15/2/2012, 17:00 UTC

Humitat relativa i punt de rosada

Durant la recent entrada d'aire fred -i sec- que hem patit els darrers dies, hem pogut sentir i llegir comentaris respecte als valors especialment baixos d'humitat relativa que s'han assolit. En molts d'ells es podia intuir una certa confusió pel que fa al veritable significat del terme humitat relativa i la seva relació més o menys directa amb el grau de sequedat de l'aire, així com bastant desconeixement pel que fa al concepte de punt de rosada. Per tal d'ajudar a entendre una mica millor tot plegat intentarem donar-ne una breu explicació.

Per començar, hem de partir de la base de que l'aire no és una substància pura sinó una barreja de diferents components, la majoria dels quals es troben sempre en estat gasós sigui quina sigui la temperatura i la pressió de l'atmosfera. Els més abundants i coneguts són el nitrogen (aproximadament un 78% en volum) i l'oxigen (un 21%), que si ens hi fixem ells dos sols ja sumen el 99% de les mol·lècules que hi ha a l'aire sec (aquell que no conté gens d'aigua). La resta dels components d'aquest aire, com veiem molt minoritaris, es troben també en estat gasós a qualsevol condició ambiental normal: els anomenats gasos nobles, com l'argó, el neó i el xenó; l'hidrogen, l'heli, el diòxid de carboni, etc. Tanmateix, l'aire que respirem normalment no és mai sec del tot, ni molt menys, sinó que conté una quantitat variable d'aigua en estat de vapor (és a dir, mol·lècules discretes, o separades, d'H₂O). És justament l'aigua, i el fet de que com bé sabem aquest meravellós compost pot trobar-se tant en estat gasós -vapor d'aigua- com líquid a les condicions normals de l'atmosfera terrestre, el que dóna lloc al concepte d'humitat en general i d'humitat relativa en particular.

De fet, l'aigua continguda en un cert volum d'aire pot trobar-s'hi en ambdós estats: vapor (mol·lècules discretes) o líquid (mol·lècules unides formant gotes de mida més o menys gran). Més concretament, les mol·lècules d'aigua contingudes en aquest volum d'aire, com les dels demés components, es troben en un estat de moviment continu, amb una velocitat que depèn de la temperatura. Quant més alta és aquesta més ràpidament es mouen les mol·lècules i més lentament ho fan quant més baixa és la temperatura. Si fóssim capaços d'observar una d'aquestes mol·lècules d'aigua, veuríem doncs com es mou per l'aire de forma continua i com, de tant en tant, es trobaria amb una o més mol·lècules iguals que ella amb les quals, en determinades condicions, podria unir-se per formar una gota d'aigua. Arribats a aquest punt, és important tenir en compte dos factors clau: un ja l'hem esmentat i és la temperatura; l'altre és la quantitat total de mol·lècules d'aigua presents en un volum donat d'aire. És el que podríem anomenar humitat absoluta de l'aire, o sigui la concentració d'aigua -sempre en forma de mol·lècules separades- en ell. El seu valor és de fet molt variable i oscil·la entre molt menys d'un 1% en volum i fins a un 4% (comparem-ho amb les proporcions abans esmentades dels components de l'aire sec).

Doncs bé, quedem-nos amb la idea de que, a una pressió atmosfèrica donada, la probabilitat de que en el volum d'aire que estem considerant es produeixin unions entre mol·lècules d'aigua, donant lloc a gotes mitjançant el procés que coneixem com a condensació, és més alta quant més elevada sigui la concentració d'aigua en l'aire (la humitat absoluta que esmentàvem abans, anomenada de forma més apropiada pressió parcial de l'aigua en l'aire, com veurem després) i quant més baixa sigui la temperatura d'aquest aire. La primera afirmació és relativament fàcil d'entendre, doncs quantes més mol·lècules d'aigua hi hagi en l'aire més probable serà que dues o més d'elles es trobin, s'uneixin i donin lloc a condensació. Pel que fa a la temperatura, si tenim en compte que aquesta és justament una mesura de la velocitat amb què es mouen les mol·lècules al si d'una substància, és també fàcil comprendre que quant més alta sigui més ràpidament es mouran les mol·lècules i per tant més difícil serà que es puguin ajuntar entre elles.

Suposem un cert volum d'aire a una pressió de 1020 hPa, per exemple, i una temperatura de, diguem, 10º C. Suposem també que ho mesurem i veiem que aquest aire conté exactament un 1% del seu volum en aigua (la qual cosa equival a dir que la seva concentració d'aigua en volum és de l'1%). Segons una llei de la física, la pressió total a què es troba una barreja de gasos és el resultat de la contribució de cadascun dels components d'aquesta barreja, de tal manera que és igual a la suma de les pressions a què donarien lloc els components individuals si es trobessin sols (cadascuna d'elles anomenada pressió parcial respectiva). Doncs bé, si sabem que la pressió total de la barreja és de 1020 hPa i que la proporció d'aigua en ella és de l'1%, és fàcil calcular que la pressió parcial de l'aigua a l'aire és un 1% de 1020, o sia 10.2 hPa. Si aquesta concentració d'aigua fos tal que de fet la condensació tingués lloc (el que normalment anomenem boira), llavors diríem que l'aire es trobaria saturat de vapor d'aigua i que la humitat relativa d'aquest aire seria del 100%. Tanmateix, en les condicions esmentades la pressió parcial a què es produiria condensació, la de saturació, resulta ser d'aproximadament 12 hPa, de manera que l'aire que estem considerant no es trobaria encara saturat i per tant no hi hauria condensació. La humitat relativa en aquest cas seria fàcil de calcular, doncs es defineix simplement com la relació entre la pressió parcial real (10.2 hPa en aquest cas) i la de saturació (12 hPa), que si fem el càlcul veiem que és igual a 0.85 o, en tant per cent, 85%.

Suposem ara que aquest mateix volum d'aire manté constant la seva concentració d'aigua (el mateix 1% d'abans) però que va baixant poc a poc la seva temperatura, el que per exemple passaria en una tarda encalmada qualsevol a mesura que el sol s'anés ponent. Resulta que, com ara ja sabem, la pressió parcial de saturació de l'aire va baixant a mida que ho fa la temperatura, i per tant la humitat relativa anirà creixent des del 85% que teníem a 10º C fins al punt de donar lloc a condensació si la temperatura arriba als 7º C, pels quals la pressió parcial de saturació és justament de 10.2 hPa. A partir d'aquesta temperatura, doncs, podríem arribar a veure boira o rosada, i de fet per això la temperatura a la qual l'aire amb una determinada concentració d'aigua arriba a la saturació i per tant comença a donar lloc a condensació s'anomena precisament punt de rosada.

Com veiem, doncs, temperatura, punt de rosada i humitat relativa es troben directament relacionats, però només quan fem referència a una mateixa concentració (pressió parcial) d'aigua en l'aire. Què passa però si aquesta varia? Doncs que també ho fan les condicions de saturació, i per tant el punt de rosada i, si la temperatura no es mou, també la humitat relativa. Per entendre millor això anem a considerar un exemple que, molt probablement, ens deixarà sorpresos a primera vista. A veure: si us preguntés quin aire creieu que conté més humitat, quin dirieu: el d'un punt de Finlàndia proper al cercle polar àrtic que ara mateix es trobés a -12º i una humitat relativa del 100% o el d'un indret al desert del Sahara amb 35º C i una humitat relativa del 10%? Anem a calcular-ho: a 35º C la pressió parcial de saturació resulta ser de 56.2 hPa, i si la humitat relativa és del 10% llavors vol dir que la pressió parcial real de l'aire desèrtic és de 5.6 hPa. Pel que fa a l'aire polar, si està saturat a -12º vol dir que té una pressió parcial d'aigua (recordem que això equival a concentració) de 2.4 hPa... Que resulta ser força menys de la meitat de la de l'aire del desert! Dit d'una altra manera, podríem extreure més del doble d'aigua d'un cert volum de l'aire del desert que del mateix volum de l'aire polar, malgrat que la humitat relativa d'aquest és cinc vegades més alta!

Tornant a casa nostra i a aquest mes de febrer, d'alguna manera hem arribat a la conclusió de que l'aire més fred és també més fàcil de saturar d'humitat, i per tant podem dir també que un aire fred amb una humitat relativa molt baixa serà un aire mooolt sec. Heu mirat, sense anar més lluny, les humitats relatives que hem tingut aquests darrers dies? Resulta que el dia 3, pels volts de les 20:30 hora solar, vam arribar a una humitat relativa del 20% quan teníem una temperatura de només 2.2º C. Aixó vol dir que la pressió parcial de l'aigua a l'aire era el 20% de la de saturació a 2.2º C, que és d'uns 7 hPa, o sia 1.4 hPa. Si tenim en compte que la pressió atmosfèrica en aquell moment era d'uns 1020 hPa a nivell del mar, la qual cosa vol dir una mica menys de 1000 a l'alçada d'Almoster, trobem que la concentració aproximada d'aigua en aquell aire era de 1.4/1000 o, el que és el mateix, un 0.14%. Sec, veritat? I a quina temperatura hauríem de refredar un aire tan sec per aconseguir que condensés tan poca humitat? Doncs a la del punt de rosada que teníem en aquell moment, que resultava ser, ni més ni menys, que de -18.5º C, tot just el punt de rosada més baix que fins ara hagi mesurat mai aquesta estació.

I quin podria ser l'extrem contrari? Doncs buscant entre les dades que podreu trobar a aquesta web veiem que el 23 d'agost de 2010 a les 15:17 vam tenir un punt de rosada de 25.1º C, amb una humitat relativa resultant del 81%. La temperatura en aquell moment era de 28.7º C, i per tant com podreu imaginar la sensació de xafogor devia ser força intensa. Sabent que la pressió de vapor de saturació a 28.7º és d'uns 40 hPa, si la humitat relativa era del 81% llavors teníem una pressió parcial real d'uns 32.4 hPa que, dividits per la pressió absoluta d'aquell dia, uns 985 hPa, ens dóna una concentració d'aigua aproximada del 3.3%. Déu n'hi do la diferència, veritat?

Bé, espero haver ajudat a aclarir una mica els conceptes d'humitat relativa, humitat absoluta i punt de rosada, de forma que a partir d'ara pogueu tenir una idea més precisa de què és realment aire sec o humit. Aprofitant l'avinentesa he afegit als gràfics que ja s'oferien a la pàgina principal un que fins ara no existia, justament el de punt de rosada. Si compareu un dia qualsevol la seva forma amb la del de temperatura i la del d'humitat relativa espero que sigueu capaços de veure'n les semblances i diferències, i esbrinar a partir d'elles si ens estava arribant aire més o menys humit de debò. Això sí, ara mateix fa vent, i el nostre amic -literalment- ho canvia tot, com espero que ara comprengueu. Ah!, i abans de deixar-ho us plantejo una pregunta, per tal de que si la llegiu i us animeu m'escrigueu amb la resposta (ho sento, no hi ha premis :-): si algú us diu que recorda un dia que va estar a 40º C de temperatura i un 90% d'humitat, i que feia una xafogor de morir-se, què en pensarieu? Pista: a 40º C la pressió parcial de saturació de l'aire és d'uns 72 hPa, i llegiu el final del tercer paràgraf.