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FISICA TERMICA
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FOZ DO IGUAÇÚ, 2015
UNIVERSIDAD FEDERAL DE INTEGRACION LATINO AMERICANA
INGENIERIA CIVIL DE INFRAESTRUTURA
LABORATORIO DE FISICA TERMICA Y ONDULATORIA
ELOY
JUAN JOSE
JULIO
DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DEL AIRE
FOZ DO IGUAÇÚ, 2015
ELOY
JUAN JOSE
JULIO CESAR
DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DEL AIRE
Informe presentado como requisito para la
obtención de nota y evaluación en la materia de
Laboratorio de física térmica y ondulatoria, en
la carrera de Ingeniería Civil de Infraestructura
en la Universidad Federal de Integración
Latinoamericana.
Prof. Dr:...
FOZ DO IGUAÇÚ, 2015
RESUMEN
Este informe presenta de cómo podemos determinar la cantidad del agua presentes en el
aire mediante procedimientos experimentales y el comportamiento de las misma cuando se
aumenta o reduce la temperatura con lo cual también va modificando la presión del aire así
también podemos calcular la cantidad de humedad relativa, absoluta y el punto de roció por
el método de enfriamiento con hielo al agua, así podemos observar el roció que va
formando sobre la superficie del objeto para la temperatura del punto de roció, es la
temperatura para el cual el aire se encuentra completamente saturada formando gotas sobre
la superficie.
FOZ DO IGUAÇÚ, 2015
INDICE
1 INTRODUCCION............................................................................................. 5
2 FUNDAMENTO TEÓRICO............................................................................. 6
3. OBJETIVOS…………................................................................................... 8
3.1 EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS............................................... 8
3.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTALES................................................... 9
3.3. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO.......................................... 9
3.4 ANALISIS DE DATOS.................................................................................. 10
4 CONCLUCIONES……………………………................................................. 15
5 BIBLIOGRAFIA................................................................................................ 16
FOZ DO IGUAÇÚ, 2015
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1. Introducción
El aire en la atmósfera se considera normalmente como una mezcla de dos componentes:
aire seco y agua. La capacidad de la atmósfera para recibir vapor de agua que varía de 0 a
6%, se relaciona con los conceptos de humedad absoluta, que corresponde a la cantidad de
agua presente en el aire por unidad de masa de aire seco, y la humedad relativa que es la
razón entre la humedad absoluta y la cantidad máxima de agua que admite el aire por
unidad de volumen. Se mide en tantos por ciento y está normalizada de forma que la
humedad relativa máxima posible es el 100%. Cuando la humedad alcanza el valor del
100%, se dice que aire está saturado, y el exceso de vapor se condensa para convertirse en
niebla o nubes. El fenómeno del rocío en las mañanas de invierno se debe a que la humedad
relativa del aire ha alcanzado el 100% y el aire no admite más agua. También se alcanza el
la saturación cuando usamos agua muy caliente en un recinto cerrado como por ejemplo en
un baño, en este caso el agua caliente se evapora fácilmente y el aire de la habitación
alcanza con rapidez el 100% de humedad relativa. Estos dos fenómenos son diferentes pero
ilustran las dos formas en que puede aumentar la humedad de un recinto: por disminución
de la temperatura ambiental o por aumento de la cantidad de agua en el ambiente. El
primero de los fenómenos se relaciona con el concepto de temperatura de rocío. Si se
mantiene la cantidad de agua en el ambiente constante y se disminuye la temperatura llega
un momento en que se alcanza la saturación, a esta temperatura se le llama temperatura del
punto de rocío.
Es importante entender que apenas las moléculas con energía excepcionalmente altas (en
relación a la energía media de las moléculas del líquido) consiguen escapar.
Consecuentemente, el proceso de evaporación causa una disminución de la energía en las
moléculas del líquido y el resultado es la disminución de la temperatura del mismo.
Algunas veces, son sustancias que en contacto con el líquido que dan energía para la
evaporación y consecuentemente la disminución de la temperatura. Esto puede ser
verificado fácilmente colocándose un poco de alcohol en la mano, que para evaporar
absorbe energía de la mano, resultando una sensación de enfriamiento.
7
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0 10 20 30 40 50
P (
bar)
T (ºC)
Presion de vapor del agua (liq) en funcion de la temperatura
2. Fundamento teórico
El aire de la atmosfera generalmente está formado por oxígeno y nitrógeno con
pequeñas cantidades de agua en estado de vapor y mesclado con infinidad de gases que
es generado por las actividades que se desarrollan en cada punto de la tierra.
El vapor de agua se encuentra solo en pequeña proporción en la atmosfera, con una
concentración entre 0 y 4 %, pero esta pequeña cantidad es de gran importancia, porque
permite la formación de nubes y precipitación. La humedad es el término usado para
describir la cantidad de vapor de agua en el aire.
La saturación puede alcanzarse aumentando el vapor de agua en el aire
(humidificación) o disminuyendo la temperatura como desarrollamos en esta
experiencia. Si se excede del límite de vapor que puede contener el aire se dice que esta
sobresaturado de humedad, el exceso de vapor se condensa para convertirse en niebla o
nubes. Se usan diferentes parámetros para expresar cuantitativamente el contenido de
humedad en la atmosfera los que veremos a continuación.
2.1. Presión de vapor: La cantidad de vapor presente en la atmosfera se puede expresar
por la presión que ejerce el vapor, e, independientemente de los otros gases. La presión
total de la atmosfera es la suma de la presión que ejerce el aire seco más la presión
ejercida por el vapor de agua según la ley de Dalton.
La cantidad máxima de vapor que puede presentarse depende de la temperatura
ambiente. Cuanto mayor sea la temperatura, más vapor puede contener el aire. Cuando
el aire está saturado de vapor de agua, la presión parcial del vapor de agua depende solo
de la temperatura como se muestra en la figura (1).
Figura (1).
8
2.2. Humedad absoluta: Se define como la cantidad de masa agua en gramos
contenido en una unidad de volumen de aire expresado en g/m3 a una temperatura y
presión determinados.
2.3. Humedad relativa: La humedad relativa, HR (%), es la proporción de vapor de
agua real en el aire comparada con la cantidad de vapor de agua necesaria para la
saturación a la temperatura correspondiente. Indica que tan cerca está el aire de la
saturación. Se mide en porcentaje entre 0 y 100, donde el 0 % significa aire seco y 100
% aire saturado y se expresa como.
Ur = 𝒎𝒂𝒔𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒂𝒊𝒓𝒆
𝒎𝒂𝒔𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒏𝒆𝒄𝒆𝒔𝒂𝒓𝒊𝒐 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒍𝒂 𝒔𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏∗ 𝟏𝟎𝟎%
2.4. Temperatura del punto de roció: La temperatura de punto de roció es la
temperatura a la cual el aire se satura si se enfría a presión constante. El punto de roció
está únicamente determinada por la presión de vapor del aire y por lo tanto es la
temperatura a la cual la presión de vapor es igual a la presión de saturación del aire.
El rocío se forma sobre aquellos objetos que, por un intenso enfriamiento, alcanzan la
temperatura que marca el punto de rocío.
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3. Objetivos
Adquirir conocimiento experimental acerca el fenómeno de la humedad
Identificar de manera experimental el punto de rocío.
Determinar la humedad relativa a partir de datos colectados experimentalmente.
3.1.Equipos y materiales utilizados
1 Tubo de ensayo
1 Termómetro
1 Varilla
Higrómetro
Agua
Hielo molido
3.2.Procedimientos
1. Primeramente se debe medir la temperatura ambiente.
2. Colocar aproximadamente 200 ml de agua en un Becker simultáneamente en un
tubo de ensayo, añadir el hielo molido parcialmente y homogenizar con la
varilla de vidrio hasta obtener el punto de rocío en la superficie del recipiente y
registrar la temperatura para ese punto.
3. Repetir 2 veces los procedimientos citados anteriormente.
4. Simultáneamente en un tubo de ensayo, contenido de agua, añadir el hielo
molido parcialmente y homogenizar con la varilla de vidrio hasta obtener el
punto de rocío en la superficie del recipiente y registrar la temperatura para ese
punto.
5. Utilizando los valores de la temperatura ambiente y del punto de rocío, consulte
la Tabla 1 en donde se puede observar la presión de vapor saturado del agua en
función de la temperatura y calcule la humedad relativa del aire.
6. Verificar la humedad relativa del aire mostrado por el higrómetro y compare con
el resultado del laboratorio.
7. sostener el tubo de ensayo o el Becker de la parte superior, evitando que el calor
de su mano interfiera en la experiencia, es conveniente colocar siempre
cantidades pequeñas de hielo, de esa forma para que se tenga un enfriamiento y
gradual del agua.
8. Verifique siempre que todo el hielo se haya fundido totalmente para tomar la
medida de temperatura del punto de roció.
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3.3.Datos obtenidos en el laboratorio
Las temperaturas del agua y del punto de rocío se tomaron a una humedad H = 73%. Para
obtener valores más precisos y cercanos al valor teórico, que muestra el higrómetro, se
realizó 3 veces este procedimiento, en donde primeramente se midió la temperatura
ambiente del agua que se verifico nuevamente después de colocar pequeños trozos de hielo,
hasta alcanzar el punto de rocío del agua. Estos datos pueden ser observados en la Tabla 1,
que se muestra seguidamente.
Tabla 1 de los datos experimentales.
Numero de experiencias Temperatura ambiente
( °C )
Temperatura en el punto de rocio
( °C )
1 23.3 18.5
2 22.5 18.5
3 22.4 17.9
Otro dato importante fue la determinación del volumen interno de la sala del laboratorio
que fue de 250m3, es importante mencionar que este dato fue proporcionado por el profesor
a cargo de dirigir la ejecución del experimento.
11
3.4.Análisis de datos
Con la obtención de los datos experimentales es posible determinar la humedad relativa
del aire definida como la división entre la presión parcial de vapor de agua existente en
la atmosfera y la presión de vapor saturada del agua, a temperatura ambiente.
Tabla 2 de presión de vapor del agua en función de la temperatura
Temperatura
°C
Presión de vapor
de agua (mmHg)
Temperatura
°C
Presión de vapor de agua
(mmHg)
1 4.9 19 16.2
2 5.3 20 17.5
3 5.7 21 18.7
4 6.1 22 19.8
5 6.5 23 21.1
6 7.0 24 22.4
7 7.5 25 23.8
8 8.0 26 25.2
9 8.6 27 26.7
10 9.2 28 28.4
11 9.8 29 30.1
12 10.5 30 31.8
13 11.2 31 33.7
14 12.0 32 35.7
15 12.8 33 37.7
16 13.6 34 39.9
17 14.5 35 42.2
18 15.5 36 44.6
12
Como la temperatura del punto de rocío corresponde a la presión parcial de vapor del
agua y la temperatura ambiente corresponde a la presión de vapor saturado, podemos
efectuar los siguientes cálculos usando la Ecuación (4) para la determinación de la
humedad relativa del aire dado por:
Para el primer experimento tenemos que
U1 (%) = 𝑷𝑽
𝑷𝑺∗ 𝟏𝟎𝟎%
=𝟏𝟓,𝟗 𝒎𝒎𝑯𝒈
𝟐𝟏,𝟕 𝒎𝒎𝑯𝒈∗ 𝟏𝟎𝟎% = 73,3%
Para el segundo experimento
U2 (%) = 𝑷𝑽
𝑷𝑺∗ 𝟏𝟎𝟎%
=𝟏𝟓,𝟗 𝒎𝒎𝑯𝒈
𝟐𝟎,𝟕 𝒎𝒎𝑯𝒈∗ 𝟏𝟎𝟎% = 76,8%
Análogamente para el tercer experimento tenemos
U3 (%) = 𝑷𝑽
𝑷𝑺∗ 𝟏𝟎𝟎%
=𝟏𝟓,𝟒 𝒎𝒎𝑯𝒈
𝟐𝟏,𝟓 𝒎𝒎𝑯𝒈∗ 𝟏𝟎𝟎% = 75,1%
Como se realizó tres veces el experimento con el fin de obtener un valor más preciso de la
humedad relativa del aire, podemos efectuar la sumatoria de estos resultados y dividirlas
por tres para obtener una media del valor esperado.
Entonces
<U(%)> = U1 (%) + U2 (%) +U3 (%)
= 73,3% + 76,8% + 75,1%
= 75,1%
Conforme al porcentaje medio de la humedad relativa del aire obtenido, vemos que es un
valor bastante cercano al que fue medido en el laboratorio, en donde el higrómetro midió
una humedad de 73%.
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Posteriormente, podemos hallar la humedad absoluta del agua usando la ecuación (1),
recordando que la presión parcial de vapor es proporcional a la masa de vapor de agua
existente en una determinada masa de aire y usando la ecuación de estado de gases ideales
podemos relacionar la presión parcial de vapor, el volumen del aire, la temperatura absoluta
y la masa de vapor de agua obteniendo lo siguiente:
pV = nRT (1)
pv V = mv TR/M0
V = mv TR/ M0 pv
Reemplazando el valor de V en la ecuación (1) tenemos que
U a = mv / V
U a = (p v M0)/RT
Donde mv = masa de vapor de agua
pv = presión parcial de vapor de agua
M0 = 18,01528g/mol, que es la masa molecular del agua obtenido a través de las masas
atómicas del hidrogeno y del oxígeno multiplicado por sus átomos en cada molécula.
R = 8, 31451 J/(mol*K), que corresponde a la constante universal de los gases.
T = temperatura absoluta del aire
A seguir efectuamos los cálculos usando este resultado para determinar la humedad
absoluta del aire:
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Para el primer experimento tenemos que:
U a1 = (p v M0)/RT
=(15,9𝑚𝑚𝐻𝑔)(
18,01528𝑔𝑚𝑜𝑙
)
(8,31451𝑁.𝑚
𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝐾)(291,65𝑘)
=(2119,45
𝑁
𝑚∗𝑚)(
18,01528𝑔
𝑚𝑜𝑙)
(8,31451𝑁𝑚
𝑚𝑜𝑙∗𝐾)(291,65𝑘)
U a1 = 15,75g/m3
Para el segundo experimento tenemos que: U a2 = (p v M0)/RT
=(15,9𝑚𝑚𝐻𝑔)(
18,01528𝑔
𝑚𝑜𝑙)
(8,31451𝑁.𝑚
𝑚𝑜𝑙∗𝐾)(291,65𝑘)
=(2119,45
𝑁
𝑚∗𝑚)(
18,01528𝑔
𝑚𝑜𝑙)
(8,31451𝑁𝑚
𝑚𝑜𝑙∗𝐾)(291,65𝑘)
Ua2=15,75g/m3
Análogamente para el tercer experimento tenemos que: U a3 = (p v M0)/RT
=(15,4𝑚𝑚𝐻𝑔)(
18,01528𝑔
𝑚𝑜𝑙)
(8,31451𝑁.𝑚
𝑚𝑜𝑙∗𝐾)(291,05𝑘)
= (2052,82
𝑁
𝑚∗𝑚)(
18,01528𝑔
𝑚𝑜𝑙)
(8,31451𝑁𝑚
𝑚𝑜𝑙∗𝐾)(291,05𝑘)
Ua3 = 15,28g/m3
Como tenemos tres valores para la humedad absoluta del aire podemos estimar una
media de este valor de la siguiente forma:
U a = Ua1 + Ua2 + Ua3
3
= 15,75g/m3+15,75g/m3 + 15,28g/m3
3
= 15,60 g/m3
15
Observe que en todos los cálculos efectuados se utilizó la Tabla 2 de presión de vapor
del agua en función de la temperatura y que todas las conversiones hechas fueron
considerando que 1mmHg=1,33x102N/m2 y que: 0°C = 273,15 K
100°C = 373,15 K
Es decir T = (Tc + 273,15) K
Consecuentemente podemos calcular la masa de vapor de agua existente en la sala del
laboratorio usando el volumen interno de la sala, es importante mencionar que el
volumen interno del laboratorio fue un dato proporcionado por el profesor encargado de
dirigir el experimento.
Para determinar la masa de vapor de agua existente en la sala usamos la humedad
relativa del aire, ya calculada anteriormente.
De este modo tenemos que:
U a = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
Donde U a = humedad relativa del aire
Luego tenemos que
Masa de vapor de agua = U a * volumen
= (15,60g/m3)(250 m3)
= 3900 g
=3,9 kg.
Así tenemos de la masa de vapor de agua en la sala del laboratorio es 3,9 kg
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4. Conclusión.
Finalizando y a partir de los resultados obtenidos se concluye como sigue:
La humedad relativa varía según el entorno en el cual encuentra, que puede tratarse
de un ambiente cerrado o un ambiente abierto.
Los resultados alcanzados por el equipo de laboratorio son próximos al registrado por el
higrómetro, esta diferencia se debe a la falta de precisión durante la manipulación de los
instrumentos, además de la dificultad visual para determinar con exactitud la temperatura a
partir de la presencia del roció en la superficie externa del recipiente (Becker y tubo de
ensayo).
Podríamos pensar que el aire está totalmente seco, pero el aire tiene un espacio para que
haya agua en él, cuando la humedad es de 0% el aire está vacío en agua y si es de 100% es
porque ya está lleno de agua.
La determinación de la humedad relativa del aire es bastante importante en el área de la
construcción civil, ya que el mismo es llevado en cuenta a la hora de la preparación de
concreto, en la medición de agregado fino que habitualmente se ve expuesta a la
intemperie, la cual es estimada para reducir, o en algunos casos aumentar, el contenido de
agua que se proporcionará con el fin de aumentar la calidad del concreto. Las cámaras de
ensayo de humedad saturada producen una atmosfera húmeda y caliente controlada,
simulando ambientes con altísima humedad relativa. La exposición de cuerpos de ensayo a
esa atmosfera artificial acelera el proceso de corrosión o de durabilidad del concreto,
simulando en poco tiempo lo que sucedería si esos mismos cuerpos de ensayo fuesen
expuestos en la intemperie, conocido como fase de cura del concreto, en una cámara
húmeda a temperatura de 23 ± 2°C y humedad relativa del aire superior a 95%, según
ABNT NBR 5738 (Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova)
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5. Bibliografía
Agua en la Atmosfera CI4161 - Hidrología Ambiental James McPhee & Carolina
Meruane
Física Universitaria - Sears - Zemansky - 12ava Edicion - Vol1 (18 Propiedades
Térmicas de la materia).
Universidad de Chile- humedad atmosférica.
Fisica Conceptual – Paul Hewitt - 10ma Edición (Cap. 17 Cambio de fase-
condensación en la atmosfera).
