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Para que el agua pueda pasar de estado líquido a gaseoso y viceversa requiere de cierta cantidad de tiempo de transición, este fenómeno se conoce como saturación y ocurre en condiciones de presión y temperatura únicas. En resumen, cuando el agua está bajo ciertas condiciones de presión,  se tendrá una temperatura única en la cual ocurrirá la saturación y, de la misma manera, cuando el agua está bajo ciertas condiciones de temperatura, se tendrá una presión única en la cual ocurrirá la saturación.

Un ejemplo clásico es el agua hirviendo: en Bogotá, el agua puede hervir a una temperatura aproximada de 92 ºC, mientras que en una ciudad a nivel del mar como Cartagena, el agua hierve a 100 ºC. Esto ocurre gracias a la menor presión atmosférica que existe en ciudades muy por encima del nivel del mar.

1.4.1 Ecuaciones de presión de saturación del agua

Cuando se va a calcular la presión de saturación del agua con respecto a la temperatura ASHRAE® recomienda utilizar la ecuación experimental:

Ecuación1

En donde pws es la presión de saturación del agua, T es la temperatura ambiente en valor absoluto y Ci las constantes que se pueden ver en la tabla I.

Tabla I
Constantes de la ecuación experimental de la presión de saturación
Constantes Rango de temperatura
menor a 0ºC de 0 a 200ºC
C1 -5.6745359E+03 -5.8002206E+03
C2 6.3925247E+00 1.3914993E+00
C3 -9.6778430E-03 -4.8640239E-02
C4 6.2215701E-07 4.1764768E-05
C5 2.0747825E-09 -1.4452093E-08
C6 -9.4840240E-13 0.0000000E+00
C7 4.1635019E+00 6.5459673E+00

 

1.4.2 Curva de Mollier presión – entalpía (P-h) del agua

Las propiedades termodinámicas del agua se pueden referenciar mediante varias curvas que permiten su fácil comprensión y manejo, sin embargo la más importante, y la que más se utiliza es la curva de presión absoluta – entalpía específica. Esta curva es muy útil ya que permite conocer todas las propiedades termodinámicas del agua en cualquier punto y además tener una idea clara del comportamiento de los procesos y ciclos que ocurren. La curva está dividida en tres regiones: región de líquido subenfriado (azul), región de gas sobrecalentado (roja), y región de mezcla saturada (amarilla). Un punto de presión y entalpía puede estar en cualquiera de estas tres regiones y se traduce en que bajo esas condiciones termodinámicas el agua puede estar en estado líquido (región de líquido subenfriado), vapor (estado de gas sobrecalentado), o en mezcla de un estado y otro (región de mezcla saturada).

En realidad este diagrama es más amplio y abarca otros estados físicos, pero el agua del aire se encuentra principalmente en algún punto de la región líquido-vapor, por lo que se utilizará solamente estos tres estados.

Figura1

1.4.2.1 Líneas isobáricas

Son líneas que unen todos los puntos que se encuentran a una misma presión,en el diagrama estas líneas son rectas horizontales, ya que el eje de lasordenadas corresponde a la presión absoluta. Además, para representar de mejor manera las líneas isobáricas, los diagramas P-h van en una escala logarítmica.

Figura2

1.4.2.2 Líneas isoentálpicas

Son líneas que unen todos los puntos que se encuentran a una misma entalpía, en el diagrama estas líneas son rectas verticales, ya que el eje de las abscisas corresponde a la entalpía específica. Un proceso que recorra una línea isoentálpica es un proceso que no realiza ningún intercambio de calor o trabajo.

Figura3

1.4.2.3 Línea de saturación

Todos los diagramas termodinámicos presentan una línea que guarda la región de cambio de fase, esta línea representa el momento de inicio y final del proceso de cambio de fase y es conocida como línea de saturación. Ésta línea tiene la característica de poder ser valorada con solo conocer la temperatura, o la presión del punto a evaluar. La línea de saturación tiene una cima que se conoce como estado crítico, en el cual ya no existe un proceso de transición entre líquido a vapor, sino que ambas propiedades se mantienen en una mezcla homogénea gas y líquido conocida como fluído supercrítico.

Figura4

1.4.2.4 Líneas de calidad

Son líneas de división dentro de la curva que forma la línea de saturación y representa los puntos en que el proceso de cambio de estado se encuentra a una misma relación líquido – vapor, van de 0% vapor a 100% vapor, donde estos límites corresponden a la línea de saturación.

Figura5

1.4.2.5 Líneas isotérmicas

Son líneas que representan los puntos en donde la temperatura es la misma, se pueden ver dos tipos de comportamiento: un comportamiento en donde con poco cambio de entalpía, la presión cambia radicalmente, esto ocurre en las regiones de líquido subenfriado y gas sobrecalentado; y otra en donde ni la temperatura ni la presión cambia durante el cambio de entalpía, esto ocurre en la región de mezcla saturada.

Figura6

1.4.2.6 Líneas isoentrópicas

Son las líneas que agrupan puntos con el mismo valor de entropía, son de gran importancia ya que una línea de proceso que recorra una línea isoentrópica es un proceso que no varía su eficiencia. Por estar en una escala logarítmica, la proporción entre líneas isoentrópicas es a su vez logarítmica.

Figura7

1.4.3 Comportamiento de la presión del agua en el aire

Cuanto más baja sea la presión del agua, más baja será su temperatura de saturación. Cuando hablamos de aire húmedo, hablamos de aire seco sumado a una pequeña fracción de agua en estado saturado, esta suposición es probable físicamente ya que la presión de saturación del agua pura es considerablemente parecida a la presión del agua en el aire a las mismas temperaturas. Esto tiene mucho sentido, ya que, como se explicó anteriormente, el aire húmedo es una mezcla de aire seco con agua en estado líquido y vapor, por lo que es lógico pensar que, si están los dos estados, el agua está en estado de saturación dentro del aire.De esta manera la presión del agua en el aire se puede calcular mediante la fórmula:

Ecuación1

En donde ps es la presión de saturación del agua en el aire, pws es la presión de saturación del agua, mw y ma son los pesos molares del agua y aire respectivamente, xws es la fracción molar del agua en el aire y p es la presión atmosférica del lugar.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[3] ALDABE, Sara, et al. Química 1: Fundamentos. Buenos Aires: Ediciones ColihueS.R.L., 1999. 489 p. Avalaible from Internet:< http://books.google.com.co/

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[4] SERWAY, Raymond A. y BEICHNER, Robert J. Física para ciencias e ingeniería. 5 ed. México D.F.: McGraw-Hill, 2001. v1, 705 p. ISBN 970-10-3581-X.
[5] DEPARTAMENT OF MECHANICAL ENGINEERING, THECHNICAL UNIVERSITY OF DENMARK.Coolpack. V. 1.46 [online]. 2011. Avalaible from internet: <http://www.et.

web.mek.dtu.dk/coolpack/uk/download.html>

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