ENTRADAS

3 may 2017

LA FÍSICA TRAS EL VAPOR DE AGUA

¿POR QUÉ SE EMPAÑA EL CRISTAL DEL COCHE?

Sirva la pregunta de un lector de este blog para motivar el artículo de hoy que, por su potencial divulgativo, paso a explicar pero, para responder con un mínimo de precisión, habremos de hacer una pequeña introducción sobre las propiedades de los gases y, más concretamente, sobre las propiedades del vapor de agua en la atmósfera.

Cuando hablamos del agua en la atmósfera no hablamos de gas de agua sino de vapor de agua. Un vapor es una sustancia que a la temperatura ambiente debería estar en estado líquido (el agua no pasa al estado de gas hasta los 100 ºC, su temperatura de ebullición), pero puede encontrarse en estado de gas disuelta o mezclada con el resto de moléculas del aire.

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Esto ocurre porque el agua líquida está formada por moléculas que se mueven a velocidades increíbles y chocan entre sí violentamente debido a su energía cinética (la temperatura del líquido no es más que la energía cinética media de todas sus moléculas).

Si una de estas moléculas que alcanza la superficie del agua tiene energía cinética suficiente para vencer las fuerzas de cohesión que la unen a las demás moléculas del líquido, entonces escapa y pasa al aire. De  lo contrario seguirá formando parte de la masa de agua líquida. Una vez en el aire se encuentra rodeada por otras moléculas diferentes, las del aire,  con las que no hay apenas fuerzas de atracción, por lo que se queda allí, moviéndose a velocidades asombrosas (unos 1500 Km/h a 20 ºC) y chocando con todas las demás. Esto es un vapor.

El aire de la atmósfera está compuesto por una mezcla de varios gases entre los que predominan:

Nitrógeno:                         75,47 %

Oxígeno:                             23,19 %

Argón:                                 1,29 %

Dióxido de carbono:            0,05 %

Pero también contiene cantidades de metano, dióxido de azufre, varios óxidos de nitrógeno, etc., en cantidades variables según el lugar y la estacionalidad. Gases que consideramos contaminantes porque ponen en riesgo nuestra salud. El otro componente más importante, lo comentábamos al principio de la entrada, es el vapor de agua que puede llegar a encontrarse en el aire en cantidades tan notables que a veces la atmósfera nos “obsequia” con aguaceros, tormentas y hasta con “Diluvios Universales” que ponen en riesgo nuestras vidas.

Es fácil comprender que a medida que el número de moléculas de vapor de agua que hay en el aire aumenta, también lo hace la probabilidad de que choquen entre sí las moléculas de agua. Y cuando éstas chocan entre sí, dado que se atraen fuertemente, vuelve a producirse el mismo proceso de la evaporación pero en sentido contrario. Si la energía del choque es pequeña (la temperatura del aire es baja) las dos moléculas quedarán atrapadas, unidas. Si esto continúa, el número de moléculas unidas irá aumentando hasta formar una gotita de agua líquida. Si el proceso se generaliza en toda la masa del aire se formará una niebla, una nube. La continuación del proceso implica que el peso de las gotas va aumentando. La agitación molecular del aire no podrá mantenerlas en suspensión y caerán formando eso que llamamos lluvia. Cuando este fenómeno de saturación de vapor de agua por enfriamiento del aire se produce junto al suelo, las gotitas de líquido se formarán preferentemente sobre los objetos fríos, como la vegetación, las piedras, los cristales, etc., y se formará el rocío, antes, incluso que la niebla.

Experiencia:

Si metiéramos en una gran campana de vidrio, con aire seco, un vaso con agua, ésta comenzaría a evaporarse (Fig. A), pero también ocurrirá que las moléculas de agua del aire que choquen con la superficie del líquido quedarán atrapadas en su seno (Fig. B). En principio pasarán más moléculas de agua del líquido al aire pero a medida que crece la humedad del aire más agua pasará al vaso. Cuando ambos procesos, evaporación-condensación, se igualen ya no variará más el número de moléculas de agua en el aire y entonces decimos que el aire está saturado de vapor (fig. C), o que la humedad relativa del aire es del 100 %. Si ahora baja la temperatura aumentará la condensación. Si sube, aumentará la evaporación. Para cada temperatura del aire hay una cantidad máxima de vapor de agua que puede contener sin que llegue a producirse el fenómeno de condensación que hemos descrito.

 

vapor de agua

Propiedades de los líquidos.

En las zonas de playa la humedad suele rondar los 60-70% durante el día. En el interior entre el 30 y el 40%. A llegar la noche, cuando bajan las temperaturas, con esta misma cantidad de agua se acerca o se supera el 100%, el aire se satura y comienza a depositarse el rocío sobre los coches, la hierba… En invierno, si las temperaturas nocturnas bajan de 0 ºC, el rocío se congela y se convierte en escarcha.

¿Cómo responder, entonces, a la pregunta formulada por nuestro lector?
vapor de agua

Pregunta de un lector sobre el vapor de agua y sus leyes físicas.

En invierno, nuestro coche, situado en la calle, está muy frío. El vapor de agua en su interior puede estar muy próximo a la saturación. La humedad relativa puede superar el 80 %. Entonces entramos nosotros expulsando cantidades ingentes de vapor de agua procedente de nuestros pulmones que provoca en pocos segundos la sobresaturación de vapor en el interior del vehículo. La humedad relativa supera el 100 % y comienza el rocío a depositarse en los objetos más fríos: los cristales y los metales. Las gotitas de rocío cambian el estado transparente de nuestro parabrisas a solo traslúcido y perdemos la visión del exterior. Urge eliminar el empañamiento de los cristales antes de ponernos en marcha.

Si hemos comprendido lo que explicábamos en la introducción se verá con claridad que la solución está en elevar la temperatura del aire interior para bajar la humedad relativa y así lograremos que el rocío se evapore y los cristales vuelvan a mostrarse transparentes.

Los coches de hoy, que son muy listos, hacen entonces dos cosas:

  1. Ponen en marcha el aire acondicionado para enfriar el aire mucho más aún y de este modo eliminar el exceso de agua que contiene vertiéndola al exterior.
  2. Este aire frío y seco pasa ahora a la calefacción, que eleva rápidamente su temperatura y lo envía al interior de la cabina. De este modo el aire caliente y seco evaporará rápidamente el rocío y limpiará nuestros cristales.

Pero no debemos olvidar que nosotros seguiremos incrementando la cantidad de vapor de agua con nuestra respiración y, esto, multiplicado por el número de personas que hayamos entrado al coche, por tanto habrá que tener un poquito de paciencia y dejar que el coche logre un cierto equilibrio para así mantener el aire interior lo bastante seco y caliente.

Permítaseme la licencia de aportar tres formas, en clave de humor, de acelerar el proceso para con las personas impacientes:

  1. Dejando de respirar. Así no añadiremos más vapor de agua. Pero esto no suele ser muy satisfactorio para los viajeros.
  2. Abriendo las ventanillas del coche para que penetre el aire exterior que muy probablemente no estará saturado en vapor. Aunque tampoco es totalmente satisfactorio porque el aire estará desagradablemente frío.
  3. Cambiando su coche actual por uno como el de la figura.

 

vapor de agua

 

AUTOR: Profesor Manuel Reyes Camacho

Todos los artículos del autor para FdeT

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Fuente de imagen de cabecera: http://www.fotolog.com/littlezingsworld

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