IV.- Información Científica

Presión de vapor

Todos los líquidos tienen tendencia a vaporizarse Las moléculas de un líquido son continuamente expulsadas hacia la

superficie y devueltas debido a sus vibraciones termales naturales. La presión ejercida por las moléculas en estado gaseoso se denomina

presión de vapor. La presión de vapor varía de un líquido a otro y depende de la

temperatura.

Cuando la presión de vapor excede en valor a la presión total aplicada sobre la superficie libre ocurre la ebullición.

Los líquidos se evaporan debido a que las moléculas se escapan de su superficie. Las moléculas de vapor ejercen una presión parcial en el espacio que las rodea conocida como “presión de vapor”.

Si el espacio encima de la superficie del líquido es limitado, como cuando se tiene una botella de agua medio llena, después de un cierto tiempo la cantidad de moléculas que salen del líquido es la misma que el número de moléculas que golpean la superficie y se condensan, llegando al equilibrio.

Como ésta depende de la actividad molecular y está es función de la temperatura, la presión de vapor de un fluido dependerá de la misma y aumentará con ella.

Cuando la presión por encima de un líquido es igual a la presión de vapor del líquido, se produce la ebullición a temperaturas bajas. Este fenómeno se denomina “cavitación”, la cual consiste en la formación de una cavidad de vapor en rápida expansión que es barrida lejos de su punto de origen y penetra regiones donde la presión es superior a la presión de la cavidad, produciendo su implosión.

Este fenómeno afecta a las bombas hidráulicas y a las turbinas.

Símbolo: PvUnidad: mbar (Pascal Pa, en el S.l.).

    1 Pa = 1 N/m2: 1 mbar = 100 Pa = 100 N/m2.     Otra unidad empleada es el mmHg o Torricelli (Torr).     La equivalencia es:     1 bar = 760 mmHg (Torr).

La presión de vapor y la temperatura de ebullición están relacionadas y definen una línea que separa el líquido de una misma sustancia en un grafico de presión y temperatura.

La regla de fases establece que la presión del vapor de un líquido puro es función única de la temperatura de saturación. Vemos pues que la presión de vapor en la mayoría de los casos se  puede expresar como

Pvp = f (t)

La cual podría estar relacionada con cualquier otra propiedad intensiva de un líquido saturado (o vapor), pero es mucho mejor relacionarla directamente con la temperatura de saturación.

La presión de vapor de un líquido se relaciona con la temperatura por medio de la ecuación de Claussius Clapeyron, sin embargo existen muchas ecuaciones que estudian esta propiedad de los fluidos, pero de todas maneras estas ecuaciones pueden referirse a la ecuación de Clapeyron:

Ln P2/P1 = (DH/R) vaporización   (1/T1-1/T2)

Esta ecuación mediante pasos matemáticos, puede convertirse en:

Ln Pvp = A+B/T

La gráfica  del logaritmo de la presión del vapor y el reciproco de la temperatura absoluta es una recta. La ecuación anterior no es una mala aproximación pero en general esta curva realmente tiene unas curvaturas pequeñas que muestran así que esta aproximación tampoco es la mejor. Estas curvas las observamos exagerando un poco el dibujo, de la siguiente manera:

Debemos tener en cuenta que esta ecuación no es aplicable a temperaturas inferiores al punto de ebullición normal.

Efectos de la presión de Vapor

Uno de los efectos es que, si el flujo alcanza localmente la presión de vapor, comenzará a formarse vapor de agua, concentrándose en lugares altos de la tubería y pudiendo cortar la columna de agua.

Cavitación

La cavitación o aspiración en vacío se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido. Estas pueden disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse metalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie, provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras sobre la superficie sólida.

Se puede presentar también cavitación en otros procesos como, por ejemplo, en hélices de barcos y aviones, bombas y tejidos vascularizados de algunas plantas.

Se suele llamar corrosión por cavitación al fenómeno por el que la cavitación arranca la capa de óxido (pasivación) que cubre el metal y lo protege, de tal forma que entre esta zona (ánodo) y la que permanece pasivada (cubierta por óxido) se forma un par galvánico en el que el ánodo (el que se corroe) que es la zona que ha perdido su capa de óxido y la que lo mantiene (cátodo).

V.- Conclusiones

Cuando a un líquido se le disminuye la presión a la que está sometido hasta llegar a un nivel en el que comienza a bullir, se dice que

alcanzado la presión de vapor. Esta presión depende de la temperatura. Así por ejemplo, para el agua a 100°C, la presión es de aproximadamente de 1 bar, que equivale a una atmósfera normal.

La presión de vapor es la presión a la que un líquido hierve y está en equilibrio con su propio vapor. Si la presión del líquido se acerca a la presión de vapor, comenzarán a aparecer burbujas de vapor en el líquido.

Cuando la presión del líquido cae por debajo de la presión de vapor debido al flujo, aparece la cavitación. En muchas situaciones donde hay flujo de líquidos es posible que se produzcan presiones muy bajas en ciertos puntos del sistema. Con lo que el líquido cavita (hierve) y pueden aparecer problemas como ruido, bloqueo de la sección de paso, vibraciones.

VI.- Linkografía

http://www.mitecnologico.com/ic/Main/PropiedadesDeLosFluidos

http://e-nergias.com/www/glosario/glosario.htm

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/presiondevapor/presiondevapor.html

http://193.146.36.56/hidraulica/teoria/tema%201BIS.pdf

http://www.imefen.uni.edu.pe/mfluidos/2da-clase.pdf

http://webpages.ull.es/users/banorbe/info/fig_liq.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Cavitaci%C3%B3n