EL frío y su control:
Cómo enfriar más al hielo con sal común
Cómo enfriar más al hielo con sal común
Desde que se hicieron los primeros avances significativos en la Termodinámica para descifrar el comportamiento de los sistemas relacionados con
el calor y la temperatura, se buscó la aplicación práctica de sus principios. Una de éstas
fue bajar la temperatura de los
ambientes para la conservación de los alimentos, ya que al principio se
conservaban mediante la deshidratación, el salado y condimentación, y la
técnica del ahumado. Con el conocimiento preciso de los ciclos termodinámicos
en las máquinas térmicas, se desarrollaron dispositivos para disminuir la
temperatura en recintos cerrados; es así como aparece el refrigerador en
escena. Pero un método conocido desde el siglo XVII para bajar más la
temperatura de los materiales, es el que usa una sal combinada con hielo de
agua. Para esto, preparamos una solución saturada de sal común (cloruro de
sodio) y luego le echamos suficiente hielo picado. De esta manera se logra
reducir la temperatura de congelación del hielo porque disminuye la presión de
vapor de la solución. De nuevo, en el diagrama de fase de la figura I.14, se
muestra el comportamiento del agua pura en sus tres estados: sólido, líquido y
gaseoso. En la gráfica (curva punteada) se puede observar que al bajar la
presión de vapor, disminuye la temperatura de congelamiento de la solución
agua-sal; así por ejemplo, si el agua
pura se encuentra inicialmente en el estado particular A, al agregar la sal
pasa al estado B.
Tales cambios en las propiedades termodinámicas se traducen en el corrimiento del punto triple (Pt) hacia la zona de menor temperatura y presión (P’t). Así que las dos ramas de las fases sólido-liquido y líquido-gas, se corren también hacia abajo, como se muestra en la misma gráfica. Debido a esto, la temperatura de ebullición aumenta (Td > Tb) y la temperatura de fusión disminuye (Tc < Ta).
Tales cambios en las propiedades termodinámicas se traducen en el corrimiento del punto triple (Pt) hacia la zona de menor temperatura y presión (P’t). Así que las dos ramas de las fases sólido-liquido y líquido-gas, se corren también hacia abajo, como se muestra en la misma gráfica. Debido a esto, la temperatura de ebullición aumenta (Td > Tb) y la temperatura de fusión disminuye (Tc < Ta).
Por
otra parte, en la figura I.15 se muestra la gráfica de la temperatura T en
función de la proporción de sal respecto a la masa de agua (sólida y líquida),
conocida también como diagrama de fase
de la eutéctica, es decir de la mezcla agua-sal. Se puede observar que, a
medida que se aumenta la proporción de sal, disminuye la temperatura hasta un
valor mínimo de 21,3 oC; al seguir agregando sal a la solución,
aumenta la temperatura. La mínima temperatura se conoce como temperatura
eutéctica, y se da en este caso para una proporción de sal del 23%. En
consecuencia, en la práctica para obtener la mínima temperatura de
enfriamiento, por cada 77 g de hielo se le agrega 23 de sal.
A
fin de probar lo discutido anteriormente, se propone hacer el experimento
siguiente: a) Se coloca hielo en un envase y se mide su temperatura con un
termómetro como el sugerido en la sección I.1. Se anota temperatura mínima. b)
Se agrega sal en grano en la proporción 30-70%, 50-50% y 70-30% y se mide la
temperatura de la mezcla en cada caso. c) Se comparan y analizan las
temperaturas con las suministradas en la figura 15. ¿Qué se puede concluir?
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