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METEO
METEOROLOGÍA APLICADA
El factor humedad
Las continuas transformaciones a las
que se ve sometido el vapor de agua
atmosférico, influyen notablemente
en las condiciones meteorológicas
reinantes. Desde la presencia o no de
nubes hasta la formación de niebla
o hielo, pasando por las diferentes
formas de precipitación, el contenido
de humedad del aire es un factor que
siempre ha de tener en cuenta el piloto.
Texto: José Miguel Viñas · Fotos: Autor, salvo indicado
30 » AVION & PILOTO · NÚMERO 17
Estelas de punta de ala y nube de
flanqueo envolviendo a un F-22A
Raptor Stealth Fighter de las
Fuerzas Aéreas de EEUU, durante
un vuelo en Alaska, en 2009.
METEOROLOGÍA APLICADA
METEO
L
a cantidad de agua contenida en
la atmósfera, en cualquiera de
sus tres estados –agua líquida,
hielo o vapor–, ronda los 12 billones
de metros cúbicos. A pesar de lo
abultado de la cifra, dicha cantidad
apenas representa el 0,035% del
agua dulce de la Tierra. La mayor
parte del agua atmosférica –un
96%– está en forma de vapor, por lo
que no la vemos, ya que es un gas
invisible que flota a nuestro alrededor,
mezclado con el resto de gases que
forman el aire. Las nubes, a escala
planetaria, sólo contienen el 4% del
agua presente en la atmósfera.
A diferencia de lo que ocurre
con el nitrógeno y el oxígeno
(principales componentes de la
mezcla de gases atmosférica),
cuyas proporciones se mantienen
prácticamente constantes, el
contenido de vapor de agua es muy
variable, pudiendo ser desde un
0% (valor teórico) en el caso del
aire seco, hasta un 4% en volumen
en aire sobresaturado. Podemos
considerar un valor promedio
para toda la Tierra en torno a un
1%, con importantes diferencias
entre las regiones polares (0,2%)
y la franja ecuatorial (2,7%). En
latitudes medias, los continuos
desplazamientos de masas de aire,
así como las oscilaciones diarias de
temperatura, provocan importantes
cambios en el contenido de
humedad tanto de un día para otro
como entre el día y la noche.
Otro hecho a tener en cuenta es
que el contenido de vapor de agua
disminuye con rapidez según vamos
ascendiendo por la atmósfera,
concentrándose en su parte más
baja. Algo más del 50% de ese
vapor se localiza por debajo de
FL050 (nivel de presión de 850
hPa), mientras que del orden del
90% queda confinado por debajo de
FL180 (nivel de presión de 500 hPa);
es decir, por debajo de los 18.000
pies de altitud.
Un concepto poco intuitivo
Contrariamente a lo que suele
pensarse, el aire húmedo tiene
una menor densidad que el seco.
El hecho, indiscutible, de que algo
que está mojado –una toalla, por
ejemplo– pesa más que si está seco,
nos conduce a una idea equivocada
respecto al aire. Las mezclas de
gases siguen las directrices de las
leyes de la Química y, en particular,
hay una, que en 1811 estableció el
científico italiano Amedeo Avogadro
(1776-1856), que indica que, bajo
idénticas condiciones de presión y
temperatura, dos volúmenes iguales
de gases diferentes contienen el
mismo número de moléculas. De
acuerdo con esta conocida ley, si
uno de esos volúmenes es de aire
seco y el otro de aire húmedo, las
moléculas de vapor de agua que
contenga este último tendrán su
equivalente en la parcela de aire
seco en forma de moléculas de
nitrógeno, oxígeno y de los gases
nobles que forman la mezcla
gaseosa del aire seco. Como el peso
molecular del agua (10) es inferior
al de la molécula de nitrógeno (14),
la de oxígeno (16) y la del resto
de componentes del aire seco, el
resultado es la menor densidad del
aire húmedo antes apuntada.
Dicha circunstancia influye
de forma significativa –aunque
Arriba
Condensación de vapor
de agua en la cabina
de un avión. Aunque
habitualmente el aire
en el interior de los
aviones es bastante seco,
el fallo en el sistema
de refrigeración puede
provocar un efecto
contrario al esperado.
Izquierda
Ligera condensación
sobre el ala de un avión,
como consecuencia del
descenso local de presión
que allí tiene lugar.
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METEO
METEOROLOGÍA APLICADA
Derecha
Espectacular
nube de flanqueo
envolviendo a un
avión comercial
en los momentos
previos a su
aterrizaje. © Robert
Budde. FUENTE:
Airliners.net
no suele ser un factor crítico– en la
potencia de los motores, el empuje
de las hélices y la sustentación de las
alas de las aeronaves. La disminución
de la densidad que experimenta el
aire al aumentar su contenido de
humedad, provoca una reducción en
las tres cosas reseñadas, lo que ha de
tener en cuenta el piloto siempre que
penetre en el interior de una nube
o vuele en el seno de una masa de
aire muy húmedo, bajo condiciones
cercanas a la saturación.
La presión de vapor
En el aire, cada uno de los gases
que componen la mezcla ejerce
una presión parcial. La suma de las
presiones de todos ellos da como
resultado la presión atmosférica
que medimos con el barómetro. En
el caso del aire húmedo, el vapor
de agua contenido en él ejerce la
correspondiente presión parcial,
comúnmente conocida como “presión
de vapor”. Se trata de un concepto
importante en Meteorología, que
nos permite comprender en qué
condiciones el aire es capaz de
saturarse, formándose las nubes.
El aire tiene una capacidad limitada
para contener vapor de agua,
que depende de la temperatura.
Si sobre una gran superficie
líquida (mar, lago...) se instala una
masa de aire inicialmente seco,
del agua comenzarán a escapar
moléculas de vapor que irán
incorporándose al aire, volviéndose
éste progresivamente más húmedo.
A medida que el aire va cargándose
de humedad, parte de las moléculas
se incorporan de nuevo al agua,
alcanzándose, al cabo de un tiempo,
un equilibro entre las que escapan
al aire y las que retornan al medio
acuoso. Si aumenta la temperatura,
lo hace la tasa de evaporación,
Derecha
Curva de la presión
de vapor saturante.
32 » AVION & PILOTO · NÚMERO 17
incorporándose más y más moléculas
de vapor al aire, volviéndose éste
cada vez más húmedo y aumentando
la presión de vapor. Llega un
momento en que el aire no es capaz
de contener más moléculas de vapor
de agua, alcanzando la presión de
vapor un valor límite o saturante; el
aire comienza entonces a saturarse,
formándose gotitas de agua líquida
en su seno.
En la figura 3 comprobamos cómo
la relación entre el contenido de
vapor de agua del aire (eje vertical)
y la temperatura (eje horizontal) no
es lineal, sino de tipo exponencial.
La curva representa la presión de
vapor saturante (humedad relativa
del 100%). Dicho comportamiento
explica el hecho de que casi todos
los otoños llueva torrencialmente por
la fachada mediterránea. A finales
del verano y principios del otoño
es cuando la temperatura del agua
superficial del Mediterráneo es más
elevada. Bajo esas condiciones, el
aire que descansa sobre esas cálidas
aguas está muy húmedo, cercano
de la saturación, con una cantidad
de agua potencialmente precipitable
muy grande.
El aire que habitualmente nos
rodea y respiramos (al que podemos
referirnos como “aire seco” para
diferenciarlo del aire saturado)
tiene siempre un cierto grado de
humedad. Imaginemos que las
características particulares de ese
aire son las indicadas por el punto
P de la figura 3. Las dos flechas
que parten de él marcan dos
posibles caminos (vías directas) para
alcanzar la saturación de dicho aire.
Una de ellas consiste en bajar la
temperatura sin alterar el contenido
de vapor de agua. Alcanzada la
curva de la presión saturante
(punto 1), el aire comenzaría a
saturarse. La otra posibilidad sería
ir incorporando vapor de agua
al aire sin variar su temperatura.
En tal caso, la presión de vapor
iría aumentando hasta alcanzar
la curva (punto 2) y saturarse.
Existen infinidad de combinaciones
intermedias para llegar desde P
hasta la curva de presión de vapor
saturante, pero esos dos serían los
caminos más directos.
Los constantes cambios en
las condiciones de humedad y
temperatura atmosféricas son los
que dictan el irregular reparto de
la nubosidad que vemos en el cielo.
Cuando el aire logra saturarse a ras
de suelo, entonces se forma la niebla.
Mientras que en los aeródromos
próximos a las costas el aporte de
vapor de agua procedente del mar
es el principal mecanismo generador
de las nieblas y de los estratos que,
con frecuencia, cubren los cielos,
en zonas del interior, de clima
continental, el enfriamiento nocturno,
METEOROLOGÍA APLICADA
METEO
Izquierda
Tabla psicrométrica
para el cálculo de la
humedad relativa del
aire. FUENTE: Earth
Science Referente
Tables – Edición de
2001
Junto a estas líneas
Psicrómetro
convencional, con
el termómetro
seco situado a
la izquierda y
el húmedo a la
derecha.
siempre y cuando partamos de un
aire lo suficientemente húmedo,
resulta determinante.
Aunque existen diferentes índices
para medir la cantidad de vapor de
agua contenida en el aire (humedad
absoluta, humedad específica, razón
de mezcla...), la humedad relativa
(hr), expresada en tantos por ciento
(%), es el índice más empleado, ya
que nos permite conocer lo cerca o
lejos que se encuentra el aire de la
saturación. Podemos definirla como
el cociente entre la presión de vapor
y la presión de vapor saturante, todo
ello multiplicado por 100.
La humedad relativa del aire puede
calcularse a partir de las medidas
de temperatura obtenidas con un
psicrómetro. Este aparato, colocado
habitualmente en el interior de
las garitas meteorológicas de los
observatorios, consiste en un par de
termómetros de mercurio, uno de
los cuáles tiene su depósito cubierto
por una telilla permanentemente
mojada. En función de cuál sea el
contenido de humedad del aire, la
tasa de evaporación de la telilla
será mayor o menor, robando
más o menos calor del depósito
del “termómetro húmedo”. Este
termómetro indicará siempre
un valor algo más bajo que el
“seco”, salvo cuando el aire esté
saturado, en cuyo caso marcarán
lo mismo. Introduciendo en una
tabla psicrométrica los valores de la
temperatura del aire del termómetro
convencional (“termómetro seco”)
y la diferencia entre las lecturas de
los dos termómetros –el seco y el
húmedo– puede determinarse con
precisión el valor de la humedad
relativa del aire.
Izquierda
Formación de niebla
en un aeródromo a
la puesta de sol.
Resulta igualmente útil conocer,
aparte de la temperatura del aire
y su humedad relativa, a qué
temperatura el aire es capaz de
saturarse (hr = 100), ya que ese
dato puede ayudarnos a pronosticar
la posible formación de niebla
en un aeropuerto. La llamada
“temperatura del punto de rocío”
(Td) es aquella a la que se produce
la saturación si se enfría el aire
sin alterar su contenido de vapor
de agua. Volviendo a la figura 3,
dicha temperatura sería la que
corresponde al punto 1 (aprox. unos
13 ºC en dicho ejemplo).
Aunque gracias al TAF podemos
conocer si en un aeropuerto podrá
formarse niebla en las próximas
horas, para pequeños aeródromos
en los que no tengamos a nuestra
disposición el pronóstico local
aeronáutico, si conocemos el valor
de Td, a partir del último METAR
que tengamos disponible, así como
la temperatura mínima (Tmín) que
se prevé en la zona (consultando,
por ejemplo, el pronóstico por
localidades que ofrece la página
web de AEMET: www.aemet.es),
entonces si Tmín ≤ Td, podremos
estar razonablemente seguros de
que habrá niebla, aunque siempre
existirán factores fuera de nuestro
control, que pueden echar al traste
nuestra predicción. ■
Para aclarar cualquier duda meteorológica que
tengas y si quieres ver también publicadas en
la revista tus fotografías de los cielos y de los
fenómenos meteorológicos captados en tus
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