Tabla de Sensación Térmica

La siguiente tabla de sensaciones térmicas, por efecto del viento, la tengo de los años 80, lo que se puede apreciar en su impresión. No se de que época es, pero la sensación térmica, por efecto del viento, es un fenómeno natural que no está afectado por los cambio climáticos.

La siguiente información, extraida de la página http://www.windsurfers.com.ar/sensacion%20termica.htm, me pareció muy importante, por lo que la adjunto. Esto es una parte de lo que, en dicha página, publicó Mark Royo Celano.

Más datos para fanáticos y matemáticos:

En el año 2004 comenzó a implementarse una nueva tabla

Como es sabido, la temperatura del aire exterior no siempre es un indicador seguro y digno de confianza para determinar el frío que una persona puede sentir, si está expuesta al aire libre. Existen otros parámetros meteorológicos que influyen como la velocidad del viento, la radiación y la humedad relativa. El término sensación térmica es usado para describir el grado de incomodidad que un ser humano siente, como resultado de la combinación de la temperatura y el viento en invierno y de la temperatura, la humedad y el viento en verano.

Existen dos factores que aceleran la pérdida de calor del cuerpo humano y que definen, la sensación de frío: 1) La diferencia térmica entre la piel y el medio ambiente y 2) la velocidad del viento. La pérdida continua de calor del organismo es tanto mayor, cuanto mayor es la diferencia entre la temperatura de la piel (32ºC) y la temperatura del medio ambiente. Esta diferencia se concentra en una capa de aire que rodea todo el cuerpo, de sólo algunos milímetros de espesor llamada capa límite. Cuanto más reducida se halla el espesor de esa capa por efecto del viento, mayor es la pérdida de calor por unidad de tiempo. Por ejemplo si en una mañana de invierno la temperatura es de 0ºC y existen condiciones de calma (sin viento), no se sentirá mucho frío al estar normalmente abrigado, pero a la misma temperatura y con viento de 40 Km/h, la sensación térmica será equivalente a 15º bajo cero.

Paul Siple en 1948 obtuvo un índice de enfriamiento. Consideró para ello un litro de agua contenida en un recipiente cilíndrico a 33ºC. El valor obtenido por el índice establece la relación de calor perdido por el cilindro de agua en función de la temperatura ambiente y la velocidad del viento. Este índice expresado en Kcal/m2 h está dado por:

Indice = (10,45 + 10 * Raíz (V) - V)*(33 - T) (1)

Donde V es el módulo del viento en m/s y T la temperatura ambiente.

La Temperatura de enfriamiento producida por el viento en 0ºC es:

WC = -0.04544 * (Indice) + 33 (2)

Reemplazando (2) en (1)

WC = -0.04544 [(10.45 + 10 * RAIZ (V) - V) * (33 - T)] + 33

Otra forma de calcular la sensación térmica por efecto del viento que encontré en la web es la siguiente:

WC (windchill) = 33 + (T - 33) * (0.474 + 0.454 * RAIZ((V * 0.6214) * 0.447) - 0.0454 * ((V * 0.6214) * 0.447))

Donde T es la temperatura en ºC

V es la velocidad del viento en Km/h

Equivalencias en las unidades de viento: 1 km/h = 0,6214 mph = 0,54 Kt (nudos)

Humedad ambiente

En el verano el elemento que aumenta la sensación térmica es la humedad. Cuando la humedad es elevada, el valor de la sensación térmica es superior al de la temperatura del aire. En este caso la sensación térmica refleja la dificultad que el organismo encuentra para disipar el calor producido por el metabolismo interno y nos sentimos incómodos.

Si en el verano la humedad es baja, la sensación térmica es menor que la temperatura real del aire. En este caso notamos una sensación de bienestar, porque la piel se enfría más debido a una mayor evaporación de la transpiración.

Cuando la temperatura del aire es menor que 32ºC (temperatura de la piel), el viento disminuye la sensación térmica. En cambio si la temperatura supera los 32ºC la aumenta.

Este índice se conoce internacionalmente como Heat Index y en su cálculo están involucrados una serie de parámetros que se mencionan a continuación (cuya magnitud aproximada se halla entre paréntesis):

• Presión de vapor (1.6 kPa),
• Dimensiones humanas (determina el área superficial de la piel - 1.7 metros de altura (5' 7"), 67 Kg (147 libras))
• Radiación efectiva en el área de la piel (0.80)
• Diámetro significativo de un ser humano (basado en el volumen y densidad del cuerpo - 15.3 cm)
• Cobertura de ropa (Se asume pantalón largo y camisa de manga corta - 84%)
• Temperatura interna del cuerpo ( 36.9ºC/98.6°F)
• Presión de vapor del cuerpo (depende de la temperatura y salinidad - 5.65 kPa)
• Temperatura superficial y presión de vapor de la piel y ropa (afecta la transferencia de calor desde la piel por radiación y convección. Los valores se determinaron por medio de un proceso iterativo), actividad (metabolismo - 180 W/m2 de piel teniendo en cuenta una persona caminando fuera a una velocidad de  5 Km/h (3.1 mph))
• Velocidad efectiva del viento (vector suma del movimiento del cuerpo y el promedio de la velocidad del viento. El ángulo entre los vectores influye en la convección desde la superficie de la piel - 5 Kt (nudos))
• Resistencia de la ropa a la transferencia de calor (se asume que la ropa está compuesta 20% por fibra y 80% de aire)
• Resistencia de la ropa a la transferencia de humedad (como la ropa es mayormente aire, se utiliza pura difusión aquí)
• Radiación desde la superficie de la piel (coeficiente determinado en previos estudios)
• Convección desde la superficie de la piel (influenciado por la viscosidad cinemática y el ángulo del viento-coeficiente determinado en previos estudios)
• Tasa de transpiración (se asume uniforme y que no gotea del cuerpo)
• Tasa de ventilación (cantidad de calor que se pierde por exhalación - 2 a 12% dependiendo de la humedad)
• Resistencia de la piel a la transferencia de calor (función de la actividad, temperatura de la piel, entre otros)
• Resistencia de la piel a la transferencia de humedad (función de la diferencia de presión de vapor a través de la piel. Decrece con el aumento de la actividad)
• Resistencia superficial a la transferencia de calor (cuando la radiación y la convección desde la piel decrecen, este valor también lo hace)
• Resistencia superficial a la transferencia de humedad (similar al ítem anteriorm pero depende además de las condiciones de la capa de aire que está justo sobre la superficie de la piel.

En orden de arribar a una ecuación que utilice variables más convencionales, se hicieron numerosas regresiones. La ecuación resultante:

Indice de calor (Heat Index):

HI = -42,379 + 2,04901523 * T + 10,14333127 * H - 0,22475541 * T * H - 6,83783 * 10-3 * T2 - 5,481717 * 10-2 * H2 + 1,22874 * 10-3 * T2 * H + 8,5282 * 10-4 * T * H2 - 1,99 * 10-6 * T2 * H2

T es la temperatura en ºF y H es la humedad relativa en %

Equivalencia de temperatura: TºF = 1.80 * TºC + 32

Válida para valores de temperatura mayores a 27ºC y humedad relativa superior al 40%

Tiene un error de  ±1.3°F. Aunque sólo aparecen la temperatura y la humedad como variables, todos los parámetros antes mencionados están implicados en ella.

Steadman, R.G., 1979: The assessment of sultriness. Part I: A temperature-humidity index based on human physiology and clothing science. J. Appl. Meteor., 18, 861-873.

A continuación hay dos tablas para calcular en una los efectos de la humedad y en la otra los efectos de la velocidad del viento.

Tabla para calcular la sensación térmica por efecto del calor y la humedad

Se escoge la fila de la tabla correspondiente al valor de la temperatura del aire (columna de la izquierda) y se va hasta el cruce con la columna de la humedad relativa (fila de arriba). En el punto de cruce de las dos tomamos ese valor.

Ejemplo: aire a 25º y humedad relativa 80%. Leemos 27º

Una vez obtenido el valor de la temperatura de la sensación térmica (27º en el ejemplo), se calcula el posible incremento por los efectos de la velocidad del viento.

Si ese día sopla mucho viento (50 km/h) tenemos menos sensación térmica.

En la siguiente tabla entramos por la izquierda, en 27 ºC, y llegamos a la columna de 50 km/h. Ahí podemos ver que este efecto va a rebajar en 3 grados la sensación térmica, quedando finalmente en 24 ºC .

El viento entonces remueve la capa de aire que rodea la piel, por lo que sirve para disminuir la sensación de calor siempre y cuando las temperaturas no superen la temperatura de la piel (32ºC).

La forma más eficaz que tiene el cuerpo para perder calor es la transpiración. La transpiración se evapora consumiendo calor que cede nuestro cuerpo. Cuando la humedad es muy alta, la evaporación es menor y por lo tanto la sensación térmica aumenta. En tanto que, cuando la humedad es baja, aumenta la evaporación y por lo tanto nuestro cuerpo pierde calor y nuestra sensación térmica disminuye.

Nuevo Índice de Sensación Térmica

Este nuevo índice, más realista y aplicable a diversas regiones climáticas, fue confeccionado por investigadores de EEUU y Canadá. 

Nuevas consideraciones:

Utilización de la velocidad del viento corregida a 1.50 m de altura (altura promedio de la cara del ser humano).

Se basa en un modelo que tiene en cuenta el rostro humano (en reemplazo de la experiencia de Siple quien había considerando el enfriamiento que se producía en un litro de agua contenido en un cilindro).

Incorpora la teoría de transferencia de calor entre la piel y el medio ambiente.

Considera una persona en movimiento con una velocidad promedio de alrededor de 5 km/h.

Utiliza una tipificación de la resistencia del tejido de la piel del ser humano.

Asume un escenario más desfavorable en cuanto a la radiación solar (por la noche y con cielo despejado, cuando la pérdida de calor al espacio exterior es máxima).

Para obtenerlo se emplean las siguientes fórmulas:

Sensación Térmica (ºC) = 13.12 + 0.6215 * T – 11.37 * V ^0.16 + 0.3965 * T * V ^0.16

Viento en Km/h

Sensación Térmica  (ºF)= 35.74 + 0.6215 * T - 35.75 * V ^0.16 + 0.4275 * T * V ^0.16

Viento en mph (millas por hora).

Si el viento se mide en el nivel de la cara, la velocidad deberá multiplicarse por 1.5 para usar la ecuación o la tabla.

También se incluye el tiempo de congelamiento. Este se calcula como:

Ft = ((-24.5 x ((0.667 x (V10 x 8/5)) + 4.8)) + 2111) x (-4.8 - ((Tair - 32) x 5/9)) ^-1.668

Ft es el tiempo de congelamiento en minutos, Tair y V son la temperatura del aire en ºF y la velocidad del viento en mph > 16 medida a una altura de 33 Pies.

Ft = ((-24.5 x ((0.667 x V10) + 4.8)) + 2111) x (-4.8 - Tair)  ^-1.668

Ft es el tiempo de congelamiento en minutos, Tair y V son la temperatura del aire en ºC y la velocidad del viento en Km/h > 25 medida a una altura de 10 metros.

Tablas:

Donde
T = Temperatura actual del aire en ºC
V10 = Velocidad del viento medida a 10 metros en km/h (así es reportada desde los observatorios meteorológicos)

Nota:

El  índice Sensación Térmica  no afecta a los objetos y no disminuye el valor de la temperatura. Sólo describe lo que el ser humano siente en esas condiciones de temperatura y viento. No tiene en cuenta la radiación recibida por el sol, así que un día soleado puede hacer que nuestra sensación térmica se eleve entre 6 y 10 unidades.

Espero que les sea útil.
Saludos

Eder