Higrometro

El término higrómetro se compone de las palabras griegas hygrós y métron, que significan húmedo o mojado y medida. Según el origen de la palabra, un higrómetro es un aparato de medición para determinar la cantidad de humedad. Ahora bien, más que para definir cualquier tipo de aparato de medición de humedad, el término higrómetro se utiliza para definir específicamente aquellos aparatos que determinan la humedad relativa del aire. Dado que la humedad influye en muchos procesos biológicos, físicos y químicos, es necesario medirla, y cuando se precise, controlarla de forma específica.

Prácticamente cualquier persona está familiarizado con el higrómetro que permite visualizar la calidad del aire en hogares y oficinas, en almacenes y salas de producción, así como en las estaciones meteorológicas para medir el aire exterior. Se suelen utilizar diferentes abreviaturas para la humedad relativa, que a menudo también son visible en la pantalla para identificar los valores de medición. Se trata de las abreviaturas en español H.r. o HR, o en inglés r.H. o RH (de “relative humidity”).

Humedad absoluta (contenido de vapor de agua del aire)
La humedad absoluta se expresa en gramos de vapor de agua por metro cúbico de aire seco. Puede aumentar por las aportaciones del entorno, como la respiración y la evaporación, pero también puede reducirse por la capacidad de sorción de los materiales del entorno. La especificación del contenido de vapor de agua en gramos por kilogramo de aire seco se denomina grado de humedad.

Humedad relativa
Un valor relativo se refiere siempre a la comparación de dos cantidades y suele expresarse en porcentaje. Con la humedad relativa, la cantidad actual de humedad no se compara con la cantidad de aire seco o húmedo, sino con la cantidad máxima de vapor de agua que puede contener el aire en las condiciones respectivas. De este modo, el valor máximo de la humedad relativa que se puede medir es del 100 %. Por el contrario, se pueden dar valores mucho más altos de humedad relativa para la humedad del material que además se pueden medir, en la que el contenido de agua está relacionado con la sustancia seca del material. La cantidad máxima de vapor de agua que puede absorber el aire se denomina cantidad de saturación.

Dado que esta cantidad de saturación depende de la temperatura y la presión, la humedad relativa varía con los cambios de temperatura o presión, incluso sin que se añada o elimine vapor de agua. Las cantidades de vapor de agua superiores a la cantidad de saturación se liberan en forma de agua líquida. Las fluctuaciones de la presión atmosférica tienen una influencia relativamente pequeña, pero deben tenerse en cuenta, especialmente en mediciones muy sensibles y al calibrar un higrómetro. Sin embargo, en las aplicaciones con aire comprimido, la relación entre la humedad y la presión atmosférica desempeña un papel importante.

Punto de rocío o temperatura del punto de rocío
El aire caliente puede absorber más vapor de agua que el aire frío y más a baja presión atmosférica que a alta presión atmosférica. Si el aire que contiene vapor de agua se enfría hasta tal punto que la humedad relativa alcanza el 100 %, cualquier reducción adicional de la temperatura provoca la formación de agua líquida a partir del exceso de vapor de agua. Esta agua se denomina condensación. La temperatura a la que se alcanza el 100 % de humedad relativa se denomina temperatura del punto de rocío. Dado que el aire caliente se enfría en las superficies frías, también puede formarse condensación en las superficies frías de las habitaciones cálidas. Este efecto es fácil de observar cuando las personas portadoras de gafas pasan del frío a habitaciones cálidas y se forma condensación en sus gafas. La temperatura de la superficie a la que se forma la condensación depende de la temperatura y la humedad del aire. Muchos tipos de higrómetro indican adicionalmente el punto de rocío junto con la temperatura y la humedad del aire.

Tabla 1: Punto de rocío con una presión atmosférica normal en función de la temperatura y humedad del aire

Debido al gran número de modelos de aparatos disponibles, es necesario definir primeramente los requisitos mínimos que debe cumplir el higrómetro. Tiene sentido tener en cuenta la finalidad para la que se va a utilizar el higrómetro a la hora de considerar los requisitos mínimos del dispositivo.

Uso previsto y condiciones de uso del higrómetro
Dependiendo de la aplicación, puede haber requisitos completamente diferentes para el higrómetro. A continuación encontrará algunos ejemplos de diferentes aplicaciones:

• Medición de la humedad actual del aire en espacios interiores. La humedad del aire en viviendas y puestos de trabajo afecta al bienestar y al rendimiento. Por ello, un higrómetro se utiliza a menudo para detectar los valores de humedad demasiado altos o bajos y ventilar en caso necesario. Este tipo de higrómetro debe integrar una pantalla de fácil lectura para el usuario y, posiblemente, funciones adicionales de aviso óptico o acústico. El higrómetro también se utiliza en casos de daños por humedad en interiores para definir si la humedad es una de las causas. Un higrómetro que también puede utilizarse para determinar el punto de rocío y la temperatura superficial de los componentes del edificio son especialmente adecuados para este fin.
• Medición de la humedad exterior. La humedad exterior no sólo es importante para las previsiones de precipitaciones, sino que también se tiene en cuenta para determinar el esfuerzo físico durante la práctica de deporte y el trabajo al aire libre. Por esta razón, las estaciones meteorológicas incluyen un higrómetro entre sus instrumentos de medición. Los datos de medición del sensor se transmiten con frecuencia a una pantalla para interiores o a otros dispositivos para visualizarlos, almacenarlos y evalúarlos.
• Medición y almacenamiento de la humedad durante periodos prolongados. El higrómetro se utiliza a menudo como un registrador de datos para, por ejemplo, documentar el comportamiento de la calefacción y la ventilación en viviendas con daños por humedad, para registrar la humedad y la temperatura durante el transporte o en lugares de difícil acceso.
• Medición y control de la humedad en salas de producción y almacenes. Para algunos productos, la humedad adecuada durante la producción y el almacenamiento desempeña un papel decisivo en la calidad. Tanto una humedad del aire demasiado baja como una demasiado alta pueden inutilizar los productos o materiales. Por eso, en estas zonas se utilizan higrómetros que controlan continuamente la humedad del aire e indican o transmiten los valores de medición.

Rango de medición y precisión del higrómetro
No todos los higrómetro cubren el rango de la medición de la humedad relativa del aire del 0 al 100 %. Ahora bien, para la mayoría de aplicaciones esto no es necesario. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la precisión de un higrómetro no suele ser constante en todo el rango de medición. Tenga en cuenta la indicación de la precisión y si esta es suficiente para su aplicación.

Higrómetro con magnitudes adicionales y valores calculados
Casi cualquier higrómetro digital mide, además de la humedad relativa, también la temperatura del aire. Tales equipos se les denomina también como termohigrómetros. Muchos modelos determinan e indican el punto de rocío a partir de la humedad relativa y la temperatura del aire. Algunos higrómetros también muestran la humedad absoluta en gramos por metro cúbico o la temperatura de bulbo húmedo. Un higrómetro con un sensor de infrarrojos adicional o un sensor de temperatura de superficie también puede medir directamente la temperatura de una superficie. Otros tipos de dispositivos disponen de sensores adicionales con los que se puede determinar la presión del aire o valores adicionales de calidad del aire como el contenido de CO2, la cantidad de partículas o la concentración de formaldehído.

Opciones de almacenamiento de datos en un higrómetro
Cuando un higrómetro se utiliza como registrador de datos, es importante tener en cuenta el periodo de tiempo durante el cual se pueden registrar los datos. El número de valores de medición que se pueden almacenar está limitado, entre otras cosas, por la capacidad de la memoria. Por lo tanto, para las mediciones prolongadas, juega un papel importante la cuota de muestreo. En el caso de un higrómetro que funcione con pilas, la autonomía de estas también influye a la hora de determinar el periodo de tiempo máximo durante el que se pueden registrar los datos. Algunos higrómetros almacenan los datos en tarjetas micro SD intercambiables, mientras que otros modelos son pequeños y compactos, parecidos a una memoria USB, y se pueden conectar directamente al puerto USB de un PC o portátil para leer la memoria.

Interfaz de un higrómetro
El higrómetro puede estar equipado con una interfaz para transferir a un ordenador los valores de medición actuales o almacenados. Con frecuencia se incluye con el higrómetro un software especial que simplifica el análisis de datos y la configuración para la siguiente medición. Los higrómetros para zonas sensibles de la industria o la logística también suelen disponer de interfaces analógicas o de conmutación para controlar los procesos automáticamente.

El principio de funcionamiento y la construcción de un higrómetro son decisivos, no sólo para determinar la temperatura y humedad operativa, sino que también influyen decisivamente en si con el higrómetro se pueden determinar otros valores climatológicos, además de la humedad relativa.

El higrómetro capilar como higrómetro de absorción
Muchos materiales pueden absorber humedad en forma de vapor de agua de su entorno o liberarla hacia ellos hasta alcanzar un equilibrio de humedad. Si cambian sus propiedades en el proceso, esto puede utilizarse para medir indirectamente la humedad relativa. Dependiendo de la estructura del material, el cambio de humedad puede, por ejemplo, modificar en mayor o menor medida su dilatación. El pelo desengrasado es muy adecuado para medir la humedad, porque el cambio de longitud como consecuencia de la humedad no se ve influido significativamente por la temperatura.

Para poder leer cómodamente el valor de la humedad del aire, este tipo de higrómetro analógico está equipado con una aguja y una escala. Aunque al principio siempre se utilizaba cabello natural de humanos, caballos u ovejas para este tipo de higrómetro, actualmente muchos están equipados con material sintético. El higrómetro con cabello natural reacciona rápidamente y puede utilizarse a temperaturas de entre -35 y 65 ºC. Ahora bien, si el higrómetro se utiliza principalmente en habitaciones interiores secas, deberá regenerarse regularmente con altos niveles de humedad. De lo contrario, el pelo se secará demasiado. Con un higrómetro capilar común sólo se mide la humedad relativa.

Higrómetro de absorción con sensores de polímero
Algunos plásticos también reaccionan bien de forma mensurable a la humedad relativa de su entorno. Con los sensores de polímeros de uso generalizado en la actualidad, es posible determinar la humedad directamente a través del cambio en la resistencia eléctrica o la capacitancia eléctrica. En la mayoría de los casos, tales higrómetros digitales compactos están equipados con un componente adicional para medir la temperatura. A partir de los valores de medición de temperatura y humedad relativa, un higrómetro debidamente equipado también puede determinar la humedad absoluta y el punto de rocío.

El higrómetro centrífugo como higrómetro de aspiración
La temperatura ambiente desciende cuando el agua se evapora. Esto puede notarse en el propio cuerpo cuando se está al exterior durante un periodo prolongado con la ropa mojada. Sudar en el verano y en la sauna es un proceso de enfriamiento activo para regular la temperatura corporal. Cuanto más seco sea el aire ambiental, más eficaz será el proceso de enfriamiento. Si el aire enriquecido con humedad es alejado de la fuente de humedad por el viento, el aire seco puede entrar rápidamente y retomar la humedad. Para determinar el efecto refrigerante de la evaporación, se puede medir la temperatura en un termómetro seco y otro humedecido.

Dado que la diferencia de temperatura está directamente relacionada con la humedad relativa del aire, es posible determinar la humedad a partir de la temperatura húmeda y seca. Un higrómetro que funciona según este principio también se denomina psicrómetro. Si se utilizan correctamente, este tipo de higrómetro tiene una precisión de entre el 0,5 y el 1,0 %, por lo que son muy precisos. Para ello, sin embargo, el termómetro húmedo debe estar constantemente rodeado de aire. Los tipos más comunes de higrómetros en los que se elimina el aire húmedo son el psicrómetro de Assmann por aspiación y el psicrómetro centrífugo. Mientras que el higrómetro de Assmann utiliza un ventilador integrado para generar el cambio de aire, el higrómetro centrífugo es, como dice su nombre, centrifugado.

El higrómetro que utiliza el efecto de evaporación para medir la humedad relativa determina siempre la temperatura del aire como temperatura del termómetro seco y la temperatura del bulbo húmedo como temperatura del termómetro humidificado. La temperatura del bulbo húmedo también se denomina bulbo húmedo. Este valor indica, por ejemplo, hasta qué punto el aire, con los valores actuales, puede enfriarse por evaporación.

Higrómetro de espejo enfriado (espejo de punto de rocío)
Si el aire húmedo se enfría, la humedad relativa aumenta, aunque no se añada agua del exterior. Como la cantidad de saturación es menor a bajas temperaturas, el aire frío puede retener menos vapor de agua y libera el exceso de agua en forma de niebla, lluvia o rocío. Este efecto puede utilizarse para medir la humedad relativa. Para ello, se enfría un pequeño espejo hasta que el agua de rocío se deposita sobre la superficie fría. A continuación, se determina la humedad relativa a partir de la diferencia de temperatura entre la superficie del espejo y el aire ambiente. Con un higrómetro de este tipo, no sólo se determina la humedad del aire, sino también la temperatura del aire y la temperatura del punto de rocío al mismo tiempo.

Espectrómetro como higrómetro
Los espectrómetros miden la luz. Si un espectrómetro utiliza una longitud de onda que hace vibrar las moléculas de agua, parte de la luz es absorbida y llega menos luz a la fotocélula. Con este tipo de higrómetro es posible determinar la humedad absoluta del gas a partir de la potencia de atenuación de la intensidad de la luz por las moléculas de agua. Con un espectrómetro adecuado, también es posible medir valores de humedad muy bajos en gases como, por ejemplo, concentraciones de sólo 2 a 10.000 ppm, es decir, menos de 10 mililitros de agua por litro de aire.

Un higrómetro cuyos valores de medición sirven de base para regular el ambiente interior o para supervisar y controlar procesos técnicos debe calibrarse periódicamente. Si durante la calibración se determina que el higrómetro no alcanza la precisión deseada en el rango de medición relevante para la aplicación, será necesario ajustarlo o sustituirlo.

Algunos higrómetros pueden calibrarse con referencias de humedad procedentes de soluciones salinas saturadas. En los recipientes con la solución salina se fijan valores de humedad característicos como humedad de compensación. Con estas referencias es posible comprobar un higrómetro cuyo sensor capacitivo, resistivo o electrolítico puede insertarse en la cámara de medición. El sensor insertado debe sellarse para la medición de forma que no entre aire ambiente en el recipiente. Estas referencias sólo pueden utilizarse a temperaturas entre 20 y 40 °C y no son adecuadas para higrómetros con principios de medición térmicos.

En los laboratorios de metrología se suele calibrar el higrómetro junto con un instrumento de referencia comprobado de mayor precisión en una cámara climática. El aparato de referencia proporciona los valores nominales con los que se comparan los valores de medición del aparato a comprobar. Cuando se certifica un higrómetro y se calibra en un laboratorio, se emite un certificado con los datos del cliente para que este pueda incluir los instrumentos calibrados en su control interno de calidad. El certificado de calibración ISO confirma la precisión determinada y describe las condiciones de la calibración.

A continuación, proporcionamos información adicional sobre algunos términos relacionados con la calibración:

Calibración
Comprobación de la precisión de las lecturas del higrómetro sin interferir en el sistema de medición ni determinar la desviación sistemática de la lectura del medidor con respecto al valor real de la magnitud medida.

Certificado de calibración
Documenta las propiedades metrológicas de los instrumentos de medición, así como la trazabilidad con respecto a la norma nacional.

Intervalo de calibración
Para asegurarse de que los valores de medición son continuamente correctos es necesario controlar o calibrar los instrumentos de medición utilizados periódicamente. El periodo entre calibraciones se denomina intervalo de calibración. En general, no existe una disposición vinculante de cuándo debe volver a calibrarse un aparato de medición. Los puntos importantes para determinar el intervalo son:

• La magnitud y los efectos de las mediciones erróneas
• El desgaste del instrumento de medición
• La frecuencia de uso
• Las condiciones ambientales
• La estabilidad de las calibraciones anteriores
• La precisión de medición requerida
• Las especificaciones del control interno de calidad de la empresa

Esto significa que, en última instancia, es el usuario quien debe determinar y controla el intervalo entre dos calibraciones. A la hora de comprar un higrómetro nuevo, tenga en cuenta que el proceso de calibración sea sencillo. Un higrómetro de alta calidad utilizado para mediciones importantes también debe poder ajustarse mediante los valores de calibración.

Variación de la humedad relativa en función de la temperatura del aire
A una presión atmosférica normal, una cantidad de vapor de agua de 10 g/m³ conduce a los siguientes valores de humedad relativa:

La relación entre la temperatura y la humedad suele mostrarse en nomogramas. En este diagrama, cuando se conocen los valores de temperatura y humedad del aire, puede leerse cuánto puede enfriarse el aire antes de que se produzca la condensación. Se miden la temperatura del aire ambiente, la humedad relativa y la temperatura en superficies frías. Algunos higrómetros pueden medir, además de la humedad del aire, la temperatura del aire y la temperatura de las superficies mediante sensores de contacto o sensores infrarrojos. Con estos valores de medición, se puede leer en el diagrama cuánto aumenta la humedad del aire cuando se enfría.

Situación 1:
Temperatura ambiental 20 °C, humedad relativa 40 %, temperatura superficial mínima 14 °C
Partiendo de la intersección de la curva de humedad de 40 % con la línea horizontal de 20 ºC se traza una línea vertical hasta la línea horizontal de 14 ºC. La intersección de estas líneas se encuentra entre las curvas de humedad del 50 % y del 60 %. La línea vertical puede trazarse más arriba hasta que se encuentre con la curva del 100 % de humedad. En este punto puede leerse en la escala de temperatura, la temperatura del punto de rocío de unos 6 °C.

Situación 2:
Temperatura ambiental 20 °C, humedad relavita 60 %, temperatura superficial 11 °C
La humedad aumenta por encima del 100 % en la superficie más fría y se forma condensación. El punto de rocío es de unos 12 °C.

Variación de la humedad relativa en función de la presión atmosférica
Si la temperatura del aire permanece constante, la humedad relativa y el punto de rocío cambian con el aumento de la presión. He aquí algunos ejemplos con una temperatura del aire de 25 °C:

Algunos dispositivos combinan la medición de temperatura y humedad. Permiten la medición distintos rangos de medición. Muchas de las funciones son básicas, como indicar y medir valores, registro de datos o la transferencia de datos al PC para un análisis posterior. Existen dispositivos resistente al agua y otros integran un escáner de punto de rocío o función de alarma. Los valores medidos que se han validados pueden incluso utilizarse para el área jurídica.

La humedad relativa es la relación entre la humedad absoluta (humedad real) y la cantidad de humedad en condiciones de saturación. La humedad relativa del aire se mide con un dispositivo que tenga un indicador de 0 % (aire seco absoluto) hasta el 100 % (aire saturado completo como la niebla, las nubes o los baños de vapor). Algunos dispositivos tienen un rango de medición limitado. El área de bienestar físico es entre el 40 y el 65 % H.r. Como el aire caliente absorbe más vapor el aire frío, las personas tienen más la sensación en el invierno el aire más seco, mientras que en el verano es más sofocante. Si el aire se calienta, aumenta la cantidad de vapor por lo que se tiene un caso de saturación. En consecuencia, el valor porcentual de la humedad relativa medida disminuye incluso si la cantidad real del agua permanece constante. Ocurre algo parecido cuando se enfría el aire, disminuye la cantidad de vapor y aumenta el valor porcentual de la humedad del aire.

La condensación se forma cuando existe un exceso de agua en un ambiente saturado. Algunos dispositivo disponen, además de medir la humedad relativa y la temperatura, calcular el punto de rocío. El punto de rocío es la temperatura en la cual el contenido de vapor actual en el aire es el máximo (100 % de humedad relativa). El punto de rocío es un valor independiente de la temperatura actual. Una posibilidad para medir el punto de rocío es la de enfriar el metal hasta que el agua se condense en la superficie del metal. Entonces, la temperatura del metal es la temperatura del punto de rocío. Como comentamos anteriormente, algunos de nuestros modelos de higrómetros pueden mostrar el valor del punto de rocío directamente en la pantalla.