Humedad relativa del aire – calor corporal

Abro este hilo para comentar algunas cosillas sobre la relación humedad relativa-calor corporal, que probablemente muchos conoceréis, pero leyendo otros hilos sobre sensaciones de calor o frío en unas ciudades u otras, parece que hay dudas y controversias. Yo mismo tengo alguna duda y puede servirme para resolverla.


El agua (y el sudor) enfrían un cuerpo de dos maneras : por su evaporación y por su alta conductividad térmica.

Por evaporación : El calor necesario para aumentar 1º la temperatura de un gramo de agua es 1 caloría. El calor (llamado  calor latente de evaporación) para pasar de estado líquido a estado gaseoso 1 gramo de agua es de 539 calorías. 

Subir 1º  de temperatura   1 gramo de agua === 1 caloría
Evaporar 1 gramo de agua === 539 calorías

Tanto para calentar el agua, (o sudor), como para evaporarla, el agua toma calorías del entorno (o de sí misma enfriándose). Es lo que en el insti me explicaba un profe de físicas como el efecto botijo.     Cuando hace calor, el botijo mantiene el agua que contiene a una temperatura inferior a la del exterior. El “truco” es que está fabricado de una cerámica algo porosa, que permite que haya cierta evaporación del agua contenida a través de sus paredes porosas. Al evaporarse progresivamente  mínimas  cantidades de  agua,  estas partículas toman las calorías necesarias para evaporarse  en parte del  exterior, pero también del propio agua que se queda en el botijo. Por eso el agua permanece relativamente fresca.

Este mismo mecanismo se produce cuando se evapora el sudor, “robando” calorías en el proceso a nuestro cuerpo, de manera que al evaporarse el sudor nos refrigeramos.


Por conductividad térmica : El agua conduce el calor muchísimo más eficazmente que el aire. El aire tiene un coeficiente de  conductividad térmica de 0'02 y el agua de 0'58, veintipico veces mayor. Cuando un cuerpo se encuentra rodeado de aire a diferente temperatura, el intercambio de calor (y por lo tanto el equilibrio de temperaturas) será más lento que si un cuerpo se halla rodeado de agua.

El ejemplo claro lo tenemos  en que, una misma persona desnuda, aguantará mucho más tiempo en las mismas condiciones, en una habitación rodeada de aire a 5º, que sumergida en un lago de agua a la misma temperatura, 5º. Esto sucede, (además de porque se necesita más calor  para subir la temperatura de la película de agua superficial que para hacer lo mismo con la del aire), porque el agua conduce mucho mejor el calor que el aire.

 Estando a 5º, al estar toda la masa que nos rodea a una temperatura muy inferior a la de nuestro cuerpo, (37º), se produce un intenso intercambio de calor para equilibrar temperaturas entre el cuerpo y el medio que le rodea.  Como la transmisión de calor del agua es veintipico veces más rápida y eficaz que la del aire, el resultado es que el aire, si esta estático, actúa más como “aislante” y el agua más como conductor. Consecuentemente no es que “sintamos más frío”, en realidad es algo más objetivo : es que  se nos va  a chorros el calor y las calorías  en el proceso de intercambio de calor entre nuestro cuerpo y el medio acuoso.

Respecto a la humedad relativa del aire y su influencia en  estas pérdidas de calor : La humedad relativa del aire es el porcentaje de agua contenida en el  aire respecto a su saturación.

En otro hilo, el forero  gdvictorm, comentaba que siempre, independientemente de la temperatura ambiente,  el aumento de la humedad relativa conlleva un aumento de la sensación de calor. Él se refiere al proceso de pérdida de calorías por la evaporación de la humedad o del sudor del cuerpo, que será más rápido y eficaz si la humedad relativa es baja. Estando de acuerdo básicamente, me entra una duda : hay  otro factor consecuencia del incremento de la humedad relativa,  y es el aumento de la conductividad térmica de ese aire, porque contiene más agua y el agua es un fuerte conductor térmico.

 No tengo claro hasta que punto aumenta la conductividad térmica de esa masa de aire más húmeda. Ni hasta que punto ese posible aumento de la conductividad compensa el “efecto botijo” refigerante por la evaporación más eficaz con humedades relativas bajas. Si gdvictorm o algún forero sabe algo de esto, que hable ahora o calle para siempre.

De todas maneras,  gdvictorm ha comentado y es  absolutamente impepinable por física pura  que, a no ser que el meteoro en cuestión por sobresaturación condense y moje, la humedad relativa  influye muy poco en la pérdida de calorías y en la sensación térmica a bajas temperaturas.

Otra cosa es la humedad relativa a altas temperaturas.

El cuerpo está continuamente intercambiado calor con el medio. Solo si nos encontráramos a 36'5º , en reposo absoluto y con un metabolismo tan ralentizado como para no generar calor, podríamos permanecer en el medio sin apenas intercambio de calorías.
El  cuerpo, por ejercicio físico o simplemente por el  funcionamiento normal del metabolismo  genera calorías internas que se compensan intercambiando calor con el medio. Si se generan más calorías de las que se pueden intercambiar con el medio aéreo, el cuerpo se empieza a sobrecalentar.

Para evitar ese sobrecalentamiento sudamos. Generamos una superficie líquida sobre nuestro cuerpo  y así aumenta la conductividad térmica, (y consiguientemente el intercambio de calor entre nuestro cuerpo y el medio), con lo cual si la temperatura ambiente es inferior a 37º empezamos a refrigerar (más rápido cuanto más baja). Y además en el proceso de evaporación de ese sudor, (recordemos el alto número de calorías del calor latente de evaporación del agua), también perdemos un montón de calor.


Si la temperatura ambiente es alta, o muy alta, perderá eficacia el mecanismo de evacuación de calor por alta conductividad térmica del sudor son el medio. Pero si la humedad relativa permanece baja se compensará con la pérdida de calor corporal por la evaporación del sudor.


 Si en cambio, es la humedad relativa la que aumenta, conforme se incremente esta  humedad relativa del aire, pierde eficacia el proceso de refrigeración por la evaporación del sudor. Porque evidentemente se evapora el sudor más lentamente, y en consecuencia también más lentamente perdemos calor por esa evaporación.

En esa situación de alta humedad relativa, conforme vaya disminuyendo la temperatura de los 36'5º, más eficaz y rápido será el proceso de pérdida de calor de nuestro cuerpo hacia el medio, favorecido por la alta conductividad térmica de nuestro sudor.


El problema llega cuando la humedad relativa del aire aumenta, y cuando la temperatura  del aire también aumenta acercándose a nuestra temperatura corporal. Entonces ambos mecanismos van perdiendo eficacia y cualquier mínimo esfuerzo nos sobrecalienta el cuerpo sin posibilidad de refrigerarlo a tiempo.  El cuerpo suda pero ese sudor no es eficaz  porque no evapora lo suficientemente rápido  (humedad del medio alta) ni transmite apenas calor del cuerpo al medio (temperatura del  medio alta). Al no refrigerar el cuerpo sigue sudando más y más.

Si  las temperaturas sobrepasan el umbral vital humano, los 37º-42º, y la humedad relativa es del 100%, no hay refrigeración posible. Supongo que en x tiempo en esas condiciones,  game over. Estando  en un baño turco realmente hermético, a 40º y 90 y pico de humedad realtiva , te das  cuenta  que ahí  se puede estar un ratillo, pero vivir lo que se dice vivir, como que no.

 Fin del libro 

Una pregunta. Respecto a esto:
.....la humedad relativa  influye muy poco en la pérdida de calorías y en la sensación térmica a bajas temperaturas.....

Entonces  ¿El aire con mucha humedad no refrigera más que el aire seco?.

Saludos.

Una pregunta. Respecto a esto:
.....la humedad relativa  influye muy poco en la pérdida de calorías y en la sensación térmica a bajas temperaturas.....

Entonces  ¿El aire con mucha humedad no refrigera más que el aire seco?.

Saludos.

El aire con mucha humedad a altas temperaturas no refrigera más que el seco. Todo lo contrario, porque no permite que la humedad de la piel o el sudor se evapore rápidamente. Al no evaporarse (o hacerlo más lentamente),  no atrapa  del cuerpo,  (o lo hace más lentamente), buena parte de esas 539 calorías por gramo que necesita para completar el proceso de evaporación.

Y como la temperatura del aire es alta, tampoco la mayor conductividad que pueda tener ese aire húmedo, respecto al seco,  sirve de mucho, porque no hay diferente temperatura entre el cuerpo y el medio como para que se produzca un intercambio de calor rápido.

El aire con mucha humedad a bajas temperaturas funciona, en cuanto al mecanismo de evaporación, igual que a altas temperaturas. Si la humedad relativa es cercana al 100%, la evaporación de la humedad de la piel será lenta y poco eficaz.

Pero eso sí, el proceso de intercambio de calor entre el cuerpo y el medio, (acelerado por la mayor conductividad del aire más húmedo respecto al seco), sí funcionará mejor que a altas temperaturas, sobre todo cuánto más baja sea la temperatura ambiente y por tanto más diferencia haya entre el cuerpo y el medio. Y por consiguiente más posibilidad de intercambio de calor.

No sé cuánta es  la diferencia de conductividad térmica conforme el aire se va humedeciendo. Esa es una de las cuestiones que decía me gustaría saber. Supongo que se considerará el agua como gas por un lado y el aire seco por el otro, y dependiendo de la cantidad que haya de uno y de otro en 1 litro de aire húmedo, se hará algún tipo de media o proporción.

Pero lo que está claro es que la conductividad del aire húmedo es mucho menor que la conductividad del agua sola (lo que no tengo tan claro es cuánto mayor es que el aire seco). Además de que probablemente no sea muy diferente la conductividad entre aire seco y aire húmedo,  lo que sí es seguro es que el proceso de la aceleración por conductividad de la transferencia de calor,  se  ve en parte o totalmente compensado por el mecanismo de evaporación. Mecanismo que implica que el aire seco, independientemente de su temperatura, evapora más rápido la humedad que el aire más húmedo a similar temperatura, con lo cual siempre que estén en iguales condiciones, el aire seco enfriará más el cuerpo que el aire  húmedo en lo relativo a evaporación.

Otra cosa es que una niebla con precipitación, una lluvia, o gotas de agua del mar cerca de rompientes te calen o directamente te mojen. Entonces ya la conductividad que entra en juego es directamente la del agua, que es muchísimo más alta que la del aire. Y si estás mojado, (aparte de que tarde o temprano te irás secando y consecuentemente padecerás "el efecto botijo" ), la pérdida de calorías, debido a esta alta conductividad del agua, se acelera mucho al bajar la temperatura ambiente y  aumentar la posibilidad de intercambio de calor entre el cuerpo y el medio por las diferentes temperaturas entre ambos.

Interesante tema.
Yo tambien sigo buscando la grafica de conductividad del aire segun su humedad.
A mi me parece clarisimo que se siente mas frio a 10° y 80%hr que a 10° y 40%hr.
Entre otras razones porque a no ser que estes excesivamente abrigado o haciendo muchisimo esfuerzo, tu cuerpo se estara enfriando con respecto al aire por lo que tu sudoracion sera minima para evitar dicha perdida de calor, asi que solo importa la conductividad.
La cuestion mas dificil de responder es si, en cambio, se siente mas frio con esos 10° y 80% que con 2° y 40%

La teoría me la creo sin ninguna duda, pero a veces la realidad nos da otros resultados, y por eso hay correcciones, o puntillas como sin tener en cuenta esto o lo otro, despreciando tal dato, etc.
Yo personalmente hice la pregunta por lo siguiente. Mi sensación personal y la de muchas otras personas es, que el calor con mucha humedad te hace sentir bochorno sin hacer un calor excesivo por ejemplo 28ºC. Y que el frío con mucha humedad te hace sentir más frío que lo que realmente hace, a 5ºC casi estas tiritando. " El viento también hace estragos en las sensaciones" y puede que viento, fresco no mucho frío y humedad vengan casi siempre de la mano.
Aunque esto puede ser también por lo que uno esté acostumbrado, y que los habitantes de un lugar u otro según su nivel de adaptación a un mismo clima continuado les haga tener sensaciones distintas bajo un mismo tiempo.
También hay que decir que vivo en una zona con poca amplitud térmica, y las grandes variaciones me afecten más a mi y a mis "paisanos" que otras gentes de clima mas continental, puede ser.

Saludos.

Vale, DUDA RESUELTA Y MITO “CAZADO”.

He encontrado una página en inglés, donde explican de manera breve y sencilla el comportamiento de la conductividad térmica cuando aumentamos la humedad relativa del aire. Explican el porqué de los resultados. Y lo más importante es que muestran un gráfico muy visual, fácil y rápido de comprender.

El aire más húmedo  no conduce mejor el calor  que el aire más seco. Al revés, es el aire más seco el que conduce mejor el calor. La diferencia es mínima. A temperatura ambiente, entre 0º y 40º, las diferencias son extremadamente pequeñas.

 Solo cuando nos acercamos a los 100º de temperatura, se van acrecentando las diferencias. Siempre a favor del aire más seco.  El aire con 0% de h.r. tendrá un coeficiente de conductividad térmica de 0'0316 y el aire con con 100% de h.r. tendrá un coeficiente algo menor, en concreto de 0'0255.

Que las diferencias eran pequeñas a los autores les parecía obvio. Que en esas pequeñas diferencias el de mayor conductividad térmica sea el aire seco sí podía parecer algo más antiintuitivo. Lo explican por el comportamiento de los gases en relación a la conductividad térmica , en la que influyen temas físicos, que a mí se me escapan, como el tamaño de las moléculas, (que en este caso parece ser clave, por ser mayor en el vapor de agua  que en aire seco,  e introducirse en la fórmula que determina la conductividad térmica de  manera inversamente proporcional y al cuadrado).


http://www.electronics-cooling.com/2003/11/the-thermal-conductivity-of-moist-air/

In the Tech Data series on thermal conductivity, gases – especially air – have been the subject of a few contributions. So far, the influence of two important parameters has been covered: temperature and pressure. However, people regularly ask: “What exactly is the influence of humidity?” And my standard answer has always been: “Nothing to worry about.”
Some time ago, one of my colleagues (Nelis Mies, Philips Lighting) approached me with the same question, and I sent him an old graph proving more or less my standard answer. However, he was not completely satisfied and found software that could create the desired graphs1. The software employs kinetic theory describing a mixture of two gases; in this case, atmospheric air and water vapor. Figure 1 shows some interesting results.


In the Tech Data series on thermal conductivity, gases – especially air – have been the subject of a few contributions. So far, the influence of two important parameters has been covered: temperature and pressure. However, people regularly ask: “What exactly is the influence of humidity?” And my standard answer has always been: “Nothing to worry about.”
Some time ago, one of my colleagues (Nelis Mies, Philips Lighting) approached me with the same question, and I sent him an old graph proving more or less my standard answer. However, he was not completely satisfied and found software that could create the desired graphs1. The software employs kinetic theory describing a mixture of two gases; in this case, atmospheric air and water vapor. Figure 1 shows some interesting results.


Figure 1. As moisture content increases, the thermal conductivity decreases.
The strange shapes of the curves were rather surprising. With increasing moisture content the thermal conductivity decreases, contrary to what I expected. Three effects play a role: the thermal conductivity of dry air, the thermal conductivity of water vapor, and the humidity of the air. It appears that the thermal conductivity of water vapor is lower than that of air.
An explanation is given by the rigid-sphere theory of gases, stating that the thermal conductivity is proportional to the specific heat (cv) and inversely proportional to the square of the diameter (d) of the molecule. While water vapor has a higher cv than dry air, d is somewhat larger, resulting in a somewhat smaller thermal conductivity at the same temperature (at room temperature: 0.018 vs. 0.025 W/m�K).

With increasing temperature the mole fraction of water vapor increases, as well as the thermal conductivity of dry air. The three effects create the strange shapes. Luckily for me, my standard answer still holds: Nothing to worry about, except when you are after maximum accuracy and all other sources of uncertainty are being addressed at the same time.

Interesante tema.
Yo tambien sigo buscando la grafica de conductividad del aire segun su humedad.
A mi me parece clarisimo que se siente mas frio a 10° y 80%hr que a 10° y 40%hr.
Entre otras razones porque a no ser que estes excesivamente abrigado o haciendo muchisimo esfuerzo, tu cuerpo se estara enfriando con respecto al aire por lo que tu sudoracion sera minima para evitar dicha perdida de calor, asi que solo importa la conductividad.
La cuestion mas dificil de responder es si, en cambio, se siente mas frio con esos 10° y 80% que con 2° y 40%

Yo me imaginaba como tú, que el aire húmedo tendría mayor conductividad. Aunque pensaba como el forero gdvictorm, que las diferencias serían muy pequeñas y no influirían apenas en la pérdida de calor.

Pero resulta que es el aire seco el que tiene mayor conductividad. Aunque la diferencia es pequeñísima, prácticamente despreciable,  a temperaturas normales, entre 0º-40º.

O sea que no sucede que,  ceteris paribus, a 10º y 80% de humedad relativa se pierda más calor que a 10º y 40% de humedad relativa. Es al revés. Las diferencias son mínimas y posiblemente inapreciables por una persona, pero es justamente al revés. Por el mecanismo de evaporación perderás calor con mayor rapidez con el aire más seco. Y por el mecanismo del incremento de conductividad térmica también perderás más calor, (aunque la diferencia sea ínfima), con un ambiente de aire más seco.

Manteniendo las condiciones iguales, a 2º y con menor humedad relativa, la pérdida de calor y la sensación de frío serán claramente mayores que a 10º y mayor humedad. Tendrás los 8º de diferencia y además un pequeñito plus porque el aire más seco enfría más que el más húmedo.

La teoría me la creo sin ninguna duda, pero a veces la realidad nos da otros resultados, y por eso hay correcciones, o puntillas como sin tener en cuenta esto o lo otro, despreciando tal dato, etc.
Yo personalmente hice la pregunta por lo siguiente. Mi sensación personal y la de muchas otras personas es, que el calor con mucha humedad te hace sentir bochorno sin hacer un calor excesivo por ejemplo 28ºC. Y que el frío con mucha humedad te hace sentir más frío que lo que realmente hace, a 5ºC casi estas tiritando. " El viento también hace estragos en las sensaciones" y puede que viento, fresco no mucho frío y humedad vengan casi siempre de la mano.
Aunque esto puede ser también por lo que uno esté acostumbrado, y que los habitantes de un lugar u otro según su nivel de adaptación a un mismo clima continuado les haga tener sensaciones distintas bajo un mismo tiempo.
También hay que decir que vivo en una zona con poca amplitud térmica, y las grandes variaciones me afecten más a mi y a mis "paisanos" que otras gentes de clima mas continental, puede ser.

Saludos.

28º es una temperatura alta. Con 28º ya nos acercamos a los 36'5º del cuerpo humano. A esa temperatura cualquier pequeño esfuerzo sobrecalentará nuestro cuerpo, de manera que tengamos que empezar a utilizar los procesos de refigeración por sudor. Y  esos procesos de evaporación y conductividad, con aire más húmedo, funcionarán con menor eficacia.

La humedad del aire no refrigera mejor el organismo y por lo tanto no enfría más ni da mayores sensaciones de frío. Al revés, es el aire más seco el que las da.

Otra cosa es el tema del viento, que estés al sol,  el que te empapes porque llueva, o cosas más simples como que en unas ciudades las casas estén mejor preparadas para el frío que en otras, etc. Pero eso no tiene que ver con el tema de la influencia de la humedad relativa del aire en la pérdida de calor de nuestro cuerpo. El aire más húmedo no nos provoca más frío que el aire más seco.

Pues ese grafico realmente rompe toda la creencia popular (entre la que me incluyo yo) de que se siente más frío con mayor humedad en temperaturas frescas (digamos de 15 para abajo)

De hecho como dices parece ilógico: si el agua tiene una conductividad 25 veces superior a la del aire seco, una mezcla de agua con aire debería tener una magnitud intermedia.
Sólo se me ocurre una razón: que si esas 25 veces es por unidad de masa, el vapor de agua aumente su volumen más de esas 25 veces al pasar de liquido a gas, por lo que el efecto se compensa o incluso se podría invertir.
 
Es entonces un prejuicio? Me parece que no, todos los que conozco que son de interior siempre han mostrado su sorpresa al venir en invierno a Málaga y que pasan casi tanto frio como en su lugar de origen.

Entonces me queda la duda de que quizás a pesar del dato de conductividad, efectivamente, otros factores influyan en esa sensación. Me gustaría conocerlos. Que decís?

Pues ese grafico realmente rompe toda la creencia popular (entre la que me incluyo yo) de que se siente más frío con mayor humedad en temperaturas frescas (digamos de 15 para abajo)

De hecho como dices parece ilógico: si el agua tiene una conductividad 25 veces superior a la del aire seco, una mezcla de agua con aire debería tener una magnitud intermedia.
Sólo se me ocurre una razón: que si esas 25 veces es por unidad de masa, el vapor de agua aumente su volumen más de esas 25 veces al pasar de liquido a gas, por lo que el efecto se compensa o incluso se podría invertir.
 
Es entonces un prejuicio? Me parece que no, todos los que conozco que son de interior siempre han mostrado su sorpresa al venir en invierno a Málaga y que pasan casi tanto frio como en su lugar de origen.

Entonces me queda la duda de que quizás a pesar del dato de conductividad, efectivamente, otros factores influyan en esa sensación. Me gustaría conocerlos. Que decís?

Quizás esa sensación de frio que acentúa la humedad tenga que ver con la saturación del aire y las particulas de vapor de agua que contenga, por ejemplo con 10 ºC y 90 % de humedad en la costa tendríamos una buena rociada, el aire húmedo condensará en coches, mobiliario etc. etc., incluso en los hogares se podrá formar vao en las ventanas, pues me imagino yo y hablo sin conocimiento ciéntifico que esta humedad se condesará igualmente aunque en menor medida sobre el cuerpo humano y por lógica me imagino que el cuerpo humano sufrirá más perdida de calor simplemente por el hecho de que está en contacto con un aire más denso y pesado,por algo se dice que la humedad te "cala hasta los huesos", al contrario si la humedad es del 10 % el aire que nos rodea no "pesa", es más volatil y no condensa en ninguna superficie por lo que si vamos bien abrigados será más dificil que ese frio nos traspase. No se si me he explicado bien...