Punto de rocío

El punto de rocío es la temperatura a la que el aire , con una humedad absoluta y presión constantes, debe enfriarse para que la humedad relativa alcance el 100 %. ^{[ 1 ]} Esta temperatura es una propiedad termodinámica que depende de la presión y el contenido de agua del aire. Cuando el aire a una temperatura superior al punto de rocío se enfría, su capacidad de retención de humedad disminuye, y cuando la temperatura desciende por debajo del punto de rocío, el vapor de agua se condensa o precipita, formando agua líquida. ^{[ 2 ]} Cuando esto ocurre por el contacto del aire con una superficie más fría, el precipitado en dicha superficie se denomina rocío . ^{[ 3 ]}

El punto de rocío se ve afectado por la humedad absoluta del aire . Cuanta más humedad contiene el aire, mayor es su punto de rocío. ^{[ 4 ]}

Cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación del agua, el punto de rocío se llama punto de escarcha , ya que la escarcha se forma por deposición en lugar de condensación. ^{[ 5 ]} En los líquidos, el análogo del punto de rocío es el punto de enturbiamiento .

La temperatura del punto de rocío es una medida importante de la humedad. Cuando el punto de rocío alcanza los 20 °C/70 °F, casi todo el mundo siente una sensación de humedad. Por lo tanto, el punto de rocío es el mejor indicador del consumo de energía para la refrigeración en verano. ^{[ 6 ]}

Si todos los demás factores que influyen en la humedad permanecen constantes, a nivel del suelo la humedad relativa aumenta a medida que baja la temperatura; esto se debe a que la capacidad del aire para retener vapor de agua disminuye, y se necesita menos vapor para saturar el aire. La temperatura del punto de rocío es igual a la temperatura del aire cuando este está saturado de agua; en todos los demás casos, el punto de rocío será inferior a la temperatura del aire. ^{[ 7 ] : 129}

En términos técnicos, el punto de rocío es la temperatura a la cual el vapor de agua en una muestra de aire a presión barométrica constante se condensa en agua líquida al mismo ritmo que se evapora. ^{[ 8 ]} A temperaturas inferiores al punto de rocío, la tasa de condensación será mayor que la de evaporación, formando más agua líquida. El agua condensada se denomina rocío cuando se forma sobre una superficie sólida, o escarcha si se congela. En el aire, el agua condensada se denomina niebla o nube , según su altitud de formación. Si la temperatura está por debajo del punto de rocío y no se forma rocío ni niebla, el vapor se denomina sobresaturado . Esto puede ocurrir si no hay suficientes partículas en el aire para actuar como núcleos de condensación . ^{[ 9 ]}

El punto de rocío depende de la cantidad de vapor de agua que contiene el aire. Si el aire es muy seco y tiene pocas moléculas de agua, el punto de rocío es bajo y las superficies deben estar mucho más frías que el aire para que se produzca condensación. Si el aire es muy húmedo y contiene muchas moléculas de agua, el punto de rocío es alto y puede producirse condensación en superficies que están solo unos pocos grados más frías que el aire. ^{[ 10 ]}

Una humedad relativa alta implica que el punto de rocío está cerca de la temperatura del aire actual. Una humedad relativa del 100 % indica que el punto de rocío es igual a la temperatura actual y que el aire está saturado al máximo de agua. Cuando el contenido de humedad permanece constante y la temperatura aumenta, la humedad relativa disminuye, pero el punto de rocío permanece constante. ^{[ 11 ]}

Los pilotos de aviación general utilizan los datos del punto de rocío para calcular la probabilidad de formación de hielo en el carburador y niebla , y para estimar la altura de la base de una nube cumuliforme .

El aumento de la presión barométrica eleva el punto de rocío. ^{[ 12 ]} Esto significa que, si la presión aumenta, la masa de vapor de agua por unidad de volumen de aire debe reducirse para mantener el mismo punto de rocío. Por ejemplo, consideremos la ciudad de Nueva York ( 10 m o 33 pies de altitud) y Denver (1610 m o 5280 pies de altitud [ 13 ] ^{) . Debido} a que Denver se encuentra a mayor altitud que Nueva York, tenderá a tener una presión barométrica más baja. Esto significa que si el punto de rocío y la temperatura en ambas ciudades son iguales, la cantidad de vapor de agua en el aire será mayor en Denver.    

Cuando la temperatura ambiente es alta, el cuerpo humano utiliza la evaporación del sudor para refrescarse, y el efecto de enfriamiento está directamente relacionado con la velocidad de evaporación. La velocidad a la que se evapora el sudor depende de la humedad ambiental y de la capacidad de retención de humedad del aire. Si el aire ya está saturado de humedad (húmedo), el sudor no se evaporará. La termorregulación corporal produce sudor para mantener la temperatura corporal normal, incluso cuando la tasa de sudoración supera la de evaporación. Por lo tanto, en días húmedos, uno puede sudar profusamente incluso sin generar calor corporal adicional (como al hacer ejercicio).

Cuando el calor corporal calienta el aire que rodea el cuerpo, este asciende y es reemplazado por aire fresco. Si se aleja el aire del cuerpo con una brisa natural o un ventilador, el sudor se evapora más rápido, lo que hace que la transpiración sea más eficaz para enfriar el cuerpo y, por lo tanto, aumenta la sensación de confort. Por el contrario, la sensación de confort disminuye a medida que aumenta la transpiración no evaporada.

Un termómetro de bulbo húmedo también utiliza la refrigeración por evaporación , por lo que proporciona una buena medida para evaluar el nivel de confort.

También se produce incomodidad cuando el punto de rocío es muy bajo (por debajo de aproximadamente -5 °C o 23 °F ). El aire más seco puede provocar que la piel se agriete y se irrite con mayor facilidad. También resecará las vías respiratorias. La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. recomienda que el aire interior se mantenga entre 20 y 24,5 °C (68 y 76 °F) con una humedad relativa del 20 al 60 %, ^{[ 14 ]} equivalente a un punto de rocío de aproximadamente 4,0 a 16,5 °C (39 a 62 °F) (según el cálculo de la Regla Simple que se muestra a continuación).      

Los puntos de rocío bajos, inferiores a 10 °C (50 °F) , se correlacionan con temperaturas ambiente más bajas y hacen que el cuerpo requiera menos refrigeración. Un punto de rocío bajo puede ir acompañado de una temperatura alta únicamente con una humedad relativa extremadamente baja, lo que permite una refrigeración relativamente eficaz.  

Las personas que habitan climas tropicales y subtropicales se aclimatan en cierta medida a puntos de rocío más altos. Por lo tanto, un residente de Singapur o Miami , por ejemplo, podría tener un umbral de incomodidad más alto que un residente de un clima templado como Londres o Chicago . Las personas acostumbradas a climas templados a menudo comienzan a sentirse incómodas cuando el punto de rocío supera los 15 °C (59 °F) , mientras que otras podrían encontrar cómodos puntos de rocío de hasta 18 °C (64 °F) . La mayoría de los habitantes de zonas templadas considerarán opresivos y tropicales los puntos de rocío superiores a 21 °C (70 °F) , mientras que los habitantes de zonas cálidas y húmedas podrían no encontrarlos incómodos. El confort térmico depende no solo de factores ambientales físicos, sino también de factores psicológicos. ^{[ 15 ]}      

Una masa de aire ascendente en la atmósfera se enfría a medida que disminuye la presión: su temperatura se acerca a la temperatura del punto de rocío. La humedad relativa de este aire aumenta a medida que la presión disminuye con la misma cantidad de vapor de agua. Esta combinación provoca que la temperatura del punto de rocío descienda 0,2  °C por cada 100  m o 4,5  °F por cada 1000  pies. A la altitud donde se alcanza el punto de rocío, comienza la condensación, creando nubes o niebla, como se la denomina a bajas altitudes. Las nubes cúmulos suelen tener bases planas que marcan la altitud donde la temperatura cruza el punto de rocío. La condensación del vapor de agua en gotas de agua libera 600 calorías de energía por gramo de agua, calentando el aire circundante. ^{[ 16 ] : 292}

La medición se realiza mediante dispositivos específicos llamados "medidores de punto de rocío". Estos dispositivos constan de un espejo metálico pulido que se enfría al pasar el aire sobre él. El punto de rocío se determina observando la pérdida de nitidez en el reflejo del espejo. Los dispositivos manuales de este tipo se pueden usar para calibrar otros tipos de sensores de humedad, y los sensores automáticos se pueden usar en un circuito de control con un humidificador o deshumidificador para controlar el punto de rocío del aire en un edificio o en un espacio más pequeño para un proceso de fabricación.

Una aproximación empírica bien conocida que se utiliza para calcular el punto de rocío, T _d , dados únicamente la temperatura real del aire ("de bulbo seco"), T (en grados Celsius) y la humedad relativa (en porcentaje), RH , es la fórmula de Magnus: $${\displaystyle {\begin{aligned}\gamma (T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\mathrm {RH} }{\ 100\ }}\right)+{\frac {b\ T}{\ c\ +\ T\ }}\$$ ;\\[8pt]T_{\mathsf {d}}&={\frac {\ c\ \gamma (T,\mathrm {RH} )\ }{\ b\ -\ \gamma (T,\mathrm {RH} )\ }}\  ;\end{aligned}}} donde b = 17,625 y c = 243,04 °C. ^{[ 17 ]} Los valores de b y c se seleccionaron minimizando la desviación máxima en el rango de −40 °C a +50 °C.

La formulación y el origen más completos de esta aproximación involucran la presión de vapor de agua saturada interrelacionada (en unidades de milibares , también llamados hectopascales ) a T , P _s ( T ), y la presión de vapor real (también en unidades de milibares), P _a ( T ), que se puede encontrar con RH o aproximar con la presión barométrica (en milibares), BP _mbar , y la temperatura de bulbo húmedo , T _wet is (a menos que se indique lo contrario, todas las temperaturas se expresan en grados Celsius ): $${\displaystyle {\begin{aligned}P_{\mathrm {s} }(T)&={\frac {\ 100\ }{\ \mathrm {RH} \ }}\ P_{\mathrm {a} }(T)=a\ e^{\frac {b\ T}{\ c\ +\ T\ }}\$$ ;\\[8pt]P_{\mathrm {a} }(T)&={\frac {\mathrm {RH} }{100}}\ P_{\mathrm {s} }(T)=a\ e^{\gamma (T,\mathrm {RH} )}\\[8pt]&\approx P_{\mathrm {s} }(T_{\mathrm {w} })-\mathrm {BP} _{\mathsf {mbar}}\ 0.00066\ \left(1+0.00115\ T_{\mathsf {wet}}\right)\left(T-T_{\mathsf {wet}}\right)\  ;\\[8pt]T_{\mathsf {d}}&={\frac {\ c\ \ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}\ }{\ b-\ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}}}\  ;\end{aligned}}}

Para mayor precisión, P _s ( T ) ( y por lo tanto γ ( T , RH ) ) se puede mejorar utilizando parte de la modificación de Bögel , también conocida como la ecuación de Arden Buck , que agrega una cuarta constante d : $${\displaystyle {\begin{aligned}P_{\mathrm {s,m} }(T)&=a\ e^{\left(b\ -\ {\frac {\ T\ }{d}}\right)\left({\frac {T}{\ c\ +\ T\ }}\right)}\$$ ;\\[8pt]\gamma _{\mathrm {m} }(T,\mathrm {RH} )&=\ln \left({\frac {\ \mathrm {RH} \ }{\ 100\ }}\ e^{\left(b\ -\ {\frac {\ T\ }{d}}\right)\left({\frac {T}{\ c\ +\ T\ }}\right)}\right)\  ;\\[8pt]T_{\mathsf {d}}&={\frac {\ c\ \ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}\ }{\ b-\ln {\frac {\ P_{\mathrm {a} }(T)\ }{a}}\ }}={\frac {\ c\ \ln \left({\frac {\ \mathrm {RH} \ }{\ 100\ }}{\frac {\ P_{\mathrm {s,m} }(T)\ }{a}}\right)\ }{\ b\ -\ \ln \left({\frac {\ \mathrm {RH} \ }{\ 100\ }}{\frac {\ P_{\mathrm {s,m} }(T)\ }{a}}\right)\ }}={\frac {\ c\ \gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )\ }{\ b\ -\ \gamma _{m}(T,\mathrm {RH} )\ }};\end{aligned}}} donde

• a = 6,1121  mbar, b = 18,678, c = 257,14 °C, d = 234,5 °C.  

Hay varios conjuntos de constantes diferentes en uso. Los utilizados en la presentación de la NOAA ^{[ 18 ]} se tomaron de un artículo de 1980 de David Bolton en Monthly Weather Review : ^{[ 19 ]}

• a = 6,112  mbar, b = 17,67, c = 243,5  °C.

Estas valoraciones proporcionan un error máximo del 0,1%, para −30 °C ≤ T ≤ 35 °C y 1% < HR < 100%. También cabe destacar Sonntag1990, ^{[ 20 ].}

• a = 6,112  mbar, b = 17,62, c = 243,12 °C ; para −45 °C ≤ T ≤ 60 °C (error ±0,35 °C).    

Otro conjunto común de valores proviene de la obra Psicometría y Gráficos Psicométricos de 1974. ^{[ 21 ]}

• a = 6,105  mbar, b = 17,27, c = 237,7 °C ; para 0 °C ≤ T ≤ 60 °C (error ±0,4 °C).    

Asimismo, en el Journal of Applied Meteorology and Climatology ^{[ 22 ]} , Arden Buck proporciona varios conjuntos de valoración diferentes, con distintos errores máximos para diferentes rangos de temperatura. Dos conjuntos en particular ofrecen un rango de −40  °C a +50  °C entre los dos, con un error máximo aún menor dentro del rango indicado que todos los conjuntos anteriores:

• a = 6,1121  mbar, b = 17,368, c = 238,88 °C ; para 0 °C ≤ T ≤ 50 °C (error ≤ 0,05%).    
• a = 6,1121  mbar, b = 17,966, c = 247,15 °C ; para −40 °C ≤ T ≤ 0 °C (error ≤ 0,06%).    

El punto de congelación es similar al punto de rocío, ya que es la temperatura a la que debe enfriarse una determinada masa de aire húmedo, a presión atmosférica constante , para que el vapor de agua se deposite sobre una superficie en forma de cristales de hielo sin pasar por la fase líquida (compárese con la sublimación ). El punto de congelación para una determinada masa de aire siempre es superior al punto de rocío, puesto que romper los enlaces más fuertes entre las moléculas de agua en la superficie del hielo, en comparación con la superficie del agua líquida ( sobreenfriada ), requiere una temperatura más alta. ^{[ 24 ]}

En la Antigua Grecia , Aristóteles creía que el rocío caía del cielo. ^{[ 25 ]} Durante el Renacimiento , Fernando II de Médici construyó un higrómetro para registrar la temperatura y las condiciones del viento que dan lugar a la formación de agua. ^{[ 26 ]}

En el siglo XVIII, Charles Le Roy intentó determinar el punto de rocío vertiendo agua fría en un recipiente de vidrio. ^{[ 26 ]}

La primera teoría moderna sobre el rocío fue compuesta por William Charles Wells , quien publicó sus experimentos en su Ensayo sobre el rocío de 1818. ^{[ 25 ]} El meteorólogo John Aitken demostró en 1887 que el rocío proviene de la tierra o de las plantas, y no cae del aire. ^{[ 25 ]}

El punto de rocío más alto jamás registrado en la Tierra es de 35 °C (95 °F) (con una temperatura de 42 °C (108 °F) ), observado en Dhahran , Arabia Saudita, a las 3:00 p.m. del 8 de julio de 2003. ^{[ 27 ] [ 28 ]}     

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• Respuestas frecuentes sobre temperatura, humedad y punto de rocío de sci.geo.meteorology