Condensació
 |
Per a altres significats, vegeu «Reacció de condensació». |
La condensació és el canvi físic que fa una substància en passar de gas o vapor a líquid a una temperatura inferior a la d'ebullició.[1] Habitualment la condensació es produeix a conseqüència del refredament del gas, però també es pot provocar per compressió (augmentant la pressió) o combinant les dues tècniques.
Un giny utilitzat per condensar un gas en líquid és el condensador, que s'utilitza als intercanviadors de calor, part dels equips de climatització.
Iniciació
[modifica]La condensació s'inicia amb la formació d'acumulacions atomico-moleculars d'aquesta espècie en el seu volum gasós (com una gota de pluja) o per contacte entre el gas i una superfície líquida o sòlida.
Situacions de reversibilitat
[modifica]Unes situacions reversibles emergeixen respecte a la naturalesa de les superfícies.
- Absorció a través la superfície d'un líquid (tant de la mateixa substància o d'un dels seus solvents) és l'invers de l'evaporació.[1]
- Adsorció (com a petites gotes) en una superfície d'un sòlid a pressió i temperatura superior al punt triple de l'espècie, també és l'invers de l'evaporació.
- Adsorció en una superfície d'un sòlid (com a capes suplementàries del sòlid) a pressions i temperatures inferiors a les del punt triple de la substància, és l'invers de la sublimació.
Situacions més comunes
[modifica]La condensació comunament succeeix quan el vapor es refreda o es comprimeix fins al seu límit de saturació on la densitat molecular a la fase gas assoleix el seu llindar màxim. Equipament que recol·lecta vapor líquids condensats mitjançant el refredament i compressió de vapor s'anomena ’’condensador’’.
Com es mesura la condensació
[modifica]La psicrometria mesura les ràtios de condensació des de l'evaporació de la humitat de l'aire a diferents pressions i temperatures atmosfèriques. L'aigua és el producte de la condensació del vapor.
Aplicacions de la condensació
[modifica]La condensació és un component crucial a la destil·lació, una aplicació important al laboratori i a la química industrial. Com que la condensació és un fenomen natural, es pot fer servir comunament per produir aigua en grans quantitats per a l'ús humà. Moltes estructures estan fetes solament amb la intenció de recol·lectar aigua per condensació. Aquestes estructures poden fer-se servir per retenir humitat del sòl en zones que s'estan desertificant, de tal forma que algunes organitzacions ensenyen a la gent que hi viu com els condensadors d'aigua els poden ajudar a combatre efectivament aquesta situació.[2] També és un procés crucial l'ús de les cambres de núvols. En aquest cas els ions produïts per una partícula incident actuen com a centres de nucleació per a la condensació del vapor, produint els núvols visibles.
El fet que la condensació sigui un procés natural, l'anomenada rosada, provoca que sigui de gran utilitat per a aconseguir aigua: Podem trobar moltes estructures creades amb l'únic propòsit d'aconseguir aigua a partir de la condensació, com el cas de l'estany de rosada o un colador per a recollir la humitat de l'aire. Molts dels sistemes que s'usen per a recollir aigua a partir de la condensació són usats per a aprofitar i mantenir la humitat de la terra en zones amb una avançada desertificació en procés. Algunes organitzacions eduquen als habitants d'aquestes zones per a ajudar-los a afrontar la situació.[3]
També és un procés crucial en la formació de traces de partícules en una cambra de boira. En aquest cas, els ions produïts per una partícula incident actuen com a centres de nucleació per a la condensació del vapor que produeix els deixants visibles de "núvols".
Les aplicacions comercials de la condensació, tant per part dels consumidors com de la indústria, inclouen la generació d'energia, la dessalinització d'aigua,[4] la gestió tèrmica,[5] la refrigeració,[6] i l'aire condicionat.[7]
Centrals tèrmiques
[modifica]En les centrals termoelèctriques, el vapor de fuita de la turbina de vapor es refreda en el condensador i es condensa en aigua. Aquesta aigua s'utilitza de nou com a aigua d'alimentació per al generador de vapor. El resultat és un circuit tancat.
Xarxes de calefacció
[modifica]A les plantes químiques, la condensació del vapor d'aigua és una variable econòmicament significativa, ja que el subministrament d'energia per als processos químics es realitza amb vapor d'aigua. Una vegada alliberada l'energia tèrmica, hi ha aigua condensada, que es recull a través de conductes anulars. Aquesta aigua normalment "pura" es retorna al generador de vapor com la denominada aigua d'alimentació per a la generació de vapor després d'haver passat per controls de qualitat i un possible tractament. La recirculació del condensat pot suposar un gran estalvi.
Les xarxes de calefacció de trens o edificis també utilitzen en part vapor humit per al transport de calor. La temperatura del radiador s'ajusta per si mateixa a un màxim d'uns 100 °C (temperatura de condensació de l'aigua a les baixes sobrepressions utilitzades).
Condensació de gasos de combustió
[modifica]Els gasos de combustió procedents de la combustió de combustibles fòssils, materials biogènics i residus domèstics contenen altes proporcions de vapor d'aigua.
En les instal·lacions de combustió modernes, els gasos de combustió es refreden en un condensador. L'objectiu és aprofitar la calor latent del component de vapor. El condensat separat conté, a més d'aigua, altres substàncies acompanyants, l'alliberament de les quals a l'atmosfera a través dels gasos de fuita es redueix gràcies a la condensació dels gasos de combustió.
Refrigeració
[modifica]En els hivernacles, els problemes de sobreescalfament o corrents d'aire poden evitar-se utilitzant un sistema denominat "hipoexcambiador", en el qual l'aire calent de l'hivernacle evapora aigua i l'aire humit que ha pujat s'extreu en el punt més alt de l'hivernacle i es passa per canonades al sòl més fred, on el vapor d'aigua es condensa i l'entalpia de condensació alliberada es desprèn cap al sòl. Els sistemes d'aire condicionat, que utilitzen la calor d'evaporació de l'aigua, també funcionen de manera similar.
Deshumidificació
[modifica]Per a assecar la humitat dels edificis en edificis nous i per a l'eixugada de parets i per a estades humides en les quals es produeixen grans quantitats de vapor d'aigua (piscines), se solen utilitzar deshumidificadors. Aquests condensen el vapor d'aigua de l'aire ambient aspirat, i l'aire sec que surt de la unitat pot tornar a absorbir humitat. Les assecadores de condensació que s'utilitzen per a eixugar la roba funcionen de manera similar.
Neteja de gasos de fuita
[modifica]En la depuració de gasos de fuita, els processos de condensació s'utilitzen en particular per a la separació i recuperació[8] de dissolvents utilitzats. Atès que solen tenir temperatures de punt de rosada molt baixes, els refrigeradors de condensació solen utilitzar-se com a preseparadors abans d'una etapa de purificació posterior.[9] Com a única etapa de separació, els processos de condensació no solen ser capaces de complir els límits d'emissió.[8]
Consum de tabac
[modifica]La condensació del fum del tabac es diposita en les vies respiratòries i fins i tot en els alvèols dels fumadors actius i passius. També en els cristalls de les finestres, les parets i els mobles, les pantalles dels televisors de tub de raigs catòdics tenien un efecte especialment atractiu, ja que es carregaven elèctricament.
Destil·lació
[modifica]La destil·lació és un procés de separació tèrmic. Pot utilitzar-se per a separar líquids vaporitzables amb diferents punts d'ebullició, per exemple l'alcohol de l'aigua. La mescla inicial (per exemple, vi) s'emporta a ebullició; el vapor resultant es liqua de nou per refredament en un condensador (enginyeria de processos).
La formació d'azeòtrops impedeix la separació completa d'uns certs parells de substàncies, com l'aigua i l'alcohol, només per destil·lació.
Tècniques en refrigeració i calefacció
[modifica]Un dispositiu de condensació és present en els sistemes de bomba de calor, utilitzats en particular en dispositius d'aire condicionat i refrigeració industrial.
Es pot trobar un sistema de condensació similar en les calderes de condensació. El principi és simplement reduir la temperatura dels gasos de combustió per sota del punt de rosada per a recuperar la calor latent del vapor d'aigua.
El seu contingut depèn tant del combustible com de l'excés d'aire aportat a la combustió (un excés d'aire és essencial per a garantir una bona homogeneïtat combustible-aire). Podem suposar que per sota d'aproximadament 50 °C (fuel i gas), el vapor d'aigua contingut en els gasos de combustió té la possibilitat de transmetre una quantitat important d'energia, de l'ordre d'una desena part del poder calorífic inferior del combustible (vegeu major poder calorífic). Aquesta energia es recupera després en un condensador (bescanviador de gran superfície, del qual un costat és escombrat pels gasos de combustió i l'altre per l'aigua del circuit de calefacció). Els gasos que surten del bescanviador de calor principal (caldera, a uns 180 °C) baixen de temperatura (temperatura final mínima 60 °C ) i alliberen la seva energia a l'aigua que passa a través del condensador (sovint tubs). Evidentment, això permet augmentar l'eficiència global (més calor recuperada amb la mateixa quantitat de combustible). No obstant això, és necessari garantir que el conducte d'evacuació dels gasos cremats estigui dissenyat per a aquesta baixa temperatura (problema de tir tèrmic, condensació d'àcid sulfúric, especialment per al fuel) i que tingui la possibilitat d'evacuar l'aigua produïda.
No són adequats els conductes de pedra, maó i materials anteriors a l'any 2000. És imprescindible la canonada (instal·lació d'un conducte intern) en Fluorur de polivinilidè (PVDF) (que resisteix fins a 120 °C) o acer inoxidable per a evitar aquests problemes: es requereixen aproximadament 0,7 litres d'aigua produïda per litre de fuel i 1,1 litres d'aigua per metre cúbic per metre cúbic de gas natural cremat. Per a una caldera de 20 kW, això representa entre 1,4 l/h i 2 l/h d'aigua produïda que necessàriament ha de ser canalitzada.
Des dels anys 80 del segle xx tots els fabricants de calderes han millorat l'eficiència dels seus productes, cosa que significa que la temperatura de sortida dels gasos cremats ha disminuït i, per tant, que la condensació del vapor d'aigua és inevitable al final del flux de fums o fins i tot abans. Per tant, l'entubar és l'única manera d'evitar danys.
Condensació en construcció d'edificis
[modifica]
La condensació en la construcció d'edificis és un fenomen indesitjat, ja que pot causar creixement de fongs o herbes, ressecament de les fustes, corrosió i pèrdua d'energia, a causa de la transferència de calor.
Per a alleujar aquests problemes, és necessari reduir la humitat de l'aire interior o millorar la ventilació de l'aire en l'edifici. Això es pot fer de diverses maneres, per exemple obrint finestres, encenent extractors, usant deshumidificadors, eixugant la roba a l'aire lliure i tapant olles i paelles mentre es cuina. Es poden instal·lar sistemes d'aire condicionat o ventilació que ajudin a eliminar la humitat de l'aire i a moure l'aire per tot l'edifici.[10] La quantitat de vapor d'aigua que es pot emmagatzemar en l'aire es pot augmentar simplement augmentant la temperatura.[10] Tanmateix, això pot ser una arma de doble tall, ja que la major part de la condensació en la llar es produeix quan l'aire càlid i humit entra en contacte amb una superfície freda. A mesura que l'aire es refreda, ja no pot contenir tant de vapor d'aigua. Això condueix a la deposició d'aigua en la superfície freda. Això és molt evident quan s'utilitza calefacció central en combinació amb finestres d'un sol envidrament a l'hivern.
La condensació interestructural pot ser causada per ponts tèrmics, o per manca o insuficiència d'aïllament a la humitat o d'envidrament aïllant.[11]
Condensació en la naturalesa
[modifica]
En la naturalesa es dona el procés de la condensació de vapor d'aigua en baixar la temperatura, per exemple, amb la rosada a la matinada. El vapor únicament es condensa en una superfície quan la temperatura d'aquesta superfície és menor que la temperatura de saturació per a la pressió a la qual es troba el vapor. Durant aquest procés la molècula d'aigua allibera energia en forma de calor, això té part de la responsabilitat de la sensació de temperatura major en un ambient molt càlid i molt humit: la humitat que condensa en la nostra pell ens està transmetent una calor addicional. Addicionalment, aquesta humitat fa inútil el procés natural de refrigeració per suor i evaporació. La temperatura ambiental també augmenta lleugerament.
Taula
[modifica]Aquesta taula mostra les transicions de fase de la matèria, indicant com s'anomena el canvi d'estat en cada cas.
| Sòlid | Líquid | Gas | Plasma | |
|---|---|---|---|---|
| Sòlid | Fusió | Sublimació | ||
| Líquid | Solidificació | Vaporització | ||
| Gas | Sublimació inversa | Condensació | Ionització | |
| Plasma | Recombinació |
Referències
[modifica]
- 1 2 IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2a ed. ("The Gold Book") (1997). Versió corregida en línia: (2006–) "condensation in atmospheric chemistry" (en anglès).
- ↑ FogQuest - Fog Collection / Water Harvesting Projects - Welcome
- ↑ FogQuest - Fog Collection / Water Harvesting Projects - Welcome
- ↑ Warsinger, David M.; Mistry, Karan H.; Nayar, Kishor G.; Chung, Hyung Won; Lienhard V., John H. «Entropy Generation of Desalination Powered by Variable Temperature Waste Heat». Entropy, vol. 17, 11, 2015, p. 7530–7566. Bibcode: 2015Entrp..17.7530W. DOI: 10.3390/e17117530.
- ↑ White, F.M. ‘Heat and Mass Transfer’ © 1988 Addison-Wesley Publishing Co. pp. 602–604
- ↑ Q&A: Microchannel air-cooled condenser; Heatcraft Worldwide Refrigeration; April 2011; «Archived copy» (en anglès). Arxivat de l'original el 2012-04-17. [Consulta: 20 febrer 2013].
- ↑ Enright, Ryan «Dropwise Condensation on Micro- and Nanostructured Surfaces». Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering, vol. 18, 3, 23-07-2014, p. 223–250. Bibcode: 2014NMTE...18..223E. DOI: 10.1080/15567265.2013.862889.
- 1 2 VDI 2264:2001-07 Posada en servei, funcionament i manteniment de sistemes separadors per a l'eliminació de substàncies gasoses i partícules dels corrents de gas. Beuth Verlag, Berlín, p. 58.
- ↑ Götz-Gerald Börger, Uwe Listner, Martin Schulle: Purificación del aire de escape en ACHEMA '94. En: Polvo - Aire Limpio 54, nº 12, 1994, ISSN 0949-8036, pp. 471-474.
- 1 2 «Condensation» (en anglès). Property Hive. Arxivat de l'original el 2013-12-13.
- ↑ «Condensation around the house - what causes condensation» (en anglès). diydata.com. Arxivat de l'original el 2008-01-13.
- «Condensation principles (Picture)». Arxivat de l'original el 2007-03-26. [Consulta: 17 gener 2013].
 | ||
| Baixa energia | ||
| Alta energia | ||
| Altres estats | Col·loide · Cristall líquid · Líquid string-net · Ordenat magnèticament (antiferromagnètic, ferrimagnètic, ferromagnètic) · Supervidre · Vidre | |
| Canvis d'estat | ||
| Quantitats | ||
| Conceptes | ||
