Índice de calor

Humedad e higrometría
Conceptos específicos
Punto de rocío Depresión del punto de rocío Psicrometría
Conceptos generales
Aire Concentración Densidad Rocío Evaporación Amortiguación de humedad ( Atm. )  Presión Agua liquida Ley de Avogadro Nucleación Equilibrio termodinámico
Medidas e instrumentos
Índice de calor Densidad de vapor saturación Proporción de mezcla Actividad acuática Indicador H. tarjeta Higrómetro Temperatura de bulbo seco / húmedo
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El índice de calor ( HI ) es un índice que combina la temperatura del aire y la humedad relativa , en áreas sombreadas , para postular una temperatura equivalente percibida por los humanos, como el calor que se sentiría si la humedad fuera algún otro valor en la sombra . Por ejemplo, cuando la temperatura es de 32 °C (90 °F) con una humedad relativa del 70%, el índice de calor es de 41 °C (106 °F) (ver la tabla a continuación). El índice de calor está destinado a describir las temperaturas experimentadas en la sombra, pero no tiene en cuenta el calentamiento por la luz solar directa, la actividad física o el enfriamiento por el viento.

El cuerpo humano se enfría normalmente por evaporación del sudor . Una humedad relativa alta reduce la evaporación y el enfriamiento, lo que aumenta la incomodidad y el posible estrés por calor . Diferentes personas perciben el calor de manera diferente debido a la forma del cuerpo, el metabolismo, el nivel de hidratación, el embarazo u otras condiciones físicas. La medición de la temperatura percibida se ha basado en informes sobre cómo se sienten los sujetos acalorados en condiciones controladas de temperatura y humedad. Además del índice de calor, otras medidas de la temperatura aparente incluyen el índice de humedad canadiense , la temperatura de globo de bulbo húmedo , la "temperatura exterior relativa" y el " RealFeel " patentado .

El índice de calor fue desarrollado en 1979 por Robert G. Steadman. ^{[1] [2]} Al igual que el índice de sensación térmica , el índice de calor contiene suposiciones sobre la masa y la altura del cuerpo humano, la vestimenta, la cantidad de actividad física, la tolerancia individual al calor, la exposición a la luz solar y a la radiación ultravioleta y la velocidad del viento. Desviaciones significativas de estos valores darán como resultado valores del índice de calor que no reflejan con precisión la temperatura percibida. ^[3]

En Canadá , se utiliza el humidex similar (una innovación canadiense introducida en 1965) ^[4] en lugar del índice de calor. Si bien tanto el humidex como el índice de calor se calculan utilizando el punto de rocío, el humidex utiliza un punto de rocío de 7 °C (45 °F) como base, mientras que el índice de calor utiliza una base de punto de rocío de 14 °C (57 °F). ^{[ se necesita más explicación ]} Además, el índice de calor utiliza ecuaciones de balance térmico que tienen en cuenta muchas variables además de la presión de vapor, que se utiliza exclusivamente en el cálculo del humidex. Un comité conjunto ^{[ ¿quién? ]} formado por los Estados Unidos y Canadá para resolver las diferencias se ha disuelto desde entonces. ^{[ cita requerida ]}

El índice de calor de una combinación dada de temperatura ( de bulbo seco ) y humedad se define como la temperatura de bulbo seco que se percibiría igual si la presión de vapor de agua fuera de 1,6  kPa . Citando a Steadman, "Así, por ejemplo, una temperatura aparente de 24 °C (75 °F) se refiere al mismo nivel de bochorno y a los mismos requisitos de vestimenta que una temperatura de bulbo seco de 24 °C (75 °F) con una presión de vapor de 1,6 kPa". ^[1]

Esta presión de vapor corresponde, por ejemplo, a una temperatura del aire de 29 °C (84 °F) y una humedad relativa del 40% en la tabla psicrométrica del nivel del mar , y en la tabla de Steadman a 40% de HR la temperatura aparente es igual a la temperatura real entre 26–31 °C (79–88 °F). A presión atmosférica estándar (101,325 kPa), esta línea de base también corresponde a un punto de rocío de 14 °C (57 °F) y una relación de mezcla de 0,01 (10 g de vapor de agua por kilogramo de aire seco). ^[1]

Un valor dado de humedad relativa provoca mayores aumentos en el índice de calor a temperaturas más altas. Por ejemplo, a aproximadamente 27 °C (81 °F), el índice de calor coincidirá con la temperatura real si la humedad relativa es del 45%, pero a 43 °C (109 °F), cualquier lectura de humedad relativa por encima del 18% hará que el índice de calor sea mayor que 43 °C . ^[5]

Se ha sugerido que la ecuación descrita es válida solo si la temperatura es de 27 °C (81 °F) o más. ^[6] El umbral de humedad relativa, por debajo del cual un cálculo del índice de calor arrojará un número igual o inferior a la temperatura del aire (un índice de calor inferior generalmente se considera inválido), varía con la temperatura y no es lineal. El umbral se establece comúnmente en un 40 % arbitrario. ^[5]

El índice de calor y su contraparte, el humidex, tienen en cuenta solo dos variables, la temperatura a la sombra y la humedad atmosférica (humedad), por lo que brindan solo una estimación limitada del confort térmico . Otros factores, como el viento, la luz solar y las elecciones de ropa individuales, también afectan la temperatura percibida; estos factores se parametrizan como constantes en la fórmula del índice de calor. Por ejemplo, se supone que el viento es de 5 nudos (9,3 km/h). ^[5] El viento que pasa sobre la piel húmeda o sudorosa causa evaporación y un efecto de enfriamiento por viento que el índice de calor no mide. El otro factor principal es la luz solar; estar bajo la luz solar directa puede agregar hasta 15 °F (8,3 °C) al calor aparente en comparación con la sombra. ^[7] Ha habido intentos de crear una temperatura aparente universal , como la temperatura de globo de bulbo húmedo , la "temperatura exterior relativa", la "sensación térmica" o el " RealFeel " patentado .

Al aire libre, en condiciones abiertas, a medida que aumenta la humedad relativa, primero se desarrolla una neblina y, finalmente, una capa de nubes más espesa, lo que reduce la cantidad de luz solar directa que llega a la superficie. Por lo tanto, existe una relación inversa entre la temperatura potencial máxima y la humedad relativa potencial máxima. Debido a este factor, alguna vez se creyó que la lectura del índice de calor más alta realmente alcanzable en cualquier lugar de la Tierra era aproximadamente 71 °C (160 °F). Sin embargo, en Dhahran , Arabia Saudita , el 8 de julio de 2003, el punto de rocío fue de 35 °C (95 °F) mientras que la temperatura fue de 42 °C (108 °F), lo que resultó en un índice de calor de 81 °C (178 °F). ^[8] El 28 de agosto de 2024, una estación meteorológica en el sur de Irán registró un índice de calor de 82,2 °C (180,0 °F), que será un nuevo récord si se confirma. ^[9]

El cuerpo humano necesita refrigeración por evaporación para evitar el sobrecalentamiento. La temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo húmedo-globo se utilizan para determinar la capacidad de un cuerpo para eliminar el exceso de calor. Una temperatura de bulbo húmedo sostenida de aproximadamente 35 °C (95 °F) puede ser fatal para personas sanas; a esta temperatura, nuestros cuerpos pasan de emitir calor al medio ambiente a ganar calor de él. ^[10] Por lo tanto, una temperatura de bulbo húmedo de 35 °C (95 °F) es el umbral más allá del cual el cuerpo ya no puede enfriarse adecuadamente. ^[11]

La tabla que aparece a continuación es de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU . Las columnas comienzan en 80 °F (27 °C), pero también hay un efecto de índice de calor en 79 °F (26 °C) y temperaturas similares cuando hay alta humedad.

Por ejemplo, si la temperatura del aire es de 96 °F (36 °C) y la humedad relativa es del 65%, el índice de calor es de 121 °F (49 °C).

La exposición a la luz solar directa puede aumentar los valores del índice de calor hasta en 8 °C (14 °F). ^[12]

Existen muchas fórmulas ideadas para aproximar las tablas originales de Steadman. Anderson et al. (2013), ^[13] NWS (2011), Jonson y Long (2004) y Schoen (2005) tienen residuos menores en este orden. Los dos primeros son un conjunto de polinomios, pero el tercero es una fórmula única con funciones exponenciales.

La fórmula que se muestra a continuación aproxima el índice de calor en grados Fahrenheit, con un margen de error de ±1,3 °F (0,7 °C). Es el resultado de un ajuste multivariable (temperatura igual o mayor a 80 °F (27 °C) y humedad relativa igual o mayor a 40%) a un modelo del cuerpo humano. ^{[1] [14]} Esta ecuación reproduce la tabla del Servicio Meteorológico Nacional de la NOAA anterior (excepto que los valores a 90 °F (32 °C) y 45%/70% de humedad relativa varían sin redondeo en menos de ±1, respectivamente).

$${\displaystyle \mathrm {HI} =c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}}$$dónde

• HI = índice de calor (en grados Fahrenheit)
• T = temperatura ambiente de bulbo seco (en grados Fahrenheit)
• R = humedad relativa (valor porcentual entre 0 y 100)

${\textstyle {\begin{aligned}c_{1}&=-42,379,&c_{2}&=2,049\,015\,23,&c_{3}&=10,143\,331\,27,\\c_{4}&=-0,224\,755\,41,&c_{5}&=-6,837\,83\times 10^{-3},&c_{6}&=-5,481\,717\times 10^{-2},\\c_{7}&=1,228\,74\times 10^{-3},&c_{8}&=8,5282\times 10^{-4},&c_{9}&=-1,99\times 10^{-6}.\end{aligned}}}$

Los siguientes coeficientes se pueden utilizar para determinar el índice de calor cuando la temperatura se da en grados Celsius, donde

• HI = índice de calor (en grados Celsius)
• T = temperatura ambiente de bulbo seco (en grados Celsius)
• R = humedad relativa (valor porcentual entre 0 y 100)

${\textstyle {\begin{aligned}c_{1}&=-8,784\,694\,755\,56,&c_{2}&=1,611\,394\,11,&c_{3}&=2,338\,548\,838\,89,\\c_{4}&=-0,146\,116\,05,&c_{5}&=-0,012\,308\,094,&c_{6}&=-0,016\,424\,827\,7778,\\c_{7}&=2,211\,732\times 10^{-3},&c_{8}&=7,2546\times 10^{-4},&c_{9}&=-3,582\times 10^{-6}.\end{alineado}}}$

Un conjunto alternativo de constantes para esta ecuación que se encuentra dentro de ±3 °F (1,7 °C) de la tabla maestra del NWS para todas las humedades de 0 a 80% y todas las temperaturas entre 70 y 115 °F (21–46 °C) y todos los índices de calor por debajo de 150 °F (66 °C) es:

$${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=0.363\,445\,176,&c_{2}&=0.988\,622\,465,&c_{3}&=4.777\,114\,035,\\c_{4}&=-0.114\,037\,667,&c_{5}&=-8.502\,08\times 10^{-4},&c_{6}&=-2.071\,6198\times 10^{-2},\\c_{7}&=6.876\,78\times 10^{-4},&c_{8}&=2.749\,54\times 10^{-4},&c_{9}&=0.\end{aligned}}}$$

Otra alternativa es ésta: ^[15]

$${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {HI} &=c_{1}+c_{2}T+c_{3}R+c_{4}TR+c_{5}T^{2}+c_{6}R^{2}+c_{7}T^{2}R+c_{8}TR^{2}+c_{9}T^{2}R^{2}+\\&\quad {}+c_{10}T^{3}+c_{11}R^{3}+c_{12}T^{3}R+c_{13}TR^{3}+c_{14}T^{3}R^{2}+c_{15}T^{2}R^{3}+c_{16}T^{3}R^{3}\end{aligned}}}$$dónde$${\displaystyle {\begin{aligned}c_{1}&=16.923,&c_{2}&=0.185\,212,&c_{3}&=5.379\,41,&c_{4}&=-0.100\,254,\\c_{5}&=9.416\,95\times 10^{-3},&c_{6}&=7.288\,98\times 10^{-3},&c_{7}&=3.453\,72\times 10^{-4},&c_{8}&=-8.149\,71\times 10^{-4},\\c_{9}&=1.021\,02\times 10^{-5},&c_{10}&=-3.8646\times 10^{-5},&c_{11}&=2.915\,83\times 10^{-5},&c_{12}&=1.427\,21\times 10^{-6},\\c_{13}&=1.974\,83\times 10^{-7},&c_{14}&=-2.184\,29\times 10^{-8},&c_{15}&=8.432\,96\times 10^{-10},&c_{16}&=-4.819\,75\times 10^{-11}.\end{aligned}}}$$

Por ejemplo, utilizando esta última fórmula, con una temperatura de 90 °F (32 °C) y una humedad relativa (HR) del 85%, el resultado sería: 114,9 °F (46,1 °C).

El índice de calor no funciona bien en condiciones extremas, como la sobresaturación del aire, cuando el aire está saturado con agua en más del 100%. David Romps, físico y científico del clima de la Universidad de California, Berkeley, y su estudiante de posgrado Yi-Chuan Lu, descubrieron que el índice de calor subestimaba la gravedad de las olas de calor intensas, como la ola de calor de Chicago de 1995. [ ^16]

Otros problemas con el índice de calor incluyen la falta de disponibilidad de datos precisos de humedad en muchas regiones geográficas, la suposición de que la persona está sana y la suposición de que la persona tiene fácil acceso al agua y a la sombra . ^[17]

• Temperatura aparente
• Confort térmico § Interacción entre temperatura y humedad
• Humidificador
• Temperatura de bulbo húmedo
• Sensación térmica

• Descripción de la sensación térmica y la temperatura aparente Fórmulas en unidades métricas
• Calculadora de índice de calor Calcula tanto °F como °C
• Mapa actual de los valores del índice de calor global