Práctica 2: Densidad y humedad del aire

Introducción

La densidad del aire varía de unos días a otros dependiendo de la cantidad de vapor de agua existente en la atmósfera. Además, esta densidad se ve afectada por los cambios tanto de la presión como de la temperatura atmosféricas.

Un parámetro de gran importancia en meteorología es la humedad relativa del aire (h) y la temperatura del punto de rocío T_R.

La determinación de esta temperatura a primeras horas de la noche establecerá aproximadamente una cota inferior para la temperatura mínima esperada e indicará si son posible heladas (temperatura del punto de rocío (T_R < 0ºC) o no.

En esta práctica, se medirá la densidad del aire y se reducirá la misma a su valor normal, para ello será preciso medir también la humedad relativa. Dicha humedad relativa se calculará de forma indirecta a partir de la determinación del punto de rocío. La importancia de la determinación de la densidad del aire normalizada radica en que permite comparar densidades en condiciones de presión, temperatura y humedad muy diferentes.

Teoría

Para medir la densidad de una muestra de aire basta conocer su masa y su volumen ya que la densidad de masa de un cuerpo de masa y volumen se define como = m/v

A partir de la densidad de una muestra de aire se puede calcular la densidad normalizada del aire que está definida por los siguientes parámetros:

• Presión parcial de vapor de agua: P_w= 0 mb
• Temperatura del aire: T₀= 273 k
• Presión atmosférica: P₀= 1013,25 mb

Como se ve el aire es seco, es decir no contiene ningún vapor de agua. Los pasos a seguir para calcular la densidad normalizada del aire,₀, a partir de la densidad de aire (húmedo) medida, _A, son los siguientes:

• Se tiene en cuenta que el aire con el que se trabaja es siempre húmedo, por tanto es preciso eliminar la contribución del vapor de agua. Esto se consigue teniendo en cuenta la presión parcial de vapor de agua, e. La densidad del aire seco,_s, se relaciona con la densidad del aire húmedo,, (esta última densidad es la que se mide experimentalmente) a través de la presión parcial del vapor de agua, e y de la presión parcial del aire seco,s, mediante la siguiente expresión:

• Se tiene en cuenta el efecto de la temperatura del aire, T, y de la presión parcial del aire seco es P - e. La densidad normalizada de una muestra de aire,0, está relacionada con la densidad del aire seco, s, a través de la temperatura del aire, T y de la presión parcial del aire seco,P - e mediante la siguiente fórmula:

Teniendo en cuenta la relación anterior entre _S y , se obtiene que:

• Se tiene en cuenta el efecto de la presión atmosférica, P. Incorporando este efecto a la fórmula anterior, puede demostrarse que:

Esta expresión es la que hay que emplear para determinar la densidad del aire normalizada.

En la anterior expresión aparece una variable que no conocemos, la tensión parcial de vapor e.

Para la determinación de la presión parcial de vapor recurriremos al siguiente procedimiento: si enfriamos una masa de aire húmedo, el vapor de agua empezará a condensarse cuando la presión parcial del mismo, e, sea igual al valor máximo permitido para el vapor de agua a esa temperatura E(T). La temperatura T_r a la cual empieza la condensación se denomina temperatura del punto de rocío. Cuando se alcanza el punto de rocío se verifica:

Por lo tanto, para conocer la temperatura del punto de rocío de una masa de aire, basta enfriarla y medir la temperatura a la cual empieza a condensarse, a continuación simplemente hay que emplear la tabla que aparece al final de estas notas.