El psicrómetro “helado” ( y II)

Volviendo a los conceptos básicos de la medida de humedad atmosféricaMedida de la humedad atmosférica Notas de las guías técnicas de la OMMOrganización Meteorológica MundialNota de la RAM. Como comple...

Volviendo a los conceptos básicos de la medida de humedad atmosféricaMedida de la humedad atmosférica Notas de las guías técnicas de la OMMOrganización Meteorológica Mundial5.1 Medida en general5.1.1 Terminología y unidadesLa terminología utilizada en este capítulo concuerda con las definiciones y especificaciones oficiales de los parámetros del vapor de agua de la atmósfera que figuran en el Apéndice B del Reglamento Técnico de la OMM, Volumen 1. El texto completo de la terminología se reproduce en el Anexo 5.A.Normalmente se deben utilizar las siguientes unidades para expresar las distintas magnitudes asociadas con el vapor de agua de la atmósfera:
• Presión de vapor, en hectopascales, hPa• Concentración de vapor (humedad absoluta), en kg m-1• Contenido de humedad (humedad específica), como relación en peso• Razón de mezcla, como relación en peso• Humedad relativa, en tanto por ciento
5.1.2 Métodos de medidaLos métodos de medida de la humedad del aire, utilizados generalmente en meteorología, se pueden clasificar en los cuatro grupos siguientes:
a) Método termodinámico (psicrómetros)b) Método que utiliza el cambio de dimensiones de sustancias higroscópicas (higrómetros de cabello)c) Método que utiliza el cambio de resistencia eléctrica debido a la absorción o adsorción;d) Método de condensación (higrómetros de punto de rocío o de punto de congelación).
Los dos últimos métodos son ampliamente utilizados en las medidas en altitud y además están siendo aplicados cada vez más en las estaciones automáticas. El método de absorción se describe en el párrafo 13.5.4.Los psicrómetros pueden ser subdivididos en psicrómetros de garita estacionaria, psicrómetros portátiles tipo Assman y psicrómetros-onda. En las estaciones sinópticas se recomienda la utilización de psicrómetros de ventilación artificial. También se recomienda la utilización de tales psicrómetros en otras estaciones, cada vez que ello sea posible.La Nota Técnica Nº 21 de la OMM (OMM, 1958) contiene un informe sobre la idoneidad de los instrumentos existentes para la determinación de la humedad del aire desde el nivel del suelo hasta una altura de 10 metros aproximadamente por encima del nivel de la vegetación.5.2 Psicrómetros5.2.1 Requisitos generalesEl equipo utilizado para las observaciones psicrométricas debe ajustarse, en todo lo posible, a las recomendaciones siguientes:a) Los termómetros húmedo y seco deben estar ventilados y protegidos de la radiación al menos por dos pantallas metálicas pulidas y sin pintar, separadas del resto de los aparatos por materiales aislantes, o bien por una garita de celosía en persiana más una pantalla de metal pulido;b) Al nivel del mar, debe impulsarse el aire para que pase sobre los termómetros a una velocidad no inferior a 2,5m s-1 y no mayor de 10 m s-1, si los termómetros son del tipo ordinariamente utilizado en las estaciones meteorológicas. Para altitudes considerablemente distintas, estas velocidades límites del aire deben ajustarse en proporción inversa a la densidad de la atmósfera;c) Debe haber conducciones de aire separadas para los dos termómetros;d) Si se utiliza la segunda alternativa del apartado a), la entrada de los conductos del aire debe estar situada de tal modo que dé la verdadera temperatura ambiente y el aire debe desembocar sobre la garita en tal posición que impida su recirculación;e) Se debe procurar impedir en todo momento la transferencia de cantidades significativas de calor desde el motor a los termómetros;f) El recipiente de agua y la mecha deben estar dispuestos de tal modo que el agua llegue al depósito del termómetro prácticamente a la misma temperatura que la del depósito del termómetro húmedo,g) Las medidas deben tomarse a una altura comprendida entre 1,25 y 2 metros por encima del nivel del terreno.Para lograr una precisión máxima con los psicrómetros es conveniente adoptar las disposiciones necesarias para que los termómetros húmedo y seco tengan el mismo coeficiente de inercia aproximadamente; aunque los termómetros seco y húmedo tengan el depósito del mismo tamaño, el termómetro húmedo tiene una inercia considerablemente menor que la del termómetro seco (véase el párrafo 4.3). La muselina que cubre el termómetro húmedo debe estar bien ajustada alrededor del depósito y debe prolongarse al menos dos centímetros más allá de él.5.2.2 Exposición de los psicrómetros
5.2.2.1 Psicrómetro simple sin ventilación artificial
Actualmente este tipo de instrumento es de uso general, especialmente en las estaciones climatológicas. Lo habitual es que los termómetros seco y húmedo estén sujetos verticalmente dentro de una garita termométrica. Si se utiliza una mecha y un recipiente de agua para mantener el termómetro húmedo convenientemente mojado, el recipiente debe colocarse preferentemente a un lado del termómetro y con la boca al mismo nivel o ligeramente por debajo de la parte alta del depósito del termómetro. La mecha debe mantenerse lo más recta posible y su longitud debe ser tal que el agua llegue al depósito del termómetro prácticamente a la misma temperatura que la de dicho depósito y en cantidad suficiente, aunque no excesiva. Si no se utiliza mecha, el depósito del termómetro húmedo debe ser protegido de la suciedad encerrándolo en un pequeño tubo de vidrio entre las lecturas.
5.2.2.2 Psicrómetros ventilados artificialmente
En los psicrómetros de esta categoría podemos distinguir los de tipo Assmann, los de garita aspirada y los del tipo honda. Las observaciones con el psicrómetro Assmann deben efectuarse en un lugar abierto, manteniendo el instrumento colgado de un gancho o escuadra unida a un poste delgado, o bien manteniéndolo con una mano y el brazo estirado horizontalmente, con las tomas de aire ligeramente inclinadas en la dirección del viento. Con viento fuerte se deben utilizar garitas dotadas de un ventilador. Entre las lecturas, el instrumento debe guardarse en un recinto sin calefacción, pero si se le mantiene a la intemperie se le ha de proteger contra la precipitación y la fuerte radiación.La exposición del psicrómetro del tipo garita aspirada debe ser tal que se cumplan en la mayor medida posible los requisitos especificados en 5.2.1.Los depósitos de los termómetros están muchas veces insuficientemente protegidos contra la radiación so pretexto de obtener la necesaria ventilación de los mismos, sobre todo cuando se trata del psicrómetro honda. Este tipo de psicrómetro debe pues utilizarse preferentemente en lugares protegidos de la radiación directa del sol.5.2.3 Procedimiento de observación (véase también el párrafo 4.5)
5.2.3.1 Psicrómetro simple
Los termómetros deben leerse con la precisión de una décima de grado. Si deben cambiarse la muselina y la mecha (y también el agua), esto debe hacerse inmediatamente después o bastante antes de proceder a la lectura. Siempre y cuando el agua suministrada tenga aproximadamente la misma temperatura que el aire, la temperatura correcta del termómetro húmedo se logrará en unos 15 minutos aproximadamente. Si la temperatura del agua difiere mucho de la temperatura del aire, quizá sea necesario esperar 30 minutos. Al realizar una observación, las lecturas de los dos termómetros deberán efectuarse simultáneamente siempre que sea posible, asegurándose de que el termómetro húmedo recibe suficiente suministro de agua.
5.2.3.2 Psicrómetros ventilados artificialmente
Para los psicrómetros del tipo Assmann es preferible utilizar el siguiente procedimiento de observación:
a) Humedecer el termómetro húmedo;b) Dar cuerda al motor del aparato de relojería (o poner en marcha el motor eléctrico);c) Esperar dos o tres minutos o hasta que la lectura del termómetro húmedo permanezca estable;d) Leer el termómetro seco;e) Leer el termómetro húmedo;f) Verificar las lecturas del termómetro seco.
Se debe tener mucho cuidado en evitar cualquier influencia que puedan ejercer sobre las lecturas la presencia del observador o cualquiera otra fuente cercana de calor o vapor de agua, como por ejemplo el tubo de escape de un vehículo de motor. Se debe adoptar un procedimiento análogo con los psicrómetros de garita, dotados de una ventilación accionada mediante aparatos de relojería o motor eléctrico.En el caso del psicrómetro honda, se debe mojar el termómetro húmedo inmediatamente antes de que comience la observación. Para obtener una adecuada velocidad del aire de 2,5 m s-1 por lo menos sobre los depósitos de los termómetros, a un psicrómetro honda de 30cm de radio de giro se le deben dar unas cuatro revoluciones por segundo. Conviene tener presente que la velocidad del depósito del termómetro a través del aire no ha de ser necesariamente idéntica a la velocidad de ventilación eficaz del depósito del termómetro. El giro del instrumento debe ser detenido con suavidad y las lecturas deben tomarse muy rápidamente (véase el párrafo 5.2.1).5.2.4 Manejo de los psicrómetros
5.2.4.1 Generalidades
La OMM ha formulado las siguientes recomendaciones:a) El tejido utilizado para cubrir el termómetro húmedo debe ser fino pero tupido. Antes de su instalación, se debe lavar el psicrómetro cuidadosamente con jabón puro y agua, enjuagándolo varias veces en agua destilada. Si se utiliza mecha, debe dársele un tratamiento análogo;b) Cualquier contaminación visible debe ser considerada como una clara indicación de la necesidad de hacer una sustitución. En el manejo de la muselina y de la mecha conviene proceder con gran cuidado para impedir su contaminación con las manos;c) Para el termómetro húmedo debe utilizarse agua destilada.Se debe instar a los observadores a que cambien muselina y mecha con regularidad. La sustitución debe hacerse una vez a la semana para todos los psicrómetros que están expuestos continuamente. En lugares próximos al mar y en zonas polvorientas o industriales, puede ser necesario cambiar la muselina y la mecha con mayor frecuencia. Se debe comprobar frecuentemente el depósito y completar la cantidad de agua en caso necesario.
5.2.4.2 Funcionamiento del termómetro húmedo por debajo del punto de congelación
No es posible utilizar una mecha para transferir agua por capilaridad desde un depósito a la muselina del termómetro húmedo cuando la temperatura de dicho termómetro húmedo está por debajo de 0 º'C. En esas condiciones, se debe cuidar que sólo se forme una delgada capa de hielo alrededor del depósito. El agua utilizada debe tener, en la mayor medida posible, una temperatura próxima al punto de congelación. Si se forma una capa de hielo espeso en la parte baja del depósito del termómetro, éste debe sumergirse en agua el tiempo suficiente para que se funda el hielo.El tiempo necesario para que el termómetro húmedo alcance una lectura constante después de que se haya empapado la muselina, depende de la ventilación y de la temperatura real del termómetro húmedo. Un termómetro sin ventilar requiere habitualmente de un cuarto a tres cuartos de hora, mientras que un termómetro aspirado necesitará mucho menos tiempo. Es esencial que la nueva película de hielo sobre el depósito del termómetro se haga en el tiempo oportuno. Si se hacen observaciones horarias con un psicrómetro simple, será preferible que se forme una nueva capa de hielo justamente después de cada observación. Si las observaciones se hacen a intervalos más largos, el observador debe visitar la garita con suficiente antelación a cada observación y formar una nueva película o vaina de hielo sobre el depósito del termómetro. El termómetro húmedo de los psicrómetros aspirados o psicrómetros honda debe mojarse inmediatamente antes de su uso.La evaporación de la película o vaina de hielo puede ser impedida o retardada envolviendo el termómetro húmedo en un pequeño tubo de vidrio o deteniendo la entrada de la ventilación entre cada observación.El efecto del agua subenfriada sobre el termómetro húmedo puede ser resuelto de dos maneras:a) Utilizando diferentes tablas cuando el termómetro húmedo tenga una capa de hielo y cuando esté cubierto de agua subenfriada. Para averiguar qué tabla ha de usarse ha de tocarse el termómetro húmedo con un cristal de nieve, con un lápiz u otro objeto inmediatamente después de cada observación. Si la temperatura sube hacia 0ºC, y después comienza a descender, se puede suponer que el agua del termómetro húmedo estaba subenfriada en el momento de la observación;b) Utilizando una tabla que supone la existencia de una capa de hielo sobre el termómetro húmedo e induciendo al agua subenfriada a que se congele de la misma manera que cuando se aplica el método descrito en el apartado a). Con objeto de ahorrar tiempo y garantizar que el termómetro húmedo esté cubierto de hielo, el observador debe provocar la iniciación de la congelación del agua en cada observación tan pronto como sea posible después de mojar el depósito del termómetro. A partir del comportamiento del termómetro húmedo en el punto de congelación, se puede habitualmente determinar si el depósito está cubierto de hielo o de agua subenfriada. No obstante, el procedimiento recomendado es iniciar la congelación del agua en cada observación cuando la temperatura del termómetro húmedo se supone que está por debajo de 0ºC, tanto si el observador ha vigilado el comportamiento del termómetro después de haberlo mojado como si no lo ha hecho.El primer método es habitualmente el más rápido, pero implica la utilización de dos tablas y esto puede causar cierta confusión.5.2.5 Fuentes de error en psicrometría
5.2.5.1 Errores del índice de los termómetros (véase también 4.4.2)
Al efectuar medidas psicrométricas, es muy importante conocer en toda la gama real de temperaturas los errores del índice de los termómetros y aplicar a las lecturas las correcciones de estos errores antes de utilizar las tablas de humedad. Un error de una o dos décimas de grado causará grandes errores de humedad a bajas temperaturas (véase el párrafo 5.2.5.4).
5.2.5.2 Errores relacionados con la ventilación
Los errores debidos a una ventilación insuficiente pueden ser mucho más graves si se utilizan tablas de humedad inadecuadas. La precisión de un psicrómetro simple sin ventilación es mucho menor que la de un psicrómetro sometido a ventilación artificial constante. Las tablas utilizadas para determinar la humedad mediante un psicrómetro simple se calculan habitualmente suponiendo que la velocidad media del viento que pasa sobre los depósitos de los termómetros es de aproximadamente 1 a 1,5 m s-1. La velocidad del aire que pasa sobre los termómetros será, en la práctica, notablemente distinta de ésta. La magnitud de los errores resultantes dependerá de la humedad y temperatura del aire. En aire seco, el error puede fácilmente llegar a ser del diez por ciento de humedad relativa, pero ordinariamente el error será del orden de un escaso porcentaje de humedad relativa en las latitudes templadas.En los psicrómetros Assmann y en los de motor, la ventilación debe comprobarse periódicamente, al menos una vez al mes. Se deben adoptar precauciones especiales para asegurarse que los termómetros del psicrómetro honda reciben la ventilación debida, de conformidad con las tablas que se utilicen.
5.2.5.3 Errores debidos a una espesa capa de hielo sobre el termómetro húmedo, a la contaminación de la muselina o a las impurezas del agua
Dado que una espesa capa de hielo sobre el depósito del termómetro húmedo aumentará la inercia de dicho termómetro, este hielo debe eliminarse inmediatamente sumergiendo el depósito del termómetro en agua destilada. El termómetro húmedo y su muselina deben lavarse a intervalos regulares en agua destilada para eliminar las impurezas solubles, siendo necesario aplicar este procedimiento con mayor frecuencia en ciertas regiones como, por ejemplo, las próximas al mar.
5.2.5.4 Precisión general
Si suponemos que la lectura del termómetro seco está dando la verdadera temperatura del aire, la tabla siguiente indica el error aproximado de la humedad relativa causado por un error de 0,5ºC de la lectura del termómetro húmedo para las diversas temperaturas del aire que se indican a continuación:Temperatura del aire (ºC)
-25
-15
-5
+5
+15Error de H.R. (%)
44
20
11
7
2

Como se ve por la tabla, un error de unas pocas décimas de grado origina un error mucho mayor de humedad relativa a temperaturas bajas, mientras que a temperaturas moderadas el error será relativamente pequeño.

5.2.6 Requisitos especiales en las regiones polares y tropicales

Como se deduce de lo expuesto en 5.2.5, el psicrómetro es un instrumento poco satisfactorio para medir la humedad en las regiones polares. Esto se debe principalmente a las dificultades que existen para determinar la temperatura correcta del termómetro húmedo con suficiente precisión, a temperaturas muy bajas. Por ello, es imprescindible que los termómetros estén ventilados: si no lo están, el termómetro húmedo resultará extremamente difícil de manejar.

En condiciones tropicales, puede ser conveniente humedecer la muselina con agua procedente de un recipiente poroso en el que dicha agua se haya enfriado previamente por la evaporación procedente de la superficie porosa. Dicho recipiente debe conservarse a la sombra, pero no demasiado cerca del psicrómetro.

5.2.7 Fórmulas y tablas psicrométricas

La Comisión de Instrumentos y Métodos de Observación acordó en 1957 que la fórmula psicrométrica universal debería basarse en el concepto de temperatura termodinámica del termómetro húmedo, y que esta cuestión debería ser objeto de un estudio completo. La elaboración de tablas psicrométricas fundamentales, que podrían ser recomendadas para incluirlas en las Tablas meteorológicas internacionales publicadas por la OMM, dependería pues de la adopción de una fórmula básica por parte de la OMM. En los siguientes párrafos se resumen las normas habituales que se siguen para elaborar las tablas psicrométricas.

El procedimiento habitual es deducir la presión de vapor e' en las condiciones de observación a partir de la siguiente fórmula semiempírica:

donde ew es la presión del vapor de saturación a la temperatura Tw, del termómetro húmedo (con respecto al agua cuando el termómetro húmedo está cubierto de agua y con respecto al hielo cuando el termómetro está cubierto de hielo); p es la presión del aire; T es la temperatura del termómetro seco; Tw es la temperatura del termómetro húmedo y A es el coeficiente psicrométrico. (Se prefiere esta denominación a la de «constante psicrométrica», que está mal aplicada).

En general, el coeficiente A depende del diseño del psicrómetro, de la intensidad de ventilación, de la temperatura y de la humedad. Con poca ventilación, depende notablemente de la intensidad de ventilación. Sin embargo, a la velocidad de ventilación de 3 a 5 m s-1 (para termómetros de tamaño convencional) o más, el valor de A pasa a ser prácticamente independiente de la velocidad de ventilación, y es prácticamente el mismo para todos los psicrómetros bien construidos. El valor de A no depende mayormente de la temperatura o humedad y su dependencia de estas variables se considera habitualmente despreciable.

Determinadas consideraciones teóricas sugieren que el factor A debe ser menor cuando el termómetro húmedo está recubierto de hielo que cuando está cubierto de agua. En la práctica, este razonamiento difícilmente parece cierto cuando se trata de psicrómetros ventilados (Birkeland, 1942).

Las distintas tablas psicrométricas utilizadas por los servicios meteorológicos se fundan en diferentes hipótesis con respecto a los valores del coeficiente psicrométrico en las fórmulas sencillas, y algunos servicios están utilizando también tablas basadas en fórmulas teóricas más elaboradas. En el psicrómetro Assmann, por ejemplo, se supone que la corriente de aire pasa sobre los termómetros a la velocidad de 2,4 m s-1, y se utiliza el mismo valor de A cuando la temperatura del termómetro húmedo está por encima y por debajo de cero (Deutscher Wetterdienst, 1963). Otras tablas también muy utilizadas para psicrómetros ventilados son las compiladas por la Institución Smithsoniana (1951), calculadas originalmente para el psicrómetro honda.

En el caso de un psicrómetro simple, expuesto en una garita termométrica, se supone corrientemente que la velocidad media verdadera del aire que pasa sobre los termómetros será, en general, del orden de 1 a l.5 m s-1 y se suele adoptar el correspondiente valor de A (Oficina Meteorológica Británica, 1961). Este procedimiento no se considera satisfactorio para todos los fines meteorológicos porque la verdadera velocidad del viento que pasa sobre los termómetros en el interior de la garita será con frecuencia muy distinta del valor adoptado, y el factor A muestra considerable variación sobre la gama de velocidades del viento que frecuentemente se producen dentro de la garita. (Los errores resultantes se exponen en 5.2.5.2.).

En las fórmulas psicrométricas interviene la presión atmosférica p. Sin embargo, si la altura de la estación es inferior a 1000 metros sobre el nivel del mar, se pueden lograr precisiones dentro de los límites de observación adoptando un valor fijo de p. Un cambio de presión de 30hPa produce aproximadamente un uno por ciento de diferencia de humedad relativa cuando ésta tiene un valor del 50 por ciento aproximadamente.

Cuando la temperatura del termómetro húmedo está por debajo del punto de congelación se deben usar otras tablas alternativas, según que el depósito húmedo esté cubierto de hielo o de agua subenfriada. Si se toma la precaución de conservar el depósito del termómetro húmedo siempre cubierto de hielo, las tablas citadas en primer lugar serán suficientes.

No se pretende reproducir aquí en detalle las fórmulas psicrométricas utilizadas por las distintas autoridades, ya que se espera que la normalización internacional en esta materia no se retrase mucho.

El Comité Ejecutivo de la OMM adoptó en 1978 un psicrómetro patrón de referencia, diseñado anteriormente. Este instrumento puede utilizarse sobre el terreno para calibrar psicrómetros operativos. Es más, fundándose en las pruebas realizadas con psicrómetros de referencia, cabe considerar que el coeficiente psicrométrico es de 6,2x 10-4 K-1, cuando se trata de psicrómetros bien ventilados.

Se deben tomar precauciones especiales para tener la seguridad de que se utiliza la tabla psicrométrica adecuada, cualquiera que sea el tipo de psicrómetro que se utilice, asegurándose asimismo que el instrumento responde a las condiciones especiales para las que la tabla ha sido calculada. Por otra parte, cabe recordar que la temperatura del termómetro húmedo, utilizada en las actuales tablas psicrométricas, no es idéntica a la temperatura termodinámica del termómetro húmedo definida en el Anexo 5.A.

5.3 Higrógrafos de cabello

5.3.1 Requisitos generales

Se considera que el higrógrafo o higrómetro de cabello es un instrumento satisfactorio para utilizarlo en situaciones o durantes períodos en los que rara vez, o nunca, se producen temperaturas muy extremas y humedades muy bajas. El mecanismo del instrumento debe ser lo más sencillo posible, incluso si esto hace necesario que la escala no sea lineal; este hecho reviste particular importancia en las regiones industriales.

La velocidad de respuesta del higrógrafo depende mucho de la temperatura del aire. A -10ºC, la inercia del instrumento es aproximadamente tres veces mayor que la inercia a 100C por encima de cero. Para temperaturas del aire comprendidas entre 0ºC y 30ºC y con humedades relativas entre el 20 por ciento y el 80 por ciento, un buen higrógrafo, cuando se halla sometido a un brusco cambio de humedad relativa, debe indicar el 90 por ciento del cambio en un plazo de tres minutos aproximadamente.

5.3.2 Exposición y manejo

El higrógrafo o higrómetro debe estar instalado en una garita termométrica. Como el amoníaco es muy destructivo para el cabello, se deben evitar las instalaciones en las proximidades inmediatas de establos o plantas industriales que utilicen amoníaco. El cabello debe lavarse a intervalos frecuentes con agua destilada, utilizando un cepillo suave para eliminar el polvo acumulado. Cuando se está limpiando el instrumento, los cabellos no deben tocarse jamás con los dedos.

La humedad del aire puede cambiar rápidamente y por consiguiente, es de gran importancia el preciso trazado de las marcas de tiempo. Al hacer estas marcas se debe mover el brazo de la plumilla sólo en la dirección de humedad relativa decreciente en la banda.

5.3.3 Métodos de observación

El higrómetro de cabello debe golpearse siempre ligeramente con un dedo antes de la lectura. Sin embargo, se debe procurar no tocar jamás el higrógrafo entre los cambios de bandas, excepto cuando se hacen las marcas de las horas.

Conviene insistir en el hecho de que el higrómetro de cabello indica la humedad relativa con respecto a la saturación sobre el agua, incluso a temperaturas por debajo de 0º'C. El higrógrafo y el higrómetro tienen que ser legibles con una precisión del uno por ciento de humedad relativa.

5.3.4 Fuentes de error, precisión, etc.

5.3.4.1 Cambios del cero

Por razones diversas conocidas o desconocidas, el higrógrafo está sujeto a un cambio del cero de su escala. Quizá la causa más común es que de alguna manera se aplica una tensión excesiva a los cabellos. Por ejemplo, los cabellos pueden contraerse si las marcas de tiempo se hacen en la dirección de la humedad relativa creciente sobre la banda, o bien por la adherencia de todo el mecanismo del higrógrafo cuando decrece la humedad relativa. El cero puede también cambiar si el higrógrafo se mantiene largo tiempo en aire muy seco. Este error puede remediarse manteniendo el instrumento durante algún tiempo en aire saturado.

5.3.4.2 Errores debidos al polvo, etc. sobre los cabellos

La mayoría de los distintos tipos de polvo que se depositen causarán errores apreciables en las observaciones (algunas veces de hasta el 15 por ciento de humedad relativa). En la mayoría de los casos, se pueden eliminar o reducir los errores limpiando y lavando los cabellos, aunque el polvo también puede destruir los cabellos (véase 5.3.2). Se debe instar a los observadores a que limpien los cabellos a intervalos periódicos y frecuentemente.

5.3.4.3 Comparación con los instrumentos patrón

La lectura de un higrógrafo tiene que verificarse frecuentemente por comparación con una serie de lecturas de un psicrómetro patrón de referencia.

Para apreciar su estabilidad a largo plazo, se recomienda que se establezcan comparaciones con el psicrómetro de referencia en forma de gráficos de correlación. Habitualmente resulta difícil realizar comparaciones satisfactorias al aire libre (dentro de la garita), de modo que la verificación de un higrógrafo debe efectuarse preferentemente en una cámara de humedad o en una habitación donde exista una temperatura casi constante. Si los cabellos han de sustituirse, será necesario realizar ajustes en el instrumento y después llevar a cabo una recalibración completa.

Un buen higrógrafo en perfectas condiciones debe ser capaz de registrar humedad relativa a temperaturas moderadas con una precisión de ±3 por ciento. A bajas temperaturas, la precisión será menor.

Como los valores de humedad deducidos de los psicrómetros a muy bajas temperaturas son de dudosa utilidad, es conveniente que en las regiones de clima frío se utilicen instrumentos fundados en el principio del punto de rocío (véase la sección 5.5).

También es posible obtener alguna información útil de los higrómetros o higrógrafos de cabello a esas bajas temperaturas. Para ello, el cabello debe ser tratado previamente enrollándolo entre dos ruedas de bordes finamente resaltados. Este higrómetro funciona bien con humedades relativas por encima del 45 por ciento aproximadamente; su exposición a humedades más bajas puede ser que haga derivar la calibración. Un higrómetro de cabello ya seco puede ser reactivado mejorando los cabellos con agua destilada (durante esta operación, la lectura debe indicar aproximadamente el 96 por ciento de humedad relativa) y dejándolo luego secar naturalmente.

Cuando el higrógrafo se utilice en regiones polares, debe exponerse preferentemente en garitas termométricas especiales que dan al instrumento suficiente protección contra la precipitación y las ventiscas de nieve. Por ejemplo, se puede hacer una cubierta para la garita termométrica con una red de malla fina (Mullergas) como medida de precaución para impedir la acumulación de cristales de nieve en los cabellos y engranajes del instrumento. Este método sólo puede utilizarse durante los períodos en que la temperatura está por debajo de cero y únicamente si no hay riesgo de que se humedezca la red por fusión de cristales de nieve.

5.4 Psicrómetros registradores

Casi cualquier tipo de termógrafo se puede adaptar para registrar temperaturas del termómetro seco y termómetro húmedo, pero en la práctica se utilizan mayormente para este fin las lecturas de los termómetros eléctricos. Las notas relativas a estos termómetros que figuran en el párrafo 4.7 se aplican igualmente cuando los instrumentos se utilizan como psicrógrafos, para lo cual deben desde luego estar dotados de dos elementos termométricos y de un depósito de agua para el termómetro húmedo. Para fines de investigación, resulta a veces ventajoso poder registrar la depresión del termómetro húmedo directamente y para este fin resulta muy adecuado el sistema de termopar.

Cabe observar que la velocidad de ventilación mínima que se requiere para un termómetro húmedo que utilice un termómetro de mercurio cuyo depósito sea de tamaño normal (utilizando para ello una serie especial de tablas), resultaría insuficiente para un termómetro húmedo de diámetro mucho mayor, empleando esas mismas tablas. Como norma aproximada diremos que se obtienen resultados equivalentes cuando las velocidades de ventilación son proporcionales al diámetro del depósito del termómetro húmedo.

5.5 Higrómetros de punto de rocío

Cuando se enfría el aire húmedo a una temperatura T, presión p y razón de mezcla rw, (o ri), alcanza eventualmente su punto de saturación con respecto a la superficie libre del agua (o con respecto a la superficie libre del hielo a temperaturas más frías) y se puede detectar sobre una superficie sólida un depósito de rocío (o de helada). La temperatura de este punto de saturación se denomina temperatura termodinámica del punto de rocío, Td (o temperatura termodinámica del punto de helada, Ti). La correspondiente presión de vapor saturado con respecto al agua, e, (o al hielo, ei) es función de Td (o Ti), como se indica en las siguientes ecuaciones:

El higrómetro de punto de rocío (o de punto de helada) se utiliza para medir Td (o Ti). A pesar de la muy dinámica gama de humedad que existe en la troposfera, este instrumento es capaz de detectar tanto las concentraciones muy altas como muy bajas del vapor de agua mediante un sensor térmico únicamente.

5.5.1 Equipo sensor

El sensor consiste en un delgado espejo metálico de pequeño diámetro (l-2mm) que está térmicamente regulado mediante el uso de un conjunto de enfriamiento (y eventualmente un calefactor) y un sensor de temperatura (termómetro de termopares o de resistencia) incluido por debajo del espejo. Con el fin de garantizar una respuesta adecuada, el espejo debe tener una elevada conductividad térmica. Entre los metales más adecuados podemos citar la plata, el cobre, el oro, el acero inoxidable y sus aleaciones. El espejo debe estar exento de cualquier contaminante atmosférico; los contaminantes solubles en agua tienden a hacer descender el aparente punto de rocío (efecto Raoult), mientras que los contaminantes hidrofóbicos tienden a hacer aumentar dicho punto (efecto Kelvin). Por consiguiente, este equipo debe estar dotado de un dispositivo (preferentemente automático) para detectar los contaminantes para así eliminarlos.

A fin de determinar con precisión el punto de rocío del aire húmedo, se utiliza un sistema electro óptico, en lugar de hacer observaciones visuales. De este modo la lectura de Td (o Tf) se hace en el momento exacto de depósito.

5.5.2 Equipo de detección óptica

Un estrecho rayo de luz (habitualmente incandescente) se dirige al espejo con un ángulo de incidencia de unos 55'. En los sistemas sencillos, la intensidad de la luz directamente reflejada se detecta mediante una célula fotoeléctrica que regula el equipo de enfriamiento y calentamiento a través de un servocontrol. Como la reflectividad se reduce en los depósitos de mayor espesor, y en vista de que el enfriamiento debe ser detenido mientras el depósito es de poco espesor, la reducción habitual de reflectancia que desconecta el sistema de enfriamiento varía entre 5 y 40 por ciento. Se asegura que puede alcanzarse una precisión de 0,05'C con un espejo limpio. En sistemas más complejos se utilizan un fotodetector auxiliar que detecta la luz difundida por el depósito; los dos detectores son capaces de un control muy preciso.

5.5.3 Equipo de control térmico

Este equipo consiste habitualmente en un dispositivo de enfriamiento y un calentador eléctrico para disipar el depósito. Aunque se han venido utilizando fluidos de bajo punto de ebullición para enfriar el espejo, los termopares enfriados por el efecto Peltier se utilizan cada vez más debido a su gran sencillez. Por lo general, el calentador es una resistencia eléctrica. A fin de garantizar la debida precisión y también la posibilidad de mantener una lectura continua, el tiempo de respuesta del espejo ante el calentamiento o el enfriamiento debe ser del orden de uno o dos segundos. Para un instrumento complejo se especifica una precisión de 0,30C sobre una amplia gama ( 60 a +50ºC).

Debe observarse que los higrómetros de punto de rocío son bastante caros para su uso en el campo, excepto como patrón de referencia para las determinaciones del punto de rocío o del punto de helada.

Referencia

Guía de instrumentos y métodos de observación meteorológicos. 1996. ISBN: 92-63-36008-1

BIRKELAND, B. J.

1942 Ein Fehler in der Psychromotertheorie. Met. Zeit., Braunschweig, 8.

DEUTSCHER WETTERDIENST

1963 Aspirations Psychrometer Tafeln (4ª edición). Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig.

METEOROLOGICAL OFFICE

1961 Hygrometric tables (5ª edición, Partes 1, 11 y III). Londres.

SMITHSONIAN INSTITUTION

1951 Smithsonian Meteorological Tables (6ª edición). Washington, pág. 350 362.

OMM

1958 Measurement of evaporation, humidity in the biosphere and soil moisture. Nota técnica N.º 21 (OMM N.º 72), pág. 18 35.

OMM

1973 International meteorological tables. OMM N.º 188.

Los Anexos referidos en el texto no se reproducirán en la RAM, ya que están referidos a definiciones, formulaciones y especificaciones del vapor de agua en la atmósfera. Todo ello se puede encontrar en los libros básicos de meteorología.

Esta entrada se publicó en Reportajes en 21 May 2005 por Francisco Martín León