Humedad relativa

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De todas las afirmaciones sobre la humedad relativa que he escuchado en conversaciones cotidianas, la anterior es probablemente la más común. Puede representar la comprensión del fenómeno, y tiene cierta utilidad de sentido común, pero puede representar una completa incomprensión de lo que sucede físicamente. El aire no «retiene» el vapor de agua en el sentido de tener alguna fuerza de atracción o influencia captadora. Las moléculas de agua son en realidad más ligeras y de mayor velocidad que las moléculas de nitrógeno y oxígeno que constituyen la mayor parte del aire, y desde luego no se adhieren a ellas ni son retenidas por ellas en ningún sentido. Si se examina la energía térmica de las moléculas en el aire a una temperatura ambiente de 20°C, se encuentra que la velocidad media de una molécula de agua en el aire es de más de 600 m/s o más de 1400 millas/hora. Otra perspectiva posiblemente útil sería considerar el espacio entre las moléculas de aire en condiciones atmosféricas normales. A partir del conocimiento de las masas atómicas y de las densidades de los gases y de la modelización del recorrido libre medio de las moléculas de gas, podemos concluir que la separación entre las moléculas de aire a presión atmosférica y a 20°C es de unas 10 veces su diámetro. Por lo general, su recorrido es del orden de 30 veces esa separación entre colisiones. Por lo tanto, las moléculas de agua en el aire tienen mucho espacio para moverse y no son «retenidas» por las moléculas de aire.

Cuando se dice que el aire puede «retener» una cierta cantidad de vapor de agua, el hecho al que se refiere es que una cierta cantidad de vapor de agua puede residir en el aire como un constituyente del mismo. Las moléculas de agua de alta velocidad actúan, en una buena aproximación, como partículas de un gas ideal. A una presión atmosférica de 760 mm Hg, se puede expresar la cantidad de agua en el aire en términos de una presión parcial en mm Hg que representa la presión de vapor aportada por las moléculas de agua. Por ejemplo, a 20 °C, la presión de vapor de saturación del vapor de agua es de 17,54 mm Hg, por lo que si el aire está saturado de vapor de agua, los componentes atmosféricos dominantes, el nitrógeno y el oxígeno, contribuyen a la mayor parte de los otros 742 mm Hg de la presión atmosférica.

Pero el vapor de agua es un tipo de componente del aire muy diferente al oxígeno y al nitrógeno. El oxígeno y el nitrógeno son siempre gases a la temperatura de la Tierra, con puntos de ebullición de 90K y 77K respectivamente. Prácticamente, siempre actúan como gases ideales. Pero el agua extraordinaria tiene un punto de ebullición de 100°C= 373,15K y puede existir en la Tierra en fase sólida, líquida y gaseosa. En esencia, siempre se encuentra en un proceso de intercambio dinámico de moléculas entre estas fases. En el aire a 20°C, si la presión de vapor ha alcanzado los 17,54 mm Hg, entonces están entrando en la fase líquida tantas moléculas de agua como están escapando a la fase gaseosa, por lo que decimos que el vapor está «saturado». No tiene nada que ver con que el aire «retenga» las moléculas, aunque el uso común suele sugerirlo. Cuando el aire se acerca a la saturación, decimos que nos acercamos al «punto de rocío». Las moléculas de agua son polares y mostrarán alguna fuerza de atracción neta entre ellas y, por tanto, comenzarán a apartarse del comportamiento del gas ideal. Al juntarse y pasar al estado líquido pueden formar gotas en la atmósfera para hacer nubes, o cerca de la superficie para formar niebla, o en las superficies para formar rocío.

Otro enfoque que podría ayudar a aclarar el punto de que el aire no «retiene» realmente el agua es observar que la humedad relativa realmente no tiene nada que ver con las moléculas de aire (es decir, N2 y O2). Si un matraz cerrado a 20°C tuviera agua líquida pero no tuviera aire, alcanzaría el equilibrio a la presión de vapor saturado 17,54 mm Hg. En ese momento tendría una densidad de vapor de 17,3 gm/m3 de vapor de agua puro en fase gaseosa sobre la superficie del agua. Pero si acabáramos de quitar el aire y sellar el recipiente con agua líquida dentro, podríamos tener una situación en la que sólo hubiera 8,65 gm/m3 residentes en la fase gaseosa en ese momento concreto. Diríamos que la humedad relativa en el matraz es del 50% en ese momento porque la densidad del vapor de agua residente es la mitad de su densidad de saturación. Es exactamente lo mismo que diríamos si el aire estuviera presente: 8,65 gm/m3 de vapor de agua en el aire a 20°C representan el 50% de humedad relativa. En estas condiciones, las moléculas de agua se estarían evaporando de la superficie a la fase gaseosa más rápido de lo que entrarían en la superficie del agua, por lo que la presión de vapor del vapor de agua sobre la superficie estaría aumentando hacia la presión de vapor de saturación.