UNIVERSIDAD DE CONCEPCION FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA DEPARTAMENTO DE RECURSOS HIDRICOS Publicaciones para apoyo docente Prof. Eduardo Holzapfel. Ricardo Matta Canga HUMEDAD ATMOSFÉRICA Introducción El aire de la atmósfera se considera normalmente como una mezcla de dos componentes: aire seco y agua. El agua es la única sustancia de la atmósfera que puede condensar (pasar de vapor a líquido) o evaporarse (pasar de líquido a vapor) en las condiciones ambientales que conocemos en la Tierra. Este hecho justifica la división del aire atmosférico es aire seco y agua, y además provocan una gran cantidad de fenómenos meteorológicos como la lluvia, el rocío, las nubes etcétera. Además de todo esto, el estudio del agua en el aire atmosférico es esencial para la sensación de bienestar. La concentración de vapor atmosférico es uno de los más importantes elementos del ambiente para el desarrollo de organismos vivos. La humedad relativa (HR) es la más familiar de las variables para describir humedad atmosférica y se define como el cuociente entre la presión de vapor actual del aire y la presión de vapor a saturación a la temperatura del aire. Otra importante variable de la humedad atmosférica es el déficit de vapor del aire (DPV) que es definido como la diferencia entre la presión de vapor a saturación y la presión de vapor actual del aire. Objetivo Determinar la presión de vapor a saturación. Obtener el déficit de presión de vapor (kPa) (DPV), densidad de vapor (gr/m³), respectivas temperaturas de punto de rocío y temperatura bulbo húmedo durante un día. . Comparar el DPV máximo horarios medido con el DPV máximo o estimado con modelos. Comparar el DPV promedio diario medido con el DPV promedio o estimado con modelos. Comparar la temperatura de punto de rocío con modelo de Murray. Material Tabla 1. Datos de horarios de temperaturas del aire (Ta) y humedad relativa (HR) Hora Temperatura Actual (°C) HR (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2 1.5 1.2 1.0 0.8 0.4 0 1 2 5 9 12 15 18 19 20 21 18 15 12 11 10 9 8 6 95.1 96.0 97.0 98.0 99.0 99.4 100.0 98.5 95.3 82.0 70.0 62.0 50.0 40.0 38.5 37 35 48.0 52.0 60.0 70.0 73.0 80.0 85.0 90.0 Procedimiento para cálculo de presión de vapor a saturación. Graficar Tiempo hora (x) vs Temperatura actual y Humedad Relativa (y) 100.0 90.0 80.0 TA (°C) 70.0 HR (%) 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0 4 8 12 Horas 16 20 24 Generar gráfico de Temperatura (x) y Humedad Relativa (y) con datos ordenados. 100.0 90.0 Humedad relativa (%) 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 Temperatura (ºC) Para conocer la presión y densidad de vapor horaria, primero es necesario determinar la presión (Pvs = eo ), y densidad de vapor a saturación ( ρvo ) a la temperatura del aire esto se consigue a través de ecuaciones: 16.79 T a 116.9 eo exp T a 237.3 Ecuación 1 exp(52.576 33 6790.4985 T 1 5.02808 ln(T ) ρvo 4.62 104 T 14.00 90.00 Presión vapor a saturación (kPa) 70.00 10.00 60.00 8.00 50.00 6.00 40.00 30.00 4.00 20.00 2.00 Densidad vapor a saturación (gr/m³) 80.00 12.00 10.00 0.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 Tem peratura (ºC) Procedimiento para cálculo de presión de vapor actual Calcular la presión de vapor actual del aire (Pva = ea ). Como por definición la humedad relativa es la relación entre presión de vapor actual u horaria (ea) y presión de vapor a saturación (eo) o también densidad de vapor horaria (ρa) y densidad de vapor a saturación (ρo), es decir: HR ea a eo o ea = HR * eo 1.200 ea(kPa) 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0 5 10 15 Hrs 20 25 30 Procedimiento para cálculo de déficit presión de vapor (DPV) Calcular el déficit de presión vapor del aire (DPV) con la ecuación: DPV = Pvs - Pva Y con los modelos para déficit de vapor del aire (DPV) Modelo 1: DPV (24 Hrs ) eo (T max) eo (T min) eo (Tdw ) 2 Promedio DPV diario = ((Pvs a Tmáx + Pvs a Tmín) / 2) - Pvs a Temperatura Punto rocío. DPV máxima = Pvs a Tmáx - Pvs a Tmín Modelo 2: DPV (24Hrs) eo (Tprom ) eo (Tdw ) Modelo 3: HRmax HRmin DPV(24Hrs) eo(Tprom) 1 2 Modelo 1 Hora 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 TA (°C) 2.0 1.5 1.2 1.0 0.8 0.4 0.0 1.0 2.0 5.0 9.0 12.0 15.0 18.0 19.0 20.0 21.0 18.0 15.0 HR (%) 95.3 96.0 97.0 98.5 99.0 99.4 100.0 98.0 95.1 92.0 80.0 62.0 52.0 48.0 38.5 37.0 35.0 40.0 50.0 Temp sat 1.9 1.4 1.2 1.0 0.8 0.4 0.0 1.0 1.9 4.6 7.2 7.4 7.8 8.6 7.3 7.4 7.4 7.2 7.5 Modelo 2 Pvs1 (Kpa) Pvs2 (Kpa) 0.706 0.706 0.681 0.681 0.666 0.666 0.657 0.657 0.648 0.647 0.629 0.629 0.611 0.611 0.657 0.657 0.706 0.706 0.873 0.872 1.149 1.147 1.403 1.402 1.706 1.704 2.065 2.062 2.199 2.196 2.340 2.336 2.488 2.485 2.065 2.062 1.706 1.704 Pva (Kpa) 0.673 0.654 0.647 0.647 0.641 0.625 0.611 0.644 0.671 0.803 0.919 0.870 0.887 0.991 0.846 0.866 0.871 0.826 0.853 DPV 0.033 0.027 0.020 0.010 0.006 0.004 0.000 0.013 0.035 0.070 0.230 0.533 0.819 1.074 1.352 1.474 1.617 1.239 0.853 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 6.0 kPa 19 20 21 22 23 24 60.0 70.0 74.3 80.0 85.0 90.0 7.2 7.7 7.4 7.2 6.8 5.4 1.403 1.313 1.229 1.149 1.073 0.936 1.402 1.312 1.227 1.147 1.072 0.935 0.842 0.919 0.913 0.919 0.912 0.842 0.561 0.394 0.316 0.230 0.161 0.094 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 DPV real Promedio DPV modelo 1 Promedio DPV modelo 2 Promedio DPV modelo 3 Promedio Procedimiento para cálculo de la temperatura de Punto de Rocío. Para calcular la temperatura de punto de rocío (Tdw) se pueden ocupar 2 métodos: a través de la lectura de la carta psicrométrica, lo que resultaría mas fácil pero bastante largo considerando la cantidad de valores a determinar, o despejando T de la ecuación 1 y dejándola en función de la presión de vapor a saturación, con la variante que ahora eo se reemplazara por la presión de vapor horaria anteriormente calculada siendo la temperatura obtenida la correspondiente a la temperatura de punto de rocío. Al despejar la ecuación se consigue: Tdw (237.3 ln(ea ) 116.9) ln(ea ) 16.78 Las temperaturas así obtenidas, pueden también ser comparadas con las que se obtienen a partir de Modelo de Murray. Tdw 237.3/((1/(((LN(HR/100))/17.3)+ (T a/(273.3+ T a))))- 1) 8.0 Temperatura Punto Rocío (ºC) 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 1 3 Murray (ºC) 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 de saturación (ºC) Horas Tdw(ºC) 1 Se ven pequeñas diferencias decimales en los valores obtenidos por Murray. Según la figura siguiente, la pendiente de la recta obtenida de graficar ambos resultados no es 1, lo que es de esperar puesto que para aquello, los valores deberían ser 1 es a 1. 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 y = 1.177x + 0.0027 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 Tdw(ºC) 2 Temperaturas de punto de rocío (Tdw) medidos en el procedimiento (1) en relación al procedimiento de Murray (2). Procedimiento para cálculo de la temperatura de Bulbo Húmedo. Los datos obtenidos, según muestra la tabla 3, se lograron de manera exclusiva por tabla psicrometrica, puesto que para utilizar algún modelo que determine este parámetro, es necesario conocer otro tipo de información que alarga y complica en cierto modo el procedimiento. Tabla 3: Temperaturas de bulbo húmedo (Tbh), obtenidas de la tabla psicrometrica a partir de la temperatura actual(Ta) y humedad relativa (HR). Ta(ºC) 2.0 1.5 1.2 1.0 0.8 0.4 0.0 1.0 2.0 5.0 9.0 12.0 15.0 18.0 19.0 20.0 21.0 18.0 15.0 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 6.0 HR(%) 95.1 96 97 98 99 99.4 100 98.5 95.3 82 70 62 50 40 38.5 37 35 48 52 60 70 73 80 85 90 Tbh(ºC) 1.5 1.0 1.0 1.0 0.8 0.4 0.0 0.9 1.5 3.9 6.7 8.5 10.0 11.0 11.7 12.0 12.5 12.0 10.0 8.4 8.5 8.0 7.5 7.0 5.0