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La temperatura de bulbo húmedo (WBT) es la temperatura leída por un termómetro cubierto con un paño empapado en agua ( termómetro de bulbo húmedo ) por el que pasa el aire. [1] Al 100% de humedad relativa , la temperatura de bulbo húmedo es igual a la temperatura del aire (temperatura de bulbo seco ); a menor humedad, la temperatura de bulbo húmedo es más baja que la temperatura de bulbo seco debido al enfriamiento por evaporación .

La temperatura de bulbo húmedo se define como la temperatura de un paquete de aire enfriado hasta la saturación (100% de humedad relativa) por la evaporación del agua en él, con el calor latente suministrado por el paquete. [2] Un termómetro de bulbo húmedo indica una temperatura cercana a la temperatura real (termodinámica) de bulbo húmedo. La temperatura de bulbo húmedo es la temperatura más baja que se puede alcanzar en las condiciones ambientales actuales mediante la evaporación del agua únicamente.

Incluso las personas adaptadas al calor no pueden realizar actividades normales al aire libre más allá de una temperatura de bulbo húmedo de 32 ° C (90 ° F), equivalente a un índice de calor de 55 ° C (130 ° F). El límite teórico para la supervivencia humana durante más de unas pocas horas a la sombra, incluso con agua ilimitada, es de 35 ° C (95 ° F), teóricamente equivalente a un índice de calor de 70 ° C (160 ° F), aunque el calor el índice no llega tan alto. [3]

Intuición [ editar ]

Considere un termómetro envuelto en un paño humedecido en agua. Cuanto más seco y menos húmedo esté el aire, más rápido se evaporará el agua. Cuanto más rápido se evapore el agua, menor será la temperatura del termómetro en relación con la temperatura del aire.

Pero el agua solo puede evaporarse si el aire que la rodea puede absorber más agua. Esto se mide comparando cuánta agua hay en el aire con el máximo que podría haber en el aire: la humedad relativa . 0% significa que el aire está completamente seco y 100% significa que el aire contiene toda el agua que puede contener en las circunstancias actuales y no puede absorber más agua (de ninguna fuente).

Por eso nos sentimos más frescos en el aire seco. Cuanto más seco esté el aire, más humedad puede contener más allá de la que ya contiene, y más fácil será que se evapore el agua extra. El resultado es que el sudor se evapora más rápidamente en el aire más seco, enfriando la piel más rápidamente. Pero si la humedad relativa es del 100%, el agua no se puede evaporar y no es posible enfriar por sudoración o evaporación.

Cuando la humedad relativa es del 100%, un termómetro de bulbo húmedo tampoco se puede enfriar por evaporación, por lo que leerá lo mismo que un termómetro sin envolver.

General [ editar ]

La temperatura de bulbo húmedo es la temperatura más baja que puede alcanzarse mediante el enfriamiento por evaporación de una superficie ventilada humedecida con agua (o incluso cubierta de hielo).

Por el contrario, el punto de rocío es la temperatura a la que se debe enfriar el aire ambiente para alcanzar el 100% de humedad relativa, suponiendo que no haya más evaporación en el aire; es el punto donde se formarían la condensación (rocío) y las nubes.

Para una parcela de aire que está menos que saturada (es decir, aire con menos del 100 por ciento de humedad relativa), la temperatura del bulbo húmedo es más baja que la temperatura del bulbo seco , pero más alta que la temperatura del punto de rocío. Cuanto menor sea la humedad relativa (más seco el aire), mayores serán los espacios entre cada par de estas tres temperaturas. Por el contrario, cuando la humedad relativa sube al 100%, las tres cifras coinciden.

Para aire a una presión y temperatura de bulbo seco conocidas, la temperatura termodinámica de bulbo húmedo corresponde a valores únicos de la humedad relativa y la temperatura del punto de rocío. Por tanto, puede utilizarse para la determinación práctica de estos valores. Las relaciones entre estos valores se ilustran en una tabla psicrométrica .

El enfriamiento del cuerpo humano a través de la transpiración se inhibe a medida que aumenta la humedad relativa del aire circundante en verano. Otros mecanismos pueden funcionar en invierno si hay validez en la noción de "húmedo" o "frío húmedo".

Las temperaturas de bulbo húmedo más bajas que se corresponden con el aire más seco en verano pueden traducirse en ahorros de energía en edificios con aire acondicionado debido a:

  1. Carga de deshumidificación reducida para aire de ventilación
  2. Mayor eficiencia de las torres de enfriamiento

Temperatura termodinámica de bulbo húmedo [ editar ]

La temperatura termodinámica de bulbo húmedo o temperatura de saturación adiabática es la temperatura que tendría un volumen de aire si se enfriara adiabáticamente hasta la saturación mediante la evaporación del agua en él, y todo el calor latente lo suministra el volumen de aire.

La temperatura de una muestra de aire que ha pasado sobre una gran superficie del agua líquida en un canal aislado se denomina temperatura termodinámica de bulbo húmedo: el aire se satura al pasar por una cámara de saturación adiabática ideal de presión constante.

Los meteorólogos y otros pueden utilizar el término "temperatura isobárica de bulbo húmedo" para referirse a la "temperatura termodinámica de bulbo húmedo". También se denomina "temperatura de saturación adiabática", aunque los meteorólogos también utilizan "temperatura de saturación adiabática" para referirse a "temperatura en el nivel de saturación", es decir, la temperatura que alcanzaría la parcela si se expandiera adiabáticamente hasta saturarse. [4]

La temperatura termodinámica de bulbo húmedo se representa en un gráfico psicrométrico .

La temperatura termodinámica de bulbo húmedo es una propiedad termodinámica de una mezcla de aire y vapor de agua. El valor indicado por un termómetro de bulbo húmedo simple a menudo proporciona una aproximación adecuada de la temperatura termodinámica de bulbo húmedo.

Para un termómetro de bulbo húmedo preciso, "la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de saturación adiabática son aproximadamente iguales para las mezclas de aire y vapor de agua a temperatura y presión atmosféricas. Esto no es necesariamente cierto a temperaturas y presiones que se desvían significativamente de las condiciones atmosféricas normales. o para otras mezclas de gases y vapores ". [5]

Lectura de temperatura del termómetro de bulbo húmedo [ editar ]

Un húmedo seco higrómetro con un termómetro de bulbo húmedo
Un psicrómetro de cabestrillo. El calcetín se moja con agua destilada y se gira durante un minuto o más antes de tomar las lecturas.

La temperatura de bulbo húmedo se mide usando un termómetro que tiene su bulbo envuelto en una tela, llamada calcetín , que se mantiene húmedo con agua destilada mediante la acción de mecha . Tal instrumento se llama termómetro de bulbo húmedo. Un dispositivo ampliamente utilizado para medir la temperatura de bulbo húmedo y seco es un psicrómetro de cabestrillo , que consiste en un par de termómetros de bulbo de mercurio, uno con un "calcetín" húmedo para medir la temperatura del bulbo húmedo y el otro con el bulbo expuesto y seco durante la temperatura de bulbo seco. Los termómetros están sujetos a un mango giratorio que les permite girar para que el agua se evapore del calcetín y enfríe el bulbo húmedo hasta que alcance el equilibrio térmico .

Un termómetro de bulbo húmedo real lee una temperatura que es ligeramente diferente de la temperatura termodinámica de bulbo húmedo, pero su valor es muy similar. Esto se debe a una coincidencia: para un sistema agua-aire, la relación psicrométrica (ver más abajo) resulta ser cercana a 1, aunque para sistemas distintos del aire y el agua pueden no estar cerca.

Para entender por qué esto es así, primero considere el cálculo de la temperatura termodinámica de bulbo húmedo.

Experimento 1

En este caso, se enfría una corriente de aire insaturado. El calor de enfriar ese aire se usa para evaporar algo de agua, lo que aumenta la humedad del aire. En algún momento, el aire se satura con vapor de agua (y se ha enfriado a la temperatura termodinámica de bulbo húmedo). En este caso podemos escribir el siguiente balance de energía por masa de aire seco:

  • contenido de agua saturada del aire (kg H 2 O / kg aire seco )
  • contenido inicial de agua del aire (la misma unidad que la anterior)
  • calor latente del agua (J / kg H 2 O )
  • temperatura inicial del aire (K)
  • temperatura del aire saturado (K)
  • calor específico del aire (J / kg · K)

Experimento 2

Para el caso del termómetro de bulbo húmedo, imagine una gota de agua con aire insaturado que sopla sobre ella. Siempre que la presión de vapor del agua en la gota (función de su temperatura) sea mayor que la presión parcial del vapor de agua en la corriente de aire, se producirá la evaporación. Inicialmente, el calor requerido para la evaporación provendrá de la gota misma, ya que las moléculas de agua que se mueven más rápido tienen más probabilidades de escapar de la superficie de la gota, por lo que las moléculas de agua restantes tendrán una velocidad promedio más baja y, por lo tanto, una temperatura más baja. Si esto fuera lo único que sucediera y el aire comenzara a secarse completamente, si el aire soplara lo suficientemente rápido, entonces su presión parcial de vapor de agua permanecería constantemente cero y la gota se volvería infinitamente fría. [cita requerida ]

Claramente esto no sucede. Resulta que, cuando la gota comienza a enfriarse, ahora hace más frío que el aire, por lo que la transferencia de calor por convección comienza a ocurrir desde el aire a la gota. Además, comprenda que la tasa de evaporación depende de la diferencia de concentración de vapor de agua entre la interfaz gota-corriente y la corriente distante (es decir, la corriente "original", no afectada por la gota) y de un coeficiente de transferencia de masa convectiva, que es un función de los componentes de la mezcla (es decir, agua y aire).

Después de un cierto período, se alcanza un equilibrio: la gota se ha enfriado hasta un punto en el que la tasa de calor arrastrado en la evaporación es igual a la ganancia de calor por convección. En este punto, el siguiente balance de energía por área de interfaz es verdadero:

  • contenido de agua de la interfaz en equilibrio (kg H 2 O / kg aire seco ) (tenga en cuenta que el aire en esta región está y siempre ha estado saturado)
  • contenido de agua del aire distante (misma unidad que arriba)
  • coeficiente de transferencia de masa (kg / m 2 ⋅s)
  • temperatura del aire a distancia (K)
  • temperatura de la gota de agua en equilibrio (K)
  • coeficiente de transferencia de calor por convección (W / m 2 · K)

Tenga en cuenta que:

  • es la fuerza impulsora para la transferencia de masa (constantemente igual a lo largo de todo el experimento)
  • es la fuerza impulsora de la transferencia de calor (cuando se alcanza , se alcanza el equilibrio)

Reorganicemos esa ecuación en:

Ahora volvamos a nuestro experimento original de "bulbo húmedo termodinámico", Experimento 1. Si la corriente de aire es la misma en ambos experimentos (es decir, y son iguales), entonces podemos igualar los lados derechos de ambas ecuaciones:

Reorganizando un poco:

Ahora está claro que si entonces la temperatura de la caída en el Experimento 2 es la misma que la temperatura de bulbo húmedo en el Experimento 1. Debido a una coincidencia, para la mezcla de aire y vapor de agua este es el caso, la relación (llamada proporción psicrométrica ) cercana a 1. [6]

El experimento 2 es lo que sucede en un termómetro de bulbo húmedo común. Es por eso que su lectura está bastante cerca de la temperatura termodinámica ("real") de bulbo húmedo.

Experimentalmente, el termómetro de bulbo húmedo da una lectura más cercana a la temperatura termodinámica de bulbo húmedo si:

  • El calcetín está protegido del intercambio de calor radiante con su entorno.
  • El aire pasa por el calcetín lo suficientemente rápido para evitar que la humedad evaporada afecte la evaporación del calcetín
  • El agua suministrada al calcetín está a la misma temperatura que la temperatura termodinámica de bulbo húmedo del aire.

En la práctica, el valor informado por un termómetro de bulbo húmedo difiere ligeramente de la temperatura termodinámica de bulbo húmedo porque:

  • El calcetín no está perfectamente protegido del intercambio de calor radiante.
  • El caudal de aire que pasa por el calcetín puede ser inferior al óptimo
  • La temperatura del agua suministrada al calcetín no está controlada.

A humedades relativas por debajo del 100 por ciento, el agua se evapora del bulbo, lo que enfría el bulbo por debajo de la temperatura ambiente. Para determinar la humedad relativa, la temperatura ambiente se mide utilizando un termómetro ordinario, más conocido en este contexto como termómetro de bulbo seco . A cualquier temperatura ambiente dada, una menor humedad relativa da como resultado una mayor diferencia entre las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo; el bulbo húmedo es más frío. La humedad relativa precisa se determina leyendo un gráfico psicrométrico de temperaturas de bulbo húmedo frente a bulbo seco, o mediante cálculo.

Los psicrómetros son instrumentos con termómetros de bulbo húmedo y de bulbo seco.

Un termómetro de bulbo húmedo también se puede usar al aire libre a la luz del sol en combinación con un termómetro de globo (que mide la temperatura radiante incidente ) para calcular la temperatura del globo de bulbo húmedo (WBGT).

Temperatura adiabática de bulbo húmedo [ editar ]

La temperatura adiabática de bulbo húmedo es la temperatura que tendría un volumen de aire si se enfriara adiabáticamente hasta la saturación y luego se comprimiera adiabáticamente a la presión original en un proceso húmedo-adiabático [ aclaración necesaria ] (Glosario AMS [ aclaración necesaria ] ). Tal enfriamiento puede ocurrir cuando la presión del aire se reduce con la altitud [ aclaración necesaria ] , como se indica en el artículo sobre el nivel de condensación elevado .

Este término, como se define en este artículo, puede ser [ vago ] más frecuente en meteorología.

Dado que el valor denominado "temperatura termodinámica de bulbo húmedo" también se logra mediante un proceso adiabático, algunos ingenieros y otros pueden utilizar [ vago ] el término "temperatura adiabática de bulbo húmedo" para referirse a la "temperatura termodinámica de bulbo húmedo". . Como se mencionó anteriormente, los meteorólogos y otros pueden usar [ vago ] el término "temperatura isobárica de bulbo húmedo" para referirse a la "temperatura termodinámica de bulbo húmedo".

"La relación entre los procesos isobárico y adiabático es bastante oscura. Sin embargo, las comparaciones indican que las dos temperaturas rara vez difieren en más de unas pocas décimas de grado Celsius, y la versión adiabática es siempre la más pequeña de las dos para el aire insaturado. . Dado que la diferencia es tan pequeña, generalmente se descuida en la práctica ". [7]

Depresión de bulbo húmedo [ editar ]

La depresión del bulbo húmedo es la diferencia entre la temperatura del bulbo seco y la temperatura del bulbo húmedo. Si hay 100% de humedad, las temperaturas de bulbo seco y húmedo son idénticas, lo que hace que la depresión del bulbo húmedo sea igual a cero en tales condiciones. [8]

Temperatura y salud de bulbo húmedo [ editar ]

Los organismos vivos solo pueden sobrevivir dentro de un cierto rango de temperatura. Cuando la temperatura ambiente es excesiva, los humanos y muchos animales se enfrían por debajo del ambiente por enfriamiento evaporativo (sudor en humanos y caballos, saliva y agua en perros y otros mamíferos); esto ayuda a prevenir la hipertermia potencialmente fatal debido al estrés por calor. La efectividad del enfriamiento evaporativo depende de la humedad; temperatura de bulbo húmedo, o cantidades calculadas más complejas como la temperatura de globo de bulbo húmedo (WBGT), que también tiene en cuenta la radiación solar , proporciona una indicación útil del grado de estrés por calor y son utilizadas por varias agencias como base para el estrés por calor pautas de prevención.

Una temperatura sostenida de bulbo húmedo superior a 35 ° C (95 ° F) es probable que sea fatal incluso para personas sanas y en forma, desnudas a la sombra junto a un ventilador; a esta temperatura, nuestros cuerpos pasan de arrojar calor al medio ambiente a obtener calor de él. [9] Por lo tanto, 35 ° C (95 ° F) es el umbral más allá del cual el cuerpo ya no puede enfriarse adecuadamente. Un estudio de la NOAA de 2013 concluyó que el estrés por calor reducirá considerablemente la capacidad laboral en los escenarios de emisiones actuales. [10]

Un estudio de 2010 concluyó que, en el peor de los casos de calentamiento global con temperaturas 12 ° C (22 ° F) más altas que en 2007, el límite de temperatura de bulbo húmedo para los seres humanos podría superarse en gran parte del mundo en los siglos futuros. [11] Un estudio de 2015 concluyó que partes del mundo podrían volverse inhabitables. [12] Un ejemplo del umbral en el que el cuerpo humano ya no puede enfriarse y comienza a sobrecalentarse es un nivel de humedad del 50% y un calor alto de 46 ° C (115 ° F), ya que esto indicaría un temperatura de bulbo húmedo de 35 ° C (95 ° F). [13]

En 2018, Carolina del Sur implementó nuevas regulaciones para proteger a los estudiantes de secundaria de las emergencias relacionadas con el calor durante las actividades al aire libre. Existen pautas y restricciones específicas para temperaturas de bulbo húmedo entre 82.0 ° F (27.8 ° C) y 92.0 ° F (33.3 ° C); Las temperaturas de bulbo húmedo de 92,1 ° F (33,4 ° C) o más requieren que se cancelen todas las actividades al aire libre. [14] [15]

Olas de calor con mucha humedad [ editar ]

  • El 8 de julio de 2003, Dhahran, Arabia Saudita , vio el índice de calor más alto jamás registrado a 81 ° C (178 ° F) con una temperatura de 42 ° C (108 ° F) y un punto de rocío de 35 ° C (95 ° F) . [16] [17]
  • En la ola de calor de la India de 2015, las temperaturas de bulbo húmedo en Andhra Pradesh alcanzaron los 30 ° C (86 ° F). Durante la ola de calor de Chicago de 1995 se alcanzó una temperatura similar de bulbo húmedo . [18]
  • Una ola de calor en agosto de 2015 registró temperaturas de 48,6 ° C (119,5 ° F) y un punto de rocío de 29,5 ° C (85,1 ° F) en Samawah , Irak , y 114,8 ° F (46,0 ° C) con un punto de rocío de 89,6 ° F (32,0 ° C) en Bandar-e Mahshahr , Irán . [19] Esto implicó temperaturas de bulbo húmedo de aproximadamente 33,5 ° C (92,3 ° F) y 34,7 ° C (94,5 ° F) respectivamente. [20] El gobierno instó a los residentes a mantenerse alejados del sol y beber mucha agua.

Temperaturas de bulbo húmedo más altas registradas [ editar ]

Las siguientes ubicaciones han registrado temperaturas de bulbo húmedo de 34 ° C (93 ° F) o más. Tenga en cuenta que las estaciones meteorológicas se encuentran normalmente en los aeropuertos, no necesariamente en los mayores disipadores de calor, por lo que otras ubicaciones de la ciudad pueden haber experimentado valores más altos. [21]

Índice de calor y temperatura de bulbo húmedo [ editar ]

Ver también [ editar ]

  • Termodinámica atmosférica
  • punto de rocío
  • Índice de calor
  • Temperatura potencial de bulbo húmedo

Referencias [ editar ]

  1. ^ Guy W. Gupton (2002). Controles HVAC: operación y mantenimiento . The Fairmont Press, Inc. págs. 288–. ISBN 978-0-88173-394-5.
  2. ^ Un diccionario del tiempo . Referencia de Oxford. ISBN 978-0-19-954144-7.
  3. ^ [1]
  4. ^ "Temperatura de saturación adiabática" .
  5. ^ VanWylen, Gordon J; Sonntag, Richard E. (1973). Fundamentos de la termodinámica clásica (2ª ed.). Wiley. pag. 448. ISBN 978-0471902270.
  6. ^ consultado 20080408
  7. ^ Módulo de formación remota NWSTC; ANÁLISIS DE SONIDO Y DIAGRAMA SKEW T LOG P; RTM - 230; Centro de Capacitación del Servicio Meteorológico Nacional; Kansas City, MO 64153; 31 de julio de 2000
  8. ^ "Bulbo seco, bulbo húmedo y temperatura del punto de rocío" .
  9. ^ Sherwood, SC; Huber, M. (25 de mayo de 2010). "Un límite de adaptabilidad al cambio climático debido al estrés por calor" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 107 (21): 9552–5. Código Bibliográfico : 2010PNAS..107.9552S . doi : 10.1073 / pnas.0913352107 . PMC 2906879 . PMID 20439769 .  
  10. ^ Dunne, John P .; Stouffer, Ronald J .; John, Jasmin G. (2013). "El estrés por calor reduce la capacidad laboral bajo el calentamiento climático" . Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos . 3 (6): 563. Bibcode : 2013NatCC ... 3..563D . doi : 10.1038 / nclimate1827 .
  11. ^ "Un límite de adaptabilidad al cambio climático debido al estrés por calor" . Universidad de Purdue. 4 de mayo de 2010.
  12. ^ Jeremy S. Pal y Elfatih AB Eltahir (2015). "Se prevé que la temperatura futura en el suroeste de Asia supere el umbral de adaptabilidad humana". Naturaleza . 6 (2): 197–200. Código Bibliográfico : 2016NatCC ... 6..197P . doi : 10.1038 / nclimate2833 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
  13. ^ "El Golfo Pérsico podría ser demasiado caliente para los humanos en 2100; el calentamiento global podría hacer que las áreas del Golfo Pérsico sean inhabitables para los humanos en menos de 10 años, según un estudio" . AFP . El Telégrafo diario. 26 de octubre de 2015 . Consultado el 27 de octubre de 2015 .
  14. ^ Shelton, David. "Entran en vigor nuevas reglas para proteger a los atletas de secundaria de Carolina del Sur en condiciones de calor extremo" . Correos y mensajería . Consultado el 16 de agosto de 2018 .
  15. ^ "Monitoreo de temperatura de globo de bulbo húmedo (WBGT)" (PDF) . Liga de escuelas secundarias de Carolina del Sur . Consultado el 16 de agosto de 2018 .
  16. ^ Jason Samenow (31 de julio de 2015). "La ciudad de Irán alcanza un índice de calor sofocante de 165 grados, cerca del récord mundial" . Washington Post . Archivado desde el original el 26 de abril de 2016 . Consultado el 4 de junio de 2018 .
  17. ^ Henson, Bob (9 de mayo de 2020). "Calor y humedad cerca del umbral de supervivencia: ya está sucediendo" . Meteorología subterránea . Consultado el 10 de mayo de 2020 .
  18. ^ "La combinación mortal de calor y humedad" . The New York Times . 6 de junio de 2015 . Consultado el 16 de marzo de 2016 .
  19. ^ "La temperatura de la sensación alcanza 164 grados en Irán, 159 en Irak; días libres ordenados como asados ​​del Medio Oriente en una ola de calor extrema" . Weather.com . 5 de agosto de 2015 . Consultado el 16 de marzo de 2016 .
  20. ^ "Humedad relativa y bulbo húmedo del punto de rocío" . Servicio Meteorológico Nacional de EE . UU . Consultado el 4 de febrero de 2019 . El cálculo supuso una presión de aire de 760 mmHg (101 kPa).
  21. ^ [2]

Enlaces externos [ editar ]

  • 3 formas de obtener temperaturas de bulbo húmedo para ingenieros
  • Gráfico de bulbo húmedo para la fabricación de nieve (Fahrenheit)
  • El enfriador evaporativo indirecto enfría por debajo del bulbo húmedo
  • Calculadora de bulbo húmedo y punto de rocío de NOAA
  • Atajo para calcular el bulbo húmedo
  • Cálculo del índice de estrés por calor