Cantidad de vapor de agua
Concepto
La variación de volumen en cambio de fase ($\Delta V$), al cambiar de fase de un líquido a un gas, se puede expresar como:
$\Delta V = V_{\text{gas}} - V_{\text{líquido}}$
Dado que el volumen del gas es significativamente mayor que el del líquido,
$V_{\text{gas}} \gg V_{\text{líquido}}$
podemos aproximar:
$\Delta V \approx V_{\text{gas}}$
Debido a que el vapor de agua exhibe un comportamiento similar al de un gas ideal, podemos afirmar que con los valores de la constante universal de los gases ($R$), el número de moles ($n$), la temperatura absoluta ($T$) y la presión de vapor de agua no saturado ($p_v$):
por lo que la variación de volumen en cambio de fase ($\Delta V$) es
$\Delta V = \displaystyle\frac{nRT}{p_v}$
ID:(3185, 0)
Coeficiente de Transmisión y Condensación
Descripción
La formación de una película de agua sobre la pared debido a la condensación lleva a un cambio del coeficiente de transmisión $\alpha_i$ de la forma:
$\alpha_D=1.568\displaystyle\frac{p_i-p_s}{T_i-T_s}\alpha_i$ |
ID:(150, 0)
Condensación
Descripción
Cada vez que la concentración de vapor de agua supera la concentración saturada las moléculas que alcanzan una superficie tienden a ser capturadas por esta. Se comienza a formar así una fina capa de agua y el fenómeno se denomina condensación. Esto ocurre en especial en objetos fríos ya que en la proximidad de dichas superficies el aire es mas frío y tiende por ello a tener una concentración de saturación mas baja que en el resto del espacio.
ID:(123, 0)
Presión de vapor de agua
Descripción
Estudiando como ocurren los cambios de fase del agua podemos entender como se evapora este. Con las ecuaciones de los gases finalmente se puede estimar la cantidad evaporada y con ello la presión que genera el vapor de agua. Esta presión es la clave para entender como se desplaza el gas hacia y desde el suelo al ambiente.
ID:(1013, 0)
Humedad relativa, concentración
Ecuación
La relación entre la concentración de moleculas de vapor de agua ($c_v$) y concentración de vapor de agua saturado ($c_s$) se llama la humedad relativa ($RH$). En otras palabras, cuando se alcanza una humedad relativa del 100%, la concentración existente será igual a la concentración saturada.
$ RH =\displaystyle\frac{ c_v }{ c_s }$ |
ID:(3175, 0)
Presión de vapor de agua saturado
Ecuación
La presión de vapor de agua saturado ($p_s$) se puede calcular utilizando la presión de referencia ($p_{ref}$), la constante universal de los gases ($R$), la temperatura absoluta ($T$) y el calor latente molar ($l_m$) de acuerdo con la siguiente fórmula:
$ p_s = p_{ref} e^{- l_m / R T }$ |
Utilizando la ecuación de Clausius-Clapeyron para el gradiente de la presión ($p$) en relación con la temperatura absoluta ($T$), que depende de el calor latente ($L$) y la variación de volumen en cambio de fase ($\Delta V$):
$\displaystyle\frac{ dp }{ dT }=\displaystyle\frac{ L }{ \Delta V T }$ |
En el caso del cambio de fase de líquido a gas, podemos suponer que el cambio de volumen es aproximadamente igual al volumen del vapor, por lo que podemos utilizar la ecuación de los gases con el número de moles ($n$), el volumen ($V$), la constante universal de los gases ($R$) y la presión de vapor de agua no saturado ($p_v$):
$$ |
Dado que la ecuación de Clausius-Clapeyron se puede expresar como:
$\displaystyle\frac{dp}{dT}=\displaystyle\frac{L}{n}\displaystyle\frac{p}{R T^2}$
Donde el calor latente molar ($l_m$) ($l_m = L/n$) representa el cambio de entalpía en el cambio de fase $\Delta h$ (la energía necesaria para formar el agua), finalmente obtenemos:
$\displaystyle\frac{dp}{dT}=l_m\displaystyle\frac{p}{RT^2}$
Si integramos esta ecuación entre la presión de vapor de agua saturado ($p_s$) y la presión en el punto
$p_s=p_0e^{l_m/RT_0}e^{-l_m/RT}$
Si evaluamos esta expresión con los datos del punto crítico:
$p_{ref}=p_0e^{l_m/RT_0}$
Finalmente, tenemos:
$ p_s = p_{ref} e^{- l_m / R T }$ |
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