para describir el concepto de humedad relativa. Esto, sin embargo, es un error. El aire es una mezcla de gases y como tal, los constituyentes de la mezcla simplemente actuar como un transportador de vapor de agua, pero no son un soporte de la misma.

Humedad relativa se define en términos de sólo las propiedades físicas del agua y por lo tanto no está relacionada con la noción de retención de agua del aire. De hecho, un volumen de aire-menos puede contener vapor de agua y por lo tanto la humedad de este volumen se puede determinar fácilmente.

La dependencia de la presión

La humedad relativa de un sistema de aire-agua es dependiente no sólo de la temperatura sino también de la presión absoluta del sistema de interés. Esta dependencia se demuestra por teniendo en cuenta el sistema de aire-agua se muestra a continuación. El sistema es cerrado.

Si el sistema en el Estado A se calienta isobáricamente entonces la humedad relativa del sistema disminuye debido a que la presión de vapor saturado del agua aumenta al aumentar la temperatura. Esto se muestra en el Estado B.

Si el sistema en el Estado A se comprime isotérmicamente a continuación, la humedad relativa del sistema aumenta debido a que la presión parcial de agua en el sistema aumenta con la reducción de volumen. Esto se muestra en el estado de C. Por encima de 202,64 kPa, la humedad relativa sería superior a 100% y el agua puede comenzar a condensar.

Si la presión del Estado A se cambió por simple adición de aire más seco, sin cambiar el volumen, la humedad relativa no cambiaría.

Por lo tanto un cambio en la humedad relativa puede explicarse por un cambio en la temperatura del sistema, un cambio en el volumen del sistema, o un cambio en estas dos propiedades del sistema.

Factor de mejora

El factor de mejora se define como la relación de la presión de vapor saturado de agua en el aire húmedo a la presión de vapor saturado de agua pura.

El factor de mejora es igual a la unidad para sistemas de gases ideales. Sin embargo, en sistemas reales, los efectos de la interacción entre las moléculas de gas resultado en un pequeño aumento de la presión de vapor de saturación del agua en el aire respecto a la presión de vapor saturado del vapor de agua pura. Por lo tanto, el factor de mejora es normalmente ligeramente mayor que la unidad para los sistemas reales.

El factor de mejora es comúnmente utilizado para corregir la presión de vapor saturado de vapor de agua cuando se utilizan relaciones empíricas, tales como los desarrollados por Wexler, Goff, y Gratch, para estimar las propiedades de los sistemas psicrométricos.

Buck ha informado de que, a nivel del mar, la presión de vapor de agua en cantidades de aire húmedo saturado a un aumento de aproximadamente el 0,5% sobre la presión de vapor saturado de agua pura.

Conceptos relacionados

La humedad relativa término se reserva para los sistemas de vapor de agua en el aire. La saturación relativa término se utiliza para describir la propiedad análoga para los sistemas que consisten en una fase condensables que no sea agua en una fase no-condensables que no sea aire.

Otros hechos importantes

Un gas en este contexto se conoce como saturado cuando la presión de vapor de agua en el aire se encuentra en la presión de vapor de equilibrio para el vapor de agua a la temperatura de la mezcla de gas y vapor de agua; agua líquida fallará a perder masa a través de la evaporación cuando se expone a aire saturado. También puede corresponder a la posibilidad de la formación de rocío o niebla, dentro de un espacio que carece de las diferencias de temperatura entre sus porciones, por ejemplo en respuesta a la disminución de la temperatura. Niebla consiste en gotitas muy pequeñas de líquido, que tuvo lugar principalmente en alto por movimiento isostático.

La afirmación de que la humedad relativa no puede estar por encima de 100%, mientras que una bastante buena guía, no es absolutamente precisa, sin una definición más sofisticada de la humedad que la que se da aquí. Una excepción discutible es la cámara de niebla de Wilson, que utiliza, en experimentos de física nuclear, una muy breve estado de "sobresaturación" para llevar a cabo su función.

Para un punto de rocío determinado y su correspondiente humedad absoluta, la humedad relativa cambiará inversamente, aunque no lineal, con la temperatura. Esto es debido a que la presión parcial de agua aumenta con la temperatura - el principio operativo detrás de todo, desde secadores de pelo para deshumidificadores.

Debido a la creciente potencial para una presión parcial de vapor de agua superior a temperaturas de aire más altas, el contenido de agua del aire al nivel del mar puede llegar tan alto como 3% en masa a 30 º C en comparación con no más de aproximadamente 0,5% en masa a 0 C. Esto explica los bajos niveles de humedad en las estructuras de calefacción durante el invierno, lo que resulta en una piel seca, picazón en los ojos, y la persistencia de las cargas eléctricas estáticas. A pesar de la saturación de aire, el calentamiento del aire exterior infiltrado que viene adentro eleva su capacidad de humedad, lo que disminuye la humedad relativa y aumenta las tasas de evaporación de superficies húmedas interiores

Del mismo modo, durante el verano en climas húmedos una gran cantidad de agua se condensa líquido de enfriado por aire en acondicionadores de aire. El aire caliente se enfría por debajo de su punto de rocío y se condensa el exceso de vapor de agua. Este fenómeno es el mismo que el que hace que las gotitas de agua para formar en el exterior de una taza que contiene una bebida helada.

Una regla útil es que la humedad máxima absoluta se duplica por cada aumento de 20 F o 10 º C de temperatura. Por lo tanto, la humedad relativa se reducirá por un factor de 2 para cada aumento de 20 F o 10 C en la temperatura, suponiendo que la conservación de la humedad absoluta. Por ejemplo, en el rango de temperaturas normales, el aire a 68 F o 20 º C y 50% de humedad relativa se saturará si se enfrió a 50 º F o 10 C, su punto de rocío, y 41 F o C de aire 5 a 80% de humedad relativa se calentó a 68 F o 20 C tendrá una humedad relativa de 29% y sólo sienta seca. Por comparación, una humedad relativa entre 40% y 60% se considera saludable y confortable en entornos controlados por comodidad.

El vapor de agua es un gas más ligero que otros componentes gaseosos del aire a la misma temperatura, el aire tan húmedo tenderá a subir por convección natural. Se trata de un mecanismo detrás de las tormentas y otros fenómenos meteorológicos. La humedad relativa se menciona a menudo en las previsiones meteorológicas e informes, ya que es un indicador de la probabilidad de precipitación, rocío o niebla. En tiempo caluroso de verano, sino que también aumenta la temperatura aparente a los seres humanos por obstaculizar la evaporación de la transpiración de la piel a medida que aumenta la humedad relativa. Este efecto se calcula como el índice de calor o Humidex.

Un dispositivo que se utiliza para medir la humedad se llama un higrómetro, que se utiliza para regular lo que se llama un higrostato, oa veces higrostato.