Clase 4: Humedad.

PRESENCIA DE AGUA
EN LA ATMOSFERA
CICLO HIDROLOGICO
LA ATMOSFERA EN EL CICLO
HIDROLOGICO
PROCESOS
ATMOSFERICOS
• RESERVORIO
DE H2O
• TRANSPORTA Y
DISTRIBUYE
H2O
PRECIPITACION
EVAPORACION
ECUACIÓN DE ESTADO PARA LOS
GASES IDEALES O “LEY DE LOS
GASES IDEALES”
P = ρ RT
Densidad
Presión
Temperatura
Cte. del gas: R = R* / M
Cte. universal de los gases:
R* = 8,3143 J kg –1 K – 1
Peso molecular: M
Relaciones entre las distintas variables:
ρ = cte., P = a ⋅ T
→ si P ↑ → T ↑
P = cte., b = ρ ⋅ T
→ si T ↑ → ρ ↓
T = cte., P = c ⋅ ρ
→ si P ↑ → ρ ↑
AIRE SECO
P = ρ Rd T
Cte. del aire seco:
Rd = 287 J kg –1 K – 1
MEZCLA DE GASES IDEALES
P = ρ RT
m = ∑ mi
P = ∑ Pi
mR
∑
R=
i
m
i
m : masa
, masa de la mezcla
, suma de presiones parciales ( Ley de Dalton)
AIRE HUMEDO
Aire húmedo = aire seco + vapor de agua
P = ρRT
q=
mv
m
“Constante” del aire húmedo:
R = (1 + 0,608q ) Rd
Humedad específica
P = ρRd Tv
Tv = (1 + 0,608q )T
Temperatura virtual
PRESION DE VAPOR – SATURACION
AIRE
AIRE NO
NO SATURADO
SATURADO
t0
AIRE SATURADO
t 1 > t0
T0
T0
e
es > e
Presión o tensión de vapor
de saturación es
Presión o tensión de vapor e
PRESION DE VAPOR – SATURACION
Ecuación de Clausius-Clapeyron:
L
e s = e0 ⋅ exp 
 Rv
 1 1 
⋅  − 
 T0 T 
e0 = 0,611 kPa
T0 = 273 K
Rv = 461 J K – 1 kg – 1
L = Lv = 2,5×106 J kg – 1
L = Ld = 2,83×106 J kg – 1
VARIABLES DE HUMEDAD
1. RELACION DE MEZCLA w [ g / kg ]
mv
ε ⋅e
w=
=
md P − e
ε=
Rd
= 0,622
Rv
Si e = es, entonces w = ws
2. HUMEDAD ESPECIFICA q [ g / kg ]
mv ε ⋅ e
q=
≅
m
P
w
q=
1+ w
Si e = es, entonces q = qs
dado que w << 1 : q ≈ w
3. HUMEDAD ABSOLUTA ρ v [ g / m3 ]
ρv =
e
e
= ⋅ ε ⋅ ρd
Rv ⋅ T P
Densidad del aire seco al nivel del mar:
ρd = 1,225 kg / m3
Si e = es, entonces ρv = ρvs
4. HUMEDAD RELATIVA HR [ % ]
q
HR
e
w
= =
≈
100% e s q s ws
En forma
fraccional se
define:
En aire saturado HR = 100% (r = 1)
r=
HR
100%
Procesos que conducen a la saturación
A. EVAPORACION

TEMPERATURA DE BULBO
HÚMEDO
B. ENFRIAMIENTO
B.1. ISOBÁRICO (P = cte.)
 PUNTO DE ROCIO
B.2. ADIABÁTICO (δ Q = 0)
 NCA
A. EVAPORACION
es(T0)
INCORPORACION DE VAPOR POR
EVAPORACION
e0(T0)
T0
EVAPORACION A P = cte. CON δQ = 0
(PROCESO ISENTALPICO dH = 0)
C p ⋅ (T − Tw ) = − Lv ⋅ ( w − ww )
Temperatura
(bulbo seco)
Presión
ww =
Relación
de mezcla
Temperatura
R. de mezcla del
de bulbo
bulbo húmedo
húmedo
ε
 − c ⋅ Tw 
 − 1
b ⋅ P ⋅ exp
 Tw + α 
w = ww − β ⋅ ( T − Tw )
q, HR, ρ v
B. ENFRIAMIENTO
B.1. PROCESO ISOBARICO (P = cte.)
 1 Rv
 e 
Td =  −
⋅ ln 
 T0 L
 es 
TEMPERATURA DE
ROCIO O PUNTO DE
ROCIO
T − Td ≈ −35 ⋅ log r
e0(T0) = e(Td) = es
Td
T0
−1
B. ENFRIAMIENTO
B.2. PROCESO ADIABATICO (δ Q = 0)
Z
z = NCA
HR=100%
dT
= − 9,8°C km
dz
HR0<100%
z0
T=Td
T0, Td0
T
z = 0,12 ⋅ (T0 − Td 0 )
z : [km]
NIVEL DE
CONDENSACION
POR ASCENSO (NCA)