¿Cómo se puede calentar agua?

¿Puede el hielo estar más frío que el 0?

A veces mi mujer tiene una cacerola con agua “hirviendo furiosamente”. ¿El calor extra (desperdiciado en mi opinión) realmente hace alguna diferencia, aparte de reducir la cantidad de agua en la cacerola – lo que podría hacerse vertiendo un poco?

El agua hierve cuando el potencial químico del agua es igual al potencial químico del vapor de agua a la misma temperatura. Uno de los factores que determinan el potencial químico del vapor de agua es la presión, o más exactamente la presión parcial del vapor de agua en el aire.

Si tomamos un cuenco de agua a temperatura ambiente y lo ponemos en una cámara sellada, el agua se evapora hasta que la presión parcial del vapor de agua es de unas 0,03 atmósferas. Si se aumenta la temperatura a, por ejemplo, 50ºC, el potencial químico del agua aumenta, por lo que la presión parcial del vapor de agua se eleva hasta alcanzar las 0,12 atmósferas. Mientras la presión parcial del vapor de agua pueda seguir aumentando, el agua dejará de hervir.

Pero cuando se calienta el agua al aire libre, la presión parcial del vapor de agua no puede aumentar por encima de 1 atmósfera, por lo que cuando la temperatura alcanza los 100ºC la presión parcial del vapor de agua ya no puede aumentar para impedir que el agua hierva, y calentar el agua con más fuerza sólo provoca una mayor evaporación y no aumenta la temperatura. La temperatura del agua permanece bloqueada a 100ºC.

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Punto de ebullición del agua en el vacío

Pasemos a los detalles. La ebullición es el cambio espontáneo del agua de la fase líquida a la fase gaseosa. Sin embargo, como ocurre con todos los materiales, la temperatura no es el único parámetro que determina la fase; también hay una presión que afecta a su fase. Así, cada material tiene un “diagrama de fases”, con la temperatura y la presión como coordenadas.

Aunque el agua tiene un comportamiento extraño en el límite líquido-sólido, el límite líquido-gas es bastante estándar. El punto de ebullición desciende al disminuir la presión. El punto de ebullición del agua a una presión atmosférica (es decir, la presión media a nivel del mar) es el conocido de 100°C (212°F). Cuando la presión desciende, el punto de ebullición también lo hace.

Cien veces al día me recuerdo a mí mismo que mi vida interior y exterior se basan en el trabajo de otros hombres, vivos y muertos, y que debo esforzarme para dar en la misma medida que he recibido y sigo recibiendo…’Albert Einstein(1879-1955)

¿El agua hierve a mayor temperatura a mayor presión?

Se llenan tres vasos del mismo tamaño con la misma masa de agua dulce. Uno de los vasos se introduce en un cubo de agua helada para que el agua se enfríe, pero no se congele. Un vaso se calienta para que el agua se caliente, pero no llegue a hervir. Una taza se deja a temperatura ambiente. A nivel macroscópico, lo que alguien puede ver sólo con sus ojos, parece haber muy poca diferencia en el volumen de agua entre las tres tazas. Sin embargo, a nivel molecular, hay una diferencia de volumen.

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En la SF Fig 2.1 los círculos azules representan moléculas de agua. El vaso de la SF Fig. 2.1 A se calentó. El aumento de la temperatura hizo que las moléculas de agua ganaran energía y se movieran más rápidamente, lo que dio lugar a moléculas de agua más separadas entre sí y a un aumento del volumen del agua. El vaso de la SF Fig. 2.1 B se mantuvo a temperatura ambiente y permaneció con el mismo volumen. El vaso de la SF Fig. 2.1 C se enfrió sobre hielo. Una disminución de la temperatura hizo que las moléculas de agua perdieran energía y se ralentizaran, lo que dio lugar a que las moléculas de agua estuvieran más juntas y a una disminución del volumen del agua.

Presión del punto de ebullición del agua

Un sistema de agua caliente con bomba de calor puede considerarse un tipo de calentador de agua solar, ya que el calor del aire procede en última instancia del sol. A diferencia de los sistemas de agua caliente solar, los sistemas con bomba de calor no tienen un sistema de refuerzo eléctrico o de gas. Pero sí utilizan electricidad para hacer funcionar el ventilador del evaporador y el compresor cuando calientan el agua.

Estos sistemas suelen consumir entre un 60 y un 75% menos de electricidad que un sistema de agua caliente eléctrica convencional. Esto se debe a que la electricidad se utiliza para hacer funcionar la bomba de calor y no calienta el agua directamente con un elemento.

Los calentadores de agua con bomba de calor se instalan normalmente en el exterior, en el suelo. En algunos casos pueden instalarse en el interior. Esto puede ser una ventaja en comparación con un calentador de agua solar, ya que no es necesario instalar los paneles colectores en el tejado, lo que facilita la instalación. Es importante que se instalen en una zona bien ventilada, ya que necesitan acceso a una corriente constante de aire ambiente cuando funcionan.

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Al igual que los aparatos de aire acondicionado, los calentadores de agua con bomba de calor tienen un ventilador y un compresor que hacen ruido cuando la unidad funciona para calentar el agua. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de instalarlos. Lo ideal es situarlos lejos de las ventanas de los dormitorios y en una posición que no cause problemas de ruido a los vecinos.