Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS
a) Antes
Agua
Sal
Agua
salada
b) Después
FIGURA 3-60
Siempre que haya diferencia en la concentración
de una cantidad física en un
medio, la naturaleza tiende a igualar las
cosas al forzar un flujo de la región de
alta concentración hacia la de baja.
P v
Agua líquida
T
Vapor
de agua
FIGURA 3-61
Cuando está expuesta a la atmósfera, el
agua se halla en equilibrio de fases con
el vapor contenido en el aire si la presión
de vapor es igual a la presión de saturación
del agua.
no sorprende que la niebla y el rocío incidan en sitios húmedos, especialmente
en las primeras horas de la mañana, cuando las temperaturas son más bajas.
Tanto la niebla como el rocío desaparecen (se evaporan) a medida que la temperatura
del aire aumenta rápidamente después de la salida del Sol. Por ello
ciertos aparatos eléctricos vienen con la advertencia de que no deben ser introducidos
en interiores húmedos cuando aquéllos aún están fríos, con la finalidad
de evitar condensación sobre sus sensibles partes electrónicas.
Algo común es observar que siempre que un producto se halla en desequilibrio
dentro de un medio, la naturaleza tiende a redistribuirlo hasta que se establece
el “balance” o la “igualdad”. Esta tendencia a menudo se conoce como
fuerza impulsora, la cual es el mecanismo por el que muchos fenómenos de
transporte suceden de manera natural, como la transferencia de calor, el flujo
de fluidos, la corriente eléctrica y la transferencia de masa. Si se define la
cantidad de un producto por unidad de volumen como la concentración de ese
producto, se dice que su flujo va siempre en la dirección de la concentración
decreciente, es decir, de una región de alta concentración a otra de baja (Fig.
3-60). El producto simplemente se dispersa lentamente durante la redistribución
y en consecuencia el flujo es un proceso de difusión.
La experiencia nos ha enseñado que cuando se cuelga una camiseta húmeda
en un área abierta se secará en algún momento; que una pequeña cantidad de
agua dentro de un vaso se evapora, y que la loción para después de afeitar de
una botella abierta desaparece rápidamente. Éstos y muchos otros ejemplos
similares hacen pensar que existe una fuerza impulsora entre las dos fases de
una sustancia que obliga a la masa a pasar de una de éstas a otra. La magnitud
de esta fuerza depende de la concentración relativa de las dos fases: una camiseta
mojada se secará mucho más rápido si se halla expuesta al aire seco en
lugar del húmedo. De hecho, no se secará si la humedad relativa del ambiente
es de 100 por ciento y por lo tanto el aire está saturado. En este caso no habrá
transformación de la fase líquida a la de vapor, y ambas fases estarán en equilibrio
de fases. Para el agua líquida que se encuentra expuesta a la atmósfera,
el criterio de equilibrio de fases se expresa como sigue: la presión de vapor en
el aire debe ser igual a la presión de saturación del agua a la temperatura del
agua. Es decir (Fig. 3-61),
Criterio de equilibrio de fases para el agua expuesta al aire: P v = P sat a T (3-30)
Entonces, si la presión de vapor en el aire es menor que la de saturación del
agua a la temperatura de esta sustancia, algo de líquido se evaporará. Mientras
mayor sea la diferencia entre las presiones de vapor y de saturación, mayor será
la tasa de evaporación, la cual tendrá un efecto de enfriamiento sobre el agua y,
por lo tanto, reducirá su temperatura. A su vez, esto reducirá la presión de saturación
del agua y por consiguiente la tasa de evaporación, hasta alcanzar algún
tipo de operación cuasiestacionario. Esto explica por qué el agua está a una
temperatura considerablemente menor que el aire circundante, especialmente en
climas secos. Esto también hace pensar que es posible incrementar la tasa de
evaporación del agua al aumentar la temperatura y, en consecuencia, la presión
de saturación.
Note que el aire en la superficie del agua siempre estará saturado debido al
contacto directo con el agua y, por lo tanto, será saturada la presión de vapor.
Así, la presión de vapor en la superficie de un lago será sencillamente la de saturación
del agua a la temperatura que este líquido se encuentre en la superficie.
Si el aire no está saturado, entonces la presión de vapor disminuirá hasta tener el
valor existente en el aire a alguna distancia sobre la superficie del agua, y la diferencia
entre estas dos presiones será la fuerza impulsora para la evaporación del agua.