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La causa principal de la evaporación y la condensación del agua es el cambio de temperatura. Generalmente, al superar los 100°C el agua comienza a evaporarse. El vapor asciende y al estar expuesto a una temperatura menor, se condensa. En la condensación y la evaporación también influyen otros factores, como la radiación solar, la velocidad del viento, la humedad y la presión.
La evaporación y la condensación en el ciclo del agua
La evaporación y la condensación forman parte del ciclo natural del agua. Son procesos físicos debido a los que esta sustancia cambia de estado: de líquido pasa a gaseoso y de gaseoso a líquido. El sol calienta el agua y la evapora, transformándola en vapor. Las corrientes de aire llevan el vapor a la atmósfera, donde hay una menor temperatura. Esto provoca la condensación del vapor de agua y la formación de nubes. Las partículas de las nubes entran en contacto y caen en forma de precipitación, que puede ser lluvia, nieve o granizo.
Más tarde, el agua caída en las precipitaciones pasan a formar parte de aguas subterráneas, lagos, y ríos, qie desembocan en los mares y océanos, desde los que el ciclo vuelve a comenzar.
Sin embargo, los procesos de evaporación y condensación también se producen de manera artificial, en los laboratorios y la industria. Estos dos procesos no sólo ocurren con el agua, sino también con otras sustancias.
Qué es la evaporación
Además de ser un proceso que forma parte del ciclo del agua, la evaporación implica una transición en la que una sustancia que se encuentra en estado líquido pasa al estado gaseoso. Esto se realiza solamente en la superficie entre el líquido y el gas. La evaporación es el proceso opuesto de la condensación.
La evaporación se diferencia de la ebullición porque, según lo mencionado ateriormente, es un proceso que ocurre en la superficie, y no dentro del líquido. Se trata de un proceso endotérmico porque requiere calor para lograr el cambio de fase. El calor es necesario para vencer a las fuerzas de cohesión molecular que carazterizan el estado líquido. También es importante durante su expansión, cuando el líquido se está vaporizando.
La evaporación también es un método que se utiliza para separar los componentes de mezclas sólidas o líquidas. Al aumentar la temperatura, las moléculas de las sustancias líquidas se transforman en gaseosas y se pierden en el aire. Los otros componentes quedan en el recipiente.
Asimismo, la evaporación se puede definir también como un «proceso de enfriamiento». Esto se debe a que elimina el calor del aire circundante. Un ejemplo claro de esto es el sudor humano, que «refresca» al cuerpo gracias a su evaporación para mantener la temperatura corporal.
Cómo se produce la evaporación
Para que las moléculas de agua pasen de un estado líquido a un estado gaseoso, deben obtener energía térmica. Esto lo logran al colisionar con otras moléculas de agua. Por lo tanto, el proceso de evaporación está estrechamente relacionado con el movimiento de las moléculas y el aumento de la temperatura. Si hay una mayor temperatura, las moléculas se mueven más rápido y la evaporación se produce más rápidamente. En esto también influye la velocidad de la difusión que tenga la sustancia. Por ejemplo, la acetona se evapora mucho más rápidamente que el agua.
Cuando las moléculas de agua alcanzan los 100 grados centígrados, poseen la energía cinética necesaria para pasar al estado gaseoso. Pero incluso a menor temperatura, algunas partículas que están en la superficie pueden tener la energía necesaria para vencer las fuerzas propias del estado líquido y evaporarse.
Cuanto mayor sea la temperatura del agua, mayor será la probabilidad de que haya partículas con sufiente energía cinética para evaporarse. Por eso, la radiación solar facilita este proceso, ya que aporta energía a las partículas. De hecho, las partículas que se evaporan son las que poseen mayor energía. Debido a esto, el resto de las partículas pierden energía y así se reduce su temperatura. Esta es la razón del enfriamiento de un botijo bajo el sol.
En la velocidad de la evaporación también intervienen otros factores importantes: la presión, la humedad del aire, el viento y la superficie donde se encuentra el líquido. La evaporación se producirá más rápidamente en una superficie pequeña que en otra más grande.
Además, no todos los líquidos se evaporan a la misma velocidad, como es el caso del alcohol o el aceite común de cocina. La velocidad de evaporación dependerá de las propiedades de cada sustancia y de las condiciones a las que esté expuesta.
Ejemplos de evaporación
Existen numerosos ejemplos de evaporación. Algunos de ellos son:
- La formación de nubes: el sol calienta el agua del mar y el vapor de agua que se evapora se eleva empujado por las corrientes de aire caliente y forma las nubes.
- La ropa húmeda que se seca después de colgarla: la temperatura más alta al colgar la ropa bajo el sol, usar un secador o acercarla a un calefactor, permite la evaporación del agua que impregna las prendas.
- El vapor de agua que sale de una cacerola al cocinar: se produce a partir de que el agua comienza a hervir.
- La evaporación del alcohol a temperatura ambiente: debido a la alta difusión de esta sustancia.
- El humo de una taza caliente de café.
- El suelo mojado que se seca.
- La desaparición de los charcos que se forman por la lluvia.
- El sudor corporal.
- La evaporación del agua salada del mar, gracias a la cual se obtiene la sal marina.
- El ciclo del agua: la evaporación es una parte importante del ciclo del agua en la naturaleza. Cuando las partículas del agua reciben suficiente energía térmica, se evaporan. Después caen en frma de precipitación y, eventualmente, regresan al mar.
Qué es la condensación
La condensación es el proceso opuesto a la evaporación porque permite la transición del agua del estado gaseoso a la fase líquida. Esto ocurre cuando la presión del vapor de agua es mayor que la presión de vapor de saturación.
Se puede denominar también como un «proceso de calentamiento». Si bien cuando el agua se evapora, se debe producir un enfriamiento para que se condense, se libera calor en el aire circundante.
Un ejemplo muy común de condensación en la naturaleza es el rocío, que se trata de vapor de agua que al bajar la temperatura a la madrugada, se condensa y cae sobre la superficie.
El proceso de condensación depende de la presión, la temperatura y la saturación del aire. Cuando disminuye la temperatura a «punto rocío», se reduce la energia cinética de las moléculas y esto facilita la condensación.
Cómo se produce la condensación
Para que se produzca la condensación el agua debe perder energía cinética (la energía del movimiento). Las partículas de vapor de agua poseen una gran energía entre sus moléculas y esto causa mucho movimiento entre ellas, permitiéndoles distanciarse. Cuando esta energía se pierde, ya sea por la pérdida de energía térmica, o debido a un cambio en la presión, las moléculas de agua reducen su movimiento y se acercan, pasando al estado líquido.
La cantidad de vapor de agua que hay en una masa de aire constituye la «humedad absoluta». En cambio, la cantidad de vapor de agua que contiene dicha masa de aire en comparación con la cantidad total de vapor que puede acumular es la «humedad relativa». El punto de rocío se alcanza cuando el aire se satura, es decir, cuando hay una humedad relativa al 100%. Por supuesto, esto varía según la presión y la temperatura. A mayor humedad relativa, mayor velocidad de condensación del vapor de una masa de aire.
Ejemplos de condensación
Algunos ejemplos comunes de condensación son:
- El rocío: el descenso de la temperatura que se produce durante la madrugada facilita la condensación del vapor de agua presente en el aire y se deposita en forma de gotas sobre las superficies. Cuando la temperatura aumenta con la salida del sol, el rocío se evapora y se reinicia el ciclo de evaporación y condensación.
- La niebla: los bancos de niebla son partículas de agua en suspensión que se condensan cuando entran en contacto con superficies más frías, como los vidrios de las ventanas.
- La lluvia: cuando las nubes colisionan, se produce la precipitación de las partículas de agua que se condensaron, formando así la lluvia.
- Las gotas de agua que aparecen en las bebidas frías: la superficie de una lata fría tiene una temperatura más baja que el ambiente, por lo tanto recibe la humedad del aire circundante, que se condensa formando gotas de agua.
- El agua que despiden los aparaos de aire acondicionado: porque absorben la humedad del aire, que está a una temperatura mucho más baja que el exterior, y la condensan.
- Un espejo que se empaña: al tomar una ducha caliente, el vapor de agua se adhiere a las superficies más frías y se condensa, empañanado los espejos y otros objetos.
- El empañamiento de las gafas de buceo: el aire que hay entre los vidrios de las gafas de buceo y nuestro rostro posee vapor de agua que a su vez proviene de la transpiración. Al estar en al agua, cuya temperatura es más baja que la del aire, el vapor de agua se condensa y empaña el cristal de las gafas.
- La respiración: si respiramos cerca de un vidrio o en un lugar donde hay baja temperatura y bastante humedad, veremos el vapor de agua como pequeñas gotas o un vapor blanquecino. Esto se produce porque el aire de nuestros pulmones tiene una temperatura más alta que la superficie o el ambiente exterior. Por eso, se condensa y se vuelve visible.
- El ciclo del agua: al igual que la evaporación, la condensación es una parte esencial del ciclo del agua. El vapor de agua asciende a las capas superiores de la atmósfera, donde hay corrientes de aire frío. Allí se condensa en forma de nubes que precipitan en estado líquido como lluvia.
Usos y aplicaciones de la evaporación y la condensación
Tanto la evaporación como la condensación favorecen la realización de otros procesos, especialmente en el campo de la ciencia, la industria y la ingeniería.
Aplicaciones de la evaporación
Por medio de evaporadores diseñados para facilitar el proceso de evaporación, se llevan a cabo numerosas actividades industriales.
Una de ellas es la elaboración de productos lácteos. Aquí, la evaporación se emplea para producir leche, leche condensada, proteínas de la leche, sueros y otros productos.
También se utiliza para producir leche de soja y zumos de frutas; extractos de café, té, malta, levadura; productos hidrolizados como el jarabe de glucosa, o la proteína hidrolizada.
En la industria frigorífica se usa para formar extractos de carne, huesos y plasma sanguíneo. En la industria avícola, el proceso de evaporación es esencial para producir concentraciones de huevos enteros o de claras de huevo.
Aplicaciones de la condensación
La condensación es esencial para poder realizar la destilación, un proceso muy importante en los laboratorios y en la industria.
A partir de la condensación se puede obtener agua, y por eso, se utilizan equipos recolectores de rocío, que recogen la humedad del aire. De esta manera, se aprovecha la humedad de la tierra en zonas desérticas o semiáridas.
La condensación también es útil para obtener sustancias químicas. Se utiliza como método para transformar en líquidos a algunos gases que se obtienen en reacciones químicas. De esta manera, se evita su dispersión en la atmósfera.
En la industria se usan condensadores que enfrían y condensan los gases que pasan a través de ellos.
En el hogar, se usan condensadores en los refrigeradores o frigoríficos. También se utilizan en la fabricación de extintores de incendios. Estos almacenan dióxido de carbono condensado a alta presión.
Bibliografía
- Varios autores. Física y química. (2015). España. Santillana Educación.
- Obra colectiva edebé. Física y Química. (2015). España. Edebé.
- Varios autores. El libro de la física. (2020). España. Editorial Akal.
