NO ME SALEN
   (PROBLEMAS RESUELTOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   FLUIDOS

 

desesperado

 

32) Un recipiente con agua líquida está en contacto con aire atmosférico. El sistema se encuentra a 30 ºC. La presión atmosférica es 632 mmHg y la presión parcial del vapor de agua presente en el aire es 20 mmHg. Consulte la tabla de presión de vapor saturado para el agua y responda:
      a) En esas condiciones, ¿se evapora agua o se condensa vapor? Justifique.
      b) ¿A qué temperatura se debe calentar el agua para que se produzca la ebullición?

Para saber si el agua se evapora o si se condensa en las paredes, debemos recurrir al concepto de humedad relativa. Si ésta es inferior al 100%, entonces, el agua puede seguir evaporándose. Si fuese mayor que el 100% se trataría de una situación muy inestable y el vapor se condensaría alcanzando rápidamente el 100 de la saturación.

Si tuviésemos una tabla que consigne los valores de presión en mmHg, podríamos operar y resolver directamente con ella, pero como la que tenemos utiliza otras unidades vamos a tener que hacer algunos pasajes.

   

Presión de vapor de agua a diferentes temperaturas

T (°C)

    P (atm)

    P (kPa)

0      

     0,00626

     0,612

5      

     0,00856

     0,871

10      

     0,0121

     1,226

15      

     0,0168

     1,70

20      

     0,0230

     2,33
25            0,0313      3,17

30      

     0,0418

     4,24
35            0,0555      5,62

37      

     0,0621

     6,29

40      

     0,0728

     7,38
45            0,0947      9,59
50            0,122    12,35
55            0,155    15,76

60      

     0,196

   19,94
65            0,247    25,03
70            0,308    31,18
75            0,381    38,55

80      

     0,466

   47,35
85            0,570    57,77
90            0,691    70,04
95            0,833    84,42

100      

     1,00

  101,3
105            1,19   120,8
110            1,42   143,3

Pasemos las presiones a kPa.

632 mmHG = 84 kPa

20 mmHG = 2,6 kPa

Ahora tenemos que ver cómo interpretamos los datos y qué hacemos con ellos.

Hay un dato importante que brinda el enunciado: la temperatura igual a 30°C del recipiente. Buscando en la tabla (te lo coloreé de amarillo) encontramos que a esa temperatura el ambiente se satura con 4,24 kPa de vapor. Bastante más de lo que tenemos nosotros: 2,6 kPa. Eso nos indica sin lugar a dudas que el recipiente es capaz de albergar más vapor, que puede evaporarse más agua, ya que todavía no está saturado.

Es importante recalcar que los valores de presión de vapor, los que nos muestra la tabla, son independientes de la presión total. (De no ser así, tendríamos que disponer de cientos de tablas, una para cada presión total).

Aún más, podemos calcular el porcentaje de humedad, para que no quede duda de que nos hallamos lejos de la saturación.

 

Fluídos - Ricardo Cabrera

Hrel = ppvap / ps30ºC

Hrel = 2,6 kPa / 4,24 kPa

Hrel = 0,61

Más justificaciones no nos pueden pedir:

  No dejes de leer esta ADVRTENCIA de
No me salen

          Se evapora agua y la humedad relativa es del 61 %

   

La presión total, los 632 mmHG que en este caso indica el enunciado, posee una influencia poderosa en el punto de ebullición. En la superficie libre de los líquidos se libra una batalla permanente: las moléculas del líquido quieren salir a volar, y para eso ejercen una presión -que es la que nosotros llamamos presión de vapor- que depende exclusivamente de cada líquido y de la temperatura. (Aunque no lo creas, también ocurre con los sólidos). Por el otro lado, el gas que sea que esté presente sobre la superficie del líquido -habitualmente aire- trata de que las deseosas moléculas del líquido no lo invadan, y sus moléculas bombardean constantemente la superficie del líquido. Lo hacen con una presión igual a la presión total -habitualmente la atmosférica-.

Si la presión de vapor (la interna) iguala a la presión total (la de contención) el líquido rompe en ebullición y sus moléculas se van a lo loco a volar con el gas. La presión de vapor aumenta con la temperatura, de modo que alcanza con mirar la tabla para saber a qué temperatura habrá que calentar la pava para que el agua hierva conociendo la presión exterior. Habitualmente la presión exterior vale 1 atmósfera, entonces el agua hierve a 100 grados. Pero en nuestro problema la presión vale 0,833 atmósferas (mirá el renglón coloreado de verde), entonces...

   

          La ebullición se producirá a 95°C

   

Comentario: comúnmente la gente cocina en hervores de agua ya que es muy práctico por diversos motivos. Pero la temperatura no siempre es la misma: en algunos lugares del altiplano, en los que la presión atmosférica suele ser menor a 760 mmHG, las cocciones se realizan a una temperatura menor de 100°C, y los sabores son diferentes. Las variaciones climáticas de presión en un sitio no son suficientemente importantes como para producir diferencias de temperatura en los hervores... pero podemos agenciarnos una olla a presión (una Marmicoc) que genera una presión alta dentro del recipiente -unas 2 atm- con la que se hacen cocciones a unos 120°C, más rápido y con otro sabor. Si necesitás más temperatura, entonces podemos pasar a una fritura, alrededor de los 140°C, y te puedo recomendar un libro de cocina... creo que me fui de mambo.

 

Fluídos - Ricardo Cabrera

     

DESAFÍO: ¿A qué temperatura hierve el agua dentro de una campana de vacío? ¿Qué sabor tendría una comida que estuvo dos horas en agua hirviendo a una presión de 1 kPa? ¿Por qué al destapar una gaseosa empiezan a salir burbujitas? ¿Por qué los buzos tienen que emerger lentamente? ¿Por qué no es lo mismo (supongo que te diste cuenta) hervir los fideos en agua con sal, que hervirlos en agua pura y salarlos una vez cocidos?

 

Fluídos - Ricardo Cabrera

   
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