La Regla de Dühring

La regla de Dühring De acuerdo con las propiedades coligativas de las disoluciones diluidas de un soluto no volátil, la presión de vapor de la disolución es menor que la del disolvente puro a la misma temperatura, y, por tanto, hay un aumento en el punto de ebullición respecto al que tendría el agua pura. La regla de Dühring menciona que el punto de ebullición de un líquido o de una disolución es una función lineal del punto de ebullición de una sustancia de referencia, normalmente el agua, referidos ambos a la misma presión. Por consiguiente, si se representa la temperatura de ebullición de la disolución frente a la del agua a la misma presión, se obtiene una línea recta. Para distintas concentraciones se obtienen distintas líneas rectas, no necesariamente paralelas. El trazado de estas rectas se puede realizar fácilmente si se dispone de dos temperaturas de ebullición de la disolución a dos presiones distintas.

Correlaciones gráficas basadas en la regla de Dühring Teb disolución = f (Teb agua, %peso) Esta regla sólo es válida para intervalos de presiones no muy amplios. por otra parte, los mejores resultados se obtienen cuando las características físicas y químicas de los dos líquidos son similares. El punto de ebullición determinado mediante la regla de Dühring corresponde a la superficie libre del líquido. La elevación del punto de ebullición en la mayoría de las soluciones concentradas de trabajo difieren en sus propiedades térmicas con respecto al agua y no es posible utilizar en forma directa las tablas de vapor, en este caso suele aplicarse dicha ley, al igual que en el caso de disoluciones concentradas, que no se comportan idealmente para la predicción de su punto de ebullición. La aplicación de esta regla se ve observada en casos en los que intervengan evaporadores, para predecir el efecto que provocara la EPE (evaluada por dicha ley) y otros factores en el equipo mencionado durante los procesos, esto nos marcara una pauta para eficientar el proceso y manipulación del evaporador, esto ya que la ebullición se produce a cierta profundidad, con lo que la presión sobre el líquido en contacto con dicha superficie (donde se produce la ebullición), es mayor que la existente sobre la superficie libre, debido a la presión hidrostática correspondiente a la altura del líquido. El incremento del punto de ebullición debido a la carga hidrostática disminuye la diferencia media de temperatura entre el vapor de calefacción y la disolución hirviente, con la consiguiente pérdida de capacidad en el evaporador.

Tomado del kern Mecanismos de vaporización. Mucho de nuestro presente conocimiento del fenómeno de ebullición se obtiene del trabajo de Jakob y Fritz y las investigaciones posteriores de Jakob. Cuando a través de un tubo fluye vapor de agua y aquel se encuentra sumergido en un recipiente con líquido, se forman pequeñas burbujas de vapor de una manera completamente al azar en la superficie del tubo. El calor que pasa a través de la superficie del tubo donde no se forman burbujas, entra por convección al líquido que lo rodea. Algo del calor del líquido fluye entonces hacia la burbuja, provocando evaporación desde su superficie interna hacia el interior de ella misma. Cuando se ha desarrollado suficiente fuerza ascensorial entre la burbuja y el líquido, ésta se libera de las fuerzas que la mantienen adherida al tubo y sube a la superficie del recipiente. Kelvin postuló que, para que esta conducta prevalezca, el líquido debe estar más caliente que su temperatura de saturación en la burbuja incipiente. Esto es posible, ya que la naturaleza esférica de la burbuja establece fuerzas de superficie en el líquido, de manera que la presión de saturación dentro de la burbuja es menor que la del líquido que la rodea. La temperatura de saturación de la burbuja siendo menor que la del líquido que la rodea, permite el flujo de calor dentro de la burbuja. El número de puntos en los que se originan burbujas depende de la textura de la superficie del tubo, aumentando con la rugosidad. Jakob y Fritz han detectado la presencia de líquido sobrecalentado cercano a la superficie de calentamiento y han encontrado que la diferencia entre la temperatura del líquido sobrecalentado y la temperatura de saturación del vapor es menor para superficies rugosas que para aquellas lisas. La transferencia de calor por vaporización sin agitación mecánica, es obviamente una combinación de convección ordinaria en el líquido y convección adicional producida por la ascensión de las burbujas de vapor. Bajo diferencias de temperatura muy pequeñas entre la pared del tubo y el líquido en ebullición, la formación de las burbujas tiene lugar lentamente y la velocidad de transferencia de calor es esencialmente la de convección libre. La tensión superficial y su influencia en la formación de la burbuja y su crecimiento, es otro factor que se muestra en la Fig. 14.1. La tensión superficial de agua en contra de aire es aproximadamente de 75 dinas/cm a temperatura ordinaria, mientras que la mayoría de las sustancias orgánicas tienen tensiones superficiales que varían de 20 a 30 dinas/cm a temperatura ordinaria. La tensión superficial de muchos líquidos a sus puntos de ebullición respectivos, sin embargo, probablemente no se aparte mucho de aquellas a temperatura ordinaria. Las tensiones superficiales de líquidos en contra de metales pueden también diferir de su tensión superficial en contra del aire, ya que la velocidad de vaporización del agua es en realidad mucho mayor que la de los líquidos orgánicos bajo condiciones idénticas. Si la tensión superficial de un líquido es baja, tiende a mojar las superficies, de manera que la burbuja en la Fig. 14.la,es fácilmente ocluida por el líquido y asciende. Para líquidos de tensión superficial inmediata, como se muestra en la Fig. 14.lb,existe un

balance momentáneo entre la burbuja y la pared del tubo, de manera que es necesario formar una burbuja más grande antes de que las fuerzas ascensoriales la liberen de la superficie del tubo, La burbuja de Ia Fig. 14.1~ indica la influencia de una gran tensión superficial.

Considere el coeficiente de ebullición típico de la curva de McAdams basado en los datos de varios investigadores para el agua, como se muestra en la Fig. 14.2. Desde una (At), mayor de 5°F hay una correlación logarítmica relativamente recta entre el coeficiente de vaporización y la diferencia de temperatura, donde (Δt), es la diferencia de temperatura entre la pared del tubo y el vapor. Esta correlación cambia, sin embargo, a la diferencia de temperatura crítica que se manifiesta alrededor de 45°F para aguas que seevaporan en recipientes. A esta diferencia de temperatura la superficie caliente y el líquido se aproximan a las condiciones mostradas en la Fig. 14.3. Hay un predominio del vapor en la pared del tubo debido a la rápida y alta transferencia de calor, de manera que en realidad muy poco líquido tiene contacto con la pared caliente del tubo. Esta condición se llama interferencia, siempre que la gran cantidad de vapor formado en la pared del tubo sirve realmente como una resistencia de gas al paso de calor hacia el líquido y reduce el coeficientes de película para la vaporización a medida que la diferencia de temperatura aumenta. Drew y Mueller han reportado la diferencia de temperatura crítica para un cierto número de compuestos orgánicos bajo condiciones diferentes de superficie, y las sustancias orgánicas exhiben una diferencia de temperatura crítica que son aproximadamente de 60 a 120°F. Cuando la vaporización se efectúa directamente en la superficie calefactora, se llama ebullición

nuclear, y cuando toma lugar a través de la película de gas de interferencia se llama ebullición en película.

Esto es opcional La vaporización es el nombre que recibe el proceso en el cual un fluido pasa del estado líquido al gaseoso, es decir, como consecuencia de la acción del calor sobre el líquido en cuestión es que el líquido asumirá el estado de gaseoso. Existen dos tipos de vaporización, la ebullición y la evaporación. La ebullición se producirá cuando el mencionado cambio de estado se produce por el aumento de la temperatura que se experimenta en el interior del líquido; cabe destacar, que el momento clave de ebullición se plantea en la instancia en la que la temperatura ocasiona que cualquier líquido hierva, y a partir de ella permanecerá constante todo el tiempo que dure el proceso de ebullición. Si en una olla a presión colocamos agua y luego la colocamos en el fuego, antes de que se produzca el hervor, el agua se calentará unos 120° y 130 ° por la mayor presión que ejercen los gases en su interior. Es como consecuencia de este aumento de temperatura que la cocción de la comida se produce más rápido. En tanto, si al agua le agregamos aditivos podremos aumentar o disminuir el punto de ebullición. Cabe destacar, que el proceso de ebullición ha sido usado tradicionalmente como el método por excelencia para esterilizar el agua, dado que la mayoría de los microorganismos mueren indefectiblemente al llegar el agua al mencionado punto. Y por su lado la evaporación, se caracteriza porque el mencionado cambio de estado de líquido a gaseoso se produce únicamente en la superficie del líquido y a cualquier temperatura, aunque, el mismo será más rápido cuanto mayor sea la temperatura. Por ejemplo, al servir una taza de té con agua hervida, es posible ver como el agua se condensa en pequeñas gotas visibles, también, el vapor de agua al condensarse se convierte en nubes. La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición.