Formación del Rocio.

 Este apunte es para mostrar unas medidas de temperatura y humedad que he realizado estas vacaciones para entender un poco como se forma el rocío durante la noche, por qué se forma antes en unos sitios que en otros y por qué se escarcha si el termómetro marca uno o dos grados positivos.

Podemos empezar centrando el tema con dos definiciónes de la Wikipedia:
"El rocío es un fenómeno físico-meteorológico en el que la humedad del aire se condensa en forma de gotas por la disminución brusca de la temperatura, o el contacto con superficies frías. "
"El punto de rocío o temperatura de rocío es la temperatura a la que empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina, cualquier tipo de nube o, en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha."

Relación entre temperatura, humedad y punto de rocío.

Y si alguien quiere profundizar, he encontrado un viejo trabajo que aunque enfocado a la agricultura, resulta bastante ameno de leer y aporta algunas ideas útiles para elegir el lugar de observación menos afectado por el rocío, se llama Rocío y Escarcha.

MOTIVACIÓN.
Aunque hace años que tengo una estación meteorológica pero la realización de esta medida especifica surge a raíz de debates y trabajos dentro de mi asociación astronómica local, AstroHenares.
Es bien sabido que la formación de rocío en el equipo astronómico portátil suele arruinar las salidas de observación de los aficionados si no se toman las medidas adecuadas: viseras y fajas calentadoras diversas.
 Como normalmente las observaciones se hacen en lugares aislados, se trabaja con baterías. Para no agotar las baterías del vehículo se llevan baterías portátiles y para no llevarlas de tamaño camión, se intenta ajustar el consumo de los calentadores a las necesidades de la noche, pero esto no es trivial.

Y continuado la historia de AstroHenares, resulta que mientras J. Antonio desarrollaba un circuito para optimizar la potencia entregada a los calentadores en función de los parámetros ambientales y del equipo usado, Oscar realiza cálculos teóricos para modelar el enfriamiento de diferentes tipos de telescopio.
Son estos cálculos teóricos los que despierta mi asombro y curiosidad. El trabajo de Oscar está aqui:
Amateur Telescope Lenses Heating
En resumen, para noches completamente despejadas y sin viento, los cálculos de Oscar, ponen sobre el papel como los objetos solidos pueden enfriarse por debajo de la temperatura ambiente, incluso decenas de grados  en observatorios de alta montaña. Es decir, podemos tener el aire a 2ºC y la lente del telescopio a -5ºC. Y lo cierto es que esto lo vemos todos los inviernos en nuestros coches: a veces su termómetro exterior marca uno o dos grados positivos pero tenemos que rascar el cristal porque se ha congelado, es decir está por debajo de cero.
Siendo así, no basta calcular el punto de rocío en función de la temperatura y humedad relativa del ambiente, para aplicar la potencia óptima a los calentadores es necesario conocer la temperatura real de la superficie a proteger, que es lo que intentaba conseguir J.Antonio.
El caso es que yo, como Santo Tomás, necesitaba meter el termómetro, y ver que ocurre en la realidad. Eso de que las cosas se enfríen por debajo del aire que las rodea me había dejado helado.

EL EXPERIMENTO.
He aprovechado la escapada navideña para hacer algunas medidas con sensores de cierta precisión. La idea ha sido ver como se enfría la chapa del techo de un coche y otra chapa suspendida en el aire.

El entorno de las medidas es un amplio patio trasero.

Los dos sensores deben estar a la misma altura, en estas noches despejadas y sin viento se produce una inversión térmica tal que la temperatura puede subir un grado por metro de altura en los primeros metros sobre el suelo (pag.10 de Rocío y Escarcha ).

Sensor de temperatura auxiliar DS1631 sujeto en el centro del techo del coche con cinta adhesiva de aluminio.

El sensor principal es el SHT11 y el auxiliar un DS1631, ambos bastante precisos. El offset entre ambos termómetros es practicamente nulo. Ambos son leídos por una placa EMA, cuyo programa almacena y representa gráficamente los datos.

Sensor de temperatura y humedad de SHT11  dentro de un protector de plástico.  Sujeta a la barra, una plancha de acero de 24x10x1mm donde se coloca la sonda auxiliar durante una hora al principio de la noche. Sobre la plancha también se forma rocío por debajo, aunque en menor cantidad.

LOS DATOS.
A continuación la representación gráfica de las lecturas obtenidas durante la noche. Los sensores se leen cada 5sg, cada punto de la gráfica es el promedio de un minuto.

Evolución de las medidas en una noche con humedad relativa del 95%. En negro la temperatura ambiente, en rojo temperatura de rocío y en gris la temperatura del sensor auxiliar.

Las sondas se colocan justo al ponerse el Sol y ya hay algo de roció sobre el techo del coche.
El sensor auxiliar está colocado sobre el techo salvo alrededor de las 20h, que se coloca sobre la chapa de acero durante una hora al principio de la noche.
El final de la gráfica es también interesante. Sale el Sol pero se nubla y hace algo de aire. El coche en ningún momento recibe sol directo, está a la sombra de una pared distante. En estas condiciones la temperatura del techo llega a superar a la ambiente.

Un fragmento de los datos almacenados al principio de la noche, en este caso promediados cada cinco minutos:

Hora             TAmb   HR%  TRocio  TAux
18:01:37        05,9    92,9    04,9    02,6
18:06:37        06,1    93,6    05,1    02,8
18:11:37        06,0    93,8    05,1    02,8
18:16:37        05,9    93,9    05,0    02,5
18:21:36        05,6    93,7    04,7    02,1
18:26:36        05,4    94,1    04,5    02,0
18:31:36        05,3    94,3    04,5    01,6
18:36:36        05,3    94,6    04,5    01,3
18:41:36        05,2    94,6    04,4    01,2
18:46:36        05,2    94,9    04,5    01,3
18:51:36        05,1    94,7    04,3    01,0
18:56:37        04,8    94,6    04,1    00,6
19:01:37        04,7    94,9    03,9    00,3
19:06:36        04,6    95,0    03,8    00,1
19:11:36        04,4    94,8    03,6    -0,1
19:16:36        04,4    94,9    03,7    -0,3
19:21:37        04,4    95,2    03,7    -0,3
19:26:37        04,5    95,4    03,8    -0,0
19:31:37        04,3    95,4    03,6    -0,1
19:36:36        04,2    95,5    03,6    01,0
19:41:36        04,5    95,7    03,9    04,4
19:46:36        04,1    95,3    03,4    03,5
19:51:37        03,7    95,5    03,1    02,9
19:56:37        03,9    96,2    03,4    03,2
20:01:37        03,9    95,9    03,3    03,1
20:06:37        03,9    96,0    03,3    03,3
20:11:36        04,0    96,3    03,5    03,5
20:16:37        04,0    96,5    03,5    03,5
20:21:37        03,7    96,3    03,2    03,2
20:26:37        03,6    96,2    03,0    02,9
20:31:37        03,3    96,0    02,7    02,8
20:36:37        03,1    96,1    02,5    02,5
20:41:37        03,2    96,6    02,7    02,7
20:46:37        03,5    96,7    03,0    03,0
20:51:37        04,2    97,2    03,8    04,1
20:56:37        03,9    97,1    03,5    03,8
21:01:37        03,6    96,6    03,2    02,9
21:06:37        03,4    96,5    02,9    00,2
21:11:37        03,1    96,2    02,6    -0,4
21:16:37        03,3    96,6    02,9    -0,4
21:21:37        03,2    96,4    02,7    -0,6
21:26:37        03,3    96,5    02,8    -0,5
21:31:37        03,3    96,5    02,8    -0,3
21:36:37        03,2    96,5    02,7    -0,2
21:41:37        03,3    96,5    02,8    -0,1
21:46:37        03,2    96,4    02,7    -0,4
21:51:37        02,9    96,2    02,4    -0,9
21:56:37        03,0    96,6    02,5    -1,0
22:01:37        02,8    96,5    02,3    -1,0
22:06:37        02,9    96,6    02,4    -0,8
22:11:37        02,7    96,4    02,2    -1,1
22:16:37        02,2    96,1    01,7    -1,8
22:21:37        02,2    96,4    01,8    -1,9
22:26:37        02,6    96,6    02,1    -1,3
22:31:37        02,5    96,6    02,0    -1,3
22:36:37        02,3    96,7    01,9    -1,1
22:41:37        02,4    96,7    01,9    -0,9
22:46:37        02,6    96,9    02,2    -0,6
22:51:37        02,5    96,7    02,0    -0,7
22:56:37        02,2    96,5    01,7    -1,4
23:01:37        02,2    96,6    01,8    -1,5
23:06:37        02,2    96,7    01,7    -1,6
23:11:37        02,3    96,8    01,8    -1,6
23:16:37        02,4    97,0    02,0    -1,0
23:21:37        02,4    97,0    02,0    -0,8
23:26:37        02,3    96,9    01,8    -0,9
23:31:37        02,2    97,0    01,8    -0,7
23:36:37        02,4    97,1    02,0    -0,4
23:41:37        02,5    97,1    02,1    -0,1
23:46:37        02,7    97,2    02,3    00,1
23:51:37        02,7    97,2    02,3    00,4
23:56:37        02,6    97,3    02,3    00,5


En resumen:
- El techo del coche llega a estar 4ºC por debajo de la temperatura ambiente.
- La chapa de acero sigue la temperatura de rocío, a unas décimas de la temperatura ambiente.


CONCLUSION.
Aunque solo es un pequeño experimento, queda demostrado que en noches despejadas y sin viento, los objetos en la intemperie pueden enfriarse consideráblemente por debajo de la temperatura ambiente porque el intercambio de calor predominante es por radiación.
Consecuencia de lo anterior es que empieza a formarse rocío primero en los objetos que se enfrían más rápido y alcanzan antes la temperatura de rocío.
La magnitud de ese enfriamiento por debajo del ambiente depende mucho del material en cuestión y de como está orientado.
Es de suponer que objetos capaces de acumular mucha energía del Sol durante el día, como una gran roca, siempre estarán por encima de la temperatura ambiente de la noche.

En el presente caso:
- La chapa del techo tiene un fuerte aislamiento inferior, su transferencia termica es solo hacia arriba por lo que radia hacia el cielo, no recibe otra radiación y se enfría rápidamente a 4ºC por debajo del ambiente.
- La chapa de acero suspendida horizontalmente intercambia calor en todas direcciones, por lo que también recibe radiación del suelo y permanece a la temperatura de rocío, unas décimas por debajo de la temperatura ambiente.