Evaporación

La evaporación ye un procesu físicu que consiste nel pasu lento y gradual d'un estáu líquidu escontra un estáu gaseosu, n'adquiriendo abonda enerxía pa vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación puede producise a cualquier temperatura, siendo más rápidu cuanto más elevada seya esta. Nun ye necesariu que tola masa algame'l puntu de bullidura. Cuando esiste un espaciu llibre enriba d'un líquidu, una parte de les sos molécules ta en forma gaseosa, al permediase, la cantidá de materia gaseoso define la presión de vapor saturante, que non depende del volume, pero varia según la naturaleza del líquidu y la temperatura. Si la cantidá de gas ye inferior a la presión de vapor saturante, una parte de les molécules pasen de la fase líquida a la gaseosa: eso ye la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a l'atmosférica, produzse la ebullición.^[1] En hidroloxía, la evaporación ye una de les variables hidrolóxiques importantes al momentu d'establecer el balance hídricu d'una determinada cuenca hidrográfica o parte d'esta. Nesti casu, tien d'estremase ente la evaporación dende superficies llibres y la evaporación dende'l suelu. La evaporación d'agua ye importante ya indispensable na vida, una y bones el vapor d'agua, al entestase tresformar en nubes y vuelve en forma d'agua, nieve, borrina o rosada.

Vista como una operación unitaria, la evaporación ye utilizada pa esaniciar el vapor formáu por ebullición d'una solución o suspensión líquida.

Fenómenu físicu

El movimientu térmicu d'una molécula de líquidu tien de ser abondu pa vencer la tensión superficial y evaporar, esto ye, la so enerxía cinética tien d'entepasar el trabayu de cohesión aplicáu pola tensión superficial a la superficie del líquidu. Por eso, la evaporación socede más rápido a altes temperatures, a altos caudales ente les fases líquida, vapor y en líquidos con baxes tensiones superficiales (esto ye, con presión de vapor más elevaes).

Con solamente una proporción pequeña de molécules alcontrada cerca de la superficie y moviéndose na direición correuta pa escapar del líquidu nun ciertu intre, la tasa de evaporación ye llindada. Amás, como les molécules de mayor enerxía escapen y les que queden tienen menor enerxía cinética média, la temperatura del líquidu amenórgase. Esti fenómenu tamién ye llamáu de enfriamientu evaporativo. Un exemplu pa dichu fenómenu ye la trespiración (sudu).

Equilibriu evaporatorio

Presión del vapor d'agua frente a la temperatura. (760 Torr = 1 atm).

Si la evaporación asocede nun recipiente zarráu, les molécules qu'escapen del líquidu atropar en forma de vapor enriba del líquidu. Munches d'eses molécules tornen al estáu líquidu. Cuando'l procesu d'escape y regresu algama un equilibriu, el vapor ye llamáu enchíu y nun asoceden cambeos adicionales na presión de vapor o na temperatura del líquidu.

Déficit higrométricu

Los factores que condicionen la tasa de evaporación (xeneralmente espresar en mm/día ó mm/mes) son, per un sitiu, los que caractericen l'estáu de l'atmósfera na vecindá de la superficie evaporante y, pol otru, los factores que caractericen la naturaleza y l'estáu de la superficie evaporante (agua llibre, xelu, suelu desnudu, vexetación). Como una forma de correlación ente la evaporación y otros factores meteorolóxicos qu'inflúin en dambos medios (agua y aire), Dalton (1802) propón la siguiente formulación:

Y=K*\left({p_{s}-p_{v}}\right)

qu'espresa la tasa de evaporación Y en forma direutamente proporcional a la diferencia ente la presión de vapor enchíu (p_s) a la temperatura de l'agua, y la presión de vapor (p_v) esistente nel aire circundante. La diferencia (p_s-p_v) denominar déficit higrométricu. La presión de vapor p_v, y per ende la evaporación Y, depende entós tantu de la temperatura de l'agua como del aire.^[2]

Determinación de la evaporación

La evaporación puede midise en forma direuta dende pequeñes superficies d'agua natural o artificiales (tanques de evaporación) o al traviés d'evaporímetros o lisímetros. Estos postreros tienen una superficie porosa enfiñida n'agua y allúguense en condiciones tales que la midida ye condicionada poles carauterístiques meteorolóxiques de l'atmósfera, tales como grau higrométricu, temperatura, solazu, vientu, etc.

Les tases de evaporación asina reparaes pueden xeneralmente ser consideraes como máximes y dan un bonu aproximamientu del poder evaporante de l'atmósfera. Aplicando a dichos valores máximos diversos coeficientes d'amenorgamientu y comparando los resultaos correxíes colos suministraos poles fórmules de evaporación, van deducise los valores más probables de les tases de evaporación aplicables a la superficie d'interés.

El más utilizáu de los evaporímetros ye'l de tipu Piche. Ta constituyíu por un tubu cilíndricu de vidriu de 25 cm de llargu y 1.5 cm de diámetru. El tubu ta graduáu y zarráu na so parte cimera, ente que la so abertura inferior ta obturada por una fueya circular de papel filtru normalizáu de 30 mm de diámetru y 0.5 mm d'espesura, afitada por capilaridad y caltenida por un resorte. Enllenáu l'aparatu d'agua destilada, ésta se evapora progresivamente al traviés de la fueya de papel filtru. L'amenorgamientu del nivel de l'agua nel tubu dexa calcular la tasa de evaporación (en mm por cada 24 hs, por casu). El procesu de evaporación ta amestáu esencialmente al déficit higrométricu del aire; sicasí, l'aparatu nun tien seique en cuenta abondo la influencia del solazu. Esti aparatu, nes estaciones hidrometeorológicas instálase baxu abrigu.

Los depósitos o tanques de evaporación utilizaos en distintos países son de formes, dimensiones y carauterístiques distintes, pos los especialistes nun tán d'alcuerdu sobre'l meyor tipu a emplegar.

Variable hidrolóxica

La razón ente la perda de calor d'una superficie d'agua por evaporación y la perda de calor por cuenta de la conveición, independiente de la velocidá del vientu ye dada por

{Q_{c,pa} \over Q_{y}}={pi0.46(T_{p}-T_{a}) \over P_{wp}-P_{a}}{p \over 760}

onde $Q_{c,pa}$ ye la perda de calor d'una superficie d'agua per conveición W/(m²•K), $Q_{y}$ ye la perda de calor d'una superficie d'agua por evaporación en W/(m²•K), $T_{p}$ y $T_{a}$ son les temperatures de l'agua y del aire en Kelvin (o Celsius) y $P_{wp}$ y $P_{a}$ son les presiones del vapor de la superficie de l'agua y del aire y $p$ ye la presión barométrica, con toes presiones en mmHg (Bowen, 1926).

La ecuación de Bowen foi modificada por Sartori (1987) qu'introdució un parámetru que dexa'l cálculu de los trés casos de fluxu de masa que pueden asoceder cuando una superficie llibre d'agua ye espuesta al aire, que les sos situaciones nun pueden ser calculaes solamente cola ecuación de Bowen. Asina, la ecuación de Bowen-Sartori queda:

{Q_{c,pa} \over Q_{y}}={0.46(T_{p}-T_{a}) \over P_{wp}-(rh.P_{a})}{p \over 760}

onde rh ye'l mugor relativo.

Referencies:

Sartori, E. "A mathematical model for predicting heat and mass transfer from a free water surface". Proc. ISES Solar World Congress, Germany (1987).
Sartori, E. “Solar still versus solar evaporator: a comparative study between their thermal behaviors”. Solar Energy, 56/2 (1996).
Sartori, E. "A critical review on equations employed for the calculation of the evaporation rate from a free water surface". Solar Energy, 68/1 (2000).
Sartori, E. "Letter to the Editor", Solar Energy Journal, 73/6, 2003.
Bureau of Plant Industry (BPI); Colorado Sunken Pan; 20 m² Tank; M.O. Tank (Symons Tank).

Evaporación dende superficies líquides

Siendo que les condiciones de contorna creaes tienen una influencia significativa, los resultaos varien según qué evaporímetru utilizóse pa la determinación.

Si tener en cuenta que los valores de evaporación midíos nel sitiu d'interés, pa tener validez dende'l puntu de vista estadísticu tienen de tener una duración d'a lo menos 15 años, entiéndese la dificultá. Esto impulsó a numberosos investigadores a analizar fórmules empíriques, que dexen rápido llegar a un resultáu lo más averao posible.

==== Fórmules empíriques pa determinar la evaporación dende un llagu o una llaguna Una de les espresiones más simples foi propuesta por Visentini, y aplícase pa cálculos averaos en superficies líquides asitiaes en cotes baxes, onde puede considerase que la presión atmosférica ye d'aproximao 760 mm de columna de mercuriu. Les fórmules empíriques propuestes por Visentini son:

$\ Y=75*t$ (pa llagos o banzaos con cota inferior a 200 msnm)

$\ Y=90*t$ (pa llagos o banzaos con cota ente 200 y 500 msnm)

$\ Y=90*t+300$ (pa llagos o banzaos con cota cimera a 500 msnm)

Onde:

Y = Evaporación añal en mm
t = Temperatura medio añal en graos celsius

Nótese que pa una temperatura medio de 10 graos Celsius, la evaporación va ser ente 750 mm y 1200 mm per añu, ye dicir d'aproximao 2 a 3 mm per día.

Considerando que na evaporación xueguen roles importantes, ente otros, la temperatura de l'agua, la temperatura del aire, el vientu, el solazu, etc., otros investigadores propunxeron fórmules empíriques más complexes y que, poro, son más difíciles d'usar.

Importancia de la variable hidrolóxica

L'agua se evapora na superficie oceánica, sobre la superficie terrestre y tamién polos organismos, nel fenómenu de la trespiración en plantes y suduación n'animales. Los seres vivos, especialmente les plantes, contribúin con un 10 % a l'agua que s'incorpora a l'atmósfera.

L'agua en forma de vapor xube y entiéstase formando les nubes, constituyíes per agua en pequeñes gotes. Estes esfrécense acelerándose la condensación y xuniéndose a otres gotitas d'agua pa formar gotes mayores que terminen per bastiar se a la superficie terrestre en razón al so mayor pesu. La precipitación pue ser sólida (nieve o xarazo) o líquida (agua). El vapor d'agua tamién puede entestase en forma de borrina o rosada.

Una parte de l'agua que llega a la superficie terrestre va ser aprovechada polos seres vivos. Tarde o aína, toa esta agua va volver nuevamente a l'atmósfera, debíu principalmente a la evaporación.

Evaporación (Mecanismu esternu de perda de calor del cuerpu humanu)

Por aciu la evaporación del sudu pierde'l 22 % del calor corporal, una y bones l'agua tien un eleváu calor específico, y pa evaporarse precisa absorber calor, y tomar del cuerpu, que esfrezse. Una corriente d'aire que reemplace l'aire húmedo pel aire secu, aumenta la evaporación.

Por que se evapore 1 g de sudu de la superficie de la piel ríquense aproximao 0,58 kcal les cualos llógrense del texíu cutaneo, colo que la piel esfrezse y consecuentemente l'organismu.

La evaporación d'agua nel organismu producir polos siguientes mecanismos:

Evaporación insensible o perspiración: realizar en tou momentu y al traviés de los poros de la piel, siempres que'l mugor del aire seya inferior al 100 %. Tamién se pierde agua al traviés de les víes respiratories.

Evaporación superficial: formación del sudu per parte de les glándules sudorípares, que tán distribuyíes por tol cuerpu, pero especialmente na frente, palmes de manes, pies, axilas y pubis.

== Usos industriales y nel llaboratoriu de química Vista como una operación unitaria, la evaporación ye utilizada pa esaniciar el vapor formáu por ebullición d'una solución o suspensión líquida p'asina llograr una solución concentrada. Puede faese por calentamientu o a presión amenorgada.^[3] Na gran mayoría de los casos, la evaporación vista como operación unitaria referir a la eliminación d'agua d'una solución aguacienta.^[4]

La evaporación en vacíu ye usada na industria alimentaria pal caltenimientu d'alimentos, y n'otres industries, pal recubrimientu de diversos materiales.

Ver tamién

Referencies

↑ Operaciones Básiques: Evaporación, fundamentu de la téunica, Universidá de Barcelona.
↑ UNIDÁ 3: Evaporación y Evapotranspiración. UNICEN - Universidá Nacional del Centru de la Provincia de Buenos Aires Páx. 2.
↑ Operaciones básiques nel Llaboratoriu de química: Evaporación, Universidá de Barcelona.
↑ Operaciones básiques: Evaporación, OpenCourseWare, Universidá de Sevilla.

[1] Operaciones Básiques: Evaporación, fundamentu de la téunica, Universidá de Barcelona.

[2] UNIDÁ 3: Evaporación y Evapotranspiración. UNICEN - Universidá Nacional del Centru de la Provincia de Buenos Aires Páx. 2.

[3] Operaciones básiques nel Llaboratoriu de química: Evaporación, Universidá de Barcelona.

[4] Operaciones básiques: Evaporación, OpenCourseWare, Universidá de Sevilla.

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