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Calculadora de la presión de vapor del agua

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Índice general

¿Qué es la presión de vapor? Definición de presión de vaporFactores que influyen en la presión de vaporFórmulas de presión de vaporPresión de vapor del aguaCómo utilizar la calculadora de la presión de vapor del aguaPreguntas frecuentes

La calculadora de la presión de vapor del agua es una herramienta práctica que puede ayudarte a determinar la presión de vapor del agua y del hielo. Solo tienes que teclear la temperatura, y la presión aparecerá al momento. ¡Pruébalo! Si no estás seguro de lo que es la presión de vapor, sigue leyendo. Encontrarás la definición, cinco fórmulas diferentes de presión de vapor y detalles sobre la más utilizada: la ecuación de Antoine.

¿Qué es la presión de vapor? Definición de presión de vapor

ilustración de la presión de vapor, frontera entre gas y líquido

La presión de vapor es la presión ejercida por un vapor que está en equilibrio termodinámico con sus fases condensadas (sólido o líquido) en un sistema cerrado a una temperatura dada. El equilibrio, es decir, el estado estacionario entre evaporación y condensación, se produce cuando:

Tasa de evaporación del líquido = Tasa de condensación del gas

La presión de vapor es una de las características de los fluidos: es una medida de la tendencia de un material a pasar al estado gaseoso/vapor. La presión de vapor de un líquido puede medirse de muchas formas, por ejemplo, mediante un manómetro conectado a un matraz con el líquido medido.

Factores que influyen en la presión de vapor

Hay dos factores que influyen en la presión de vapor:

  • La temperatura

    Cuanto mayor es la temperatura, más moléculas tienen energía suficiente para escapar del líquido o sólido, lo que da lugar a valores más altos de presión de vapor.

    Aumenta la temperatura de un líquido (TT\uparrow) → aumenta la energía cinética de sus moléculas (EkE_{\mathrm{k}}\uparrow) → Aumenta el número de moléculas que pasan al estado de vapor → Aumenta la presión de vapor (PP\uparrow)

    A temperaturas más bajas, menos moléculas tienen energía suficiente para evaporarse.

  • Naturaleza de la sustancia (tipos de moléculas)

    La presión de vapor será relativamente baja para las sustancias con fuerzas intermoleculares más fuertes. Por el contrario, la presión de vapor es relativamente alta para fuerzas relativamente débiles.

    Lo importante es mencionar el hecho de que la superficie de la sustancia líquida/sólida en contacto con el gas no afecta a la presión de vapor. Así que no importa si ponemos nuestro líquido en un matraz ancho o en una probeta graduada fina: la presión de vapor sigue siendo la misma.

Fórmulas de presión de vapor

Existen muchas fórmulas diferentes, gracias a las cuales puedes calcular la presión de vapor del agua. La más conocida y establecida es la ecuación de Antoine, pero también existen otros métodos (y funcionan mejor en condiciones típicas). En nuestra calculadora, las encontrarás implementadas:

1. Fórmula simple:

Psimple=e20.3865132T+273.15P_{\mathrm{simple}} = \mathrm{e}^{20.386-\frac{5132}{T+273.15}}

donde la presión de vapor se expresa en mmHg\mathrm{mmHg} y la temperatura en kelvin.

2. Fórmula de Antoine:

PAntoine=10ABC+TP_\mathrm{Antoine} = 10^{A-\frac{B}{C+T}}

La temperatura TT se expresa en grados Celsius y la presión de vapor PP en mmHg\mathrm{mmHg}. Salta a la siguiente sección para leer más sobre las constantes de la fórmula de Antoine.

3. Fórmula de Magnus, también conocida como ecuación de August-Roche-Magnus o Magnus-Tetens:

PMagnus=0.61094 ⁣× ⁣e17.625×TT+243.04P_{\mathrm{Magnus}}= 0.61094\!\times\!\mathrm{e}^{\frac{17.625 \times T}{T+ 243.04}}

donde TT se expresa en °C\degree\mathrm{C} y PP en kPa\mathrm{kPa}.

4. Fórmula de Tetens:

PTetens=0.61078 ⁣× ⁣e17.27×TT+237.3P_{\mathrm{Tetens}}= 0.61078 \!\times\!\mathrm{e}^{\frac{17.27 \times T}{T + 237.3}}

donde TT se expresa en °C\degree\mathrm{C} y PP en kPa\mathrm{kPa}.

5. Fórmula de Buck, también conocida como ecuación de Arden Buck:

PBuck= 0.61121×e(18.678T234.5)×T257.14+T\begin{split} P_{\mathrm{Buck}} =\ &0.61121\\&\times\mathrm{e}^{\left(18.678 - \frac{T}{234.5}\right)\times\frac{T}{257.14+T}} \end{split}

donde TT se expresa en °C\degree\mathrm{C} y PP en kPa\mathrm{kPa}.

También puedes utilizar otra ecuación, llamada fórmula de Goff-Gratch, pero como es más complicada (y aproximadamente tan exacta como la fórmula de Buck), no la hemos implementado en nuestra calculadora de la presión de vapor del agua. La tabla siguiente muestra la comparación de las precisiones entre las distintas fórmulas para varias temperaturas del intervalo 0 °C0\ \degree\mathrm{C} - 100 °C100\ \degree\mathrm{C} (32 °F32\ \degree\mathrm{F} - 212 °F212\ \degree\mathrm{F}). Los valores de referencia proceden de la tabla de Lide con la presión de vapor del agua (todas las presiones se indican en kPa\mathrm{kPa}).

T [°C]

T [F]

P (Tabla de Lide)

P (Simple)

P(Antoine)

P (Magnus)

P (Tetens)

P (Buck)

0

32

0.6113

0.6593 (+7.85%)

0.6056 (-0.93%)

0.6109 (-0.06%)

0.6108 (-0.09%)

0.6112 (-0.01%)

20

68

2.3388

2.3755 (+1.57%)

2.3296 (-0.39%)

2.3334 (-0.23%)

2.3382 (+0.05%)

2.3383 (-0.02%)

35

95

5.6267

5.5696 (-1.01%)

5.6090 (-0.31%)

5.6176 (-0.16%)

5.6225 (+0.04%)

5.6268 (+0.00%)

50

122

12.344

12.065 (-2.26%)

12.306 (-0.31%)

12.361 (+0.13%)

12.336 (+0.08%)

12.349 (+0.04%)

75

167

38.563

37.738 (-2.14%)

38.463 (-0.26%)

39.000 (+1.13%)

38.646 (+0.40%)

38.595 (+0.08%)

100

212

101.32

101.31 (-0.01%)

101.34 (+0.02%)

104.077 (+2.72%)

102.21 (+1.10%)

101.31 (-0.01%)

Como puedes observar, la ecuación de Antoine es razonablemente precisa para las temperaturas más altas, pero las bajas se calculan con un error bastante grande. La ecuación de Tetens funciona bien para el intervalo 0 °C0\ \degree\mathrm{C} - 50 °C50\ \degree\mathrm{C}, pero Buck las supera a todas en todos los valores comprobados. Los valores empiezan a diferir significativamente para temperaturas superiores a 100 °C100\ \degree\mathrm{C}, y la ecuación de Antoine suele ser la más precisa.

Ecuación de Antoine

La ecuación de Antoine se deriva de la relación Clausius-Clapeyron (la que utilizamos en nuestra calculadora del punto de ebullición 🇺🇸). Es una fórmula semiempírica que describe la asociación entre la presión de vapor y la temperatura. Funciona para muchas sustancias, aunque necesitas conocer los coeficientes. Normalmente, se utilizan dos conjuntos de parámetros para un mismo componente:

PAntoine=10ABC+TP_{\mathrm{Antoine}} = 10^{A-\frac{B}{C+T}}
  • Uno para describir la curva de presión de vapor hasta el punto de ebullición normal. Para el agua, es el intervalo 0 °C0\ \degree\mathrm{C} - 100 °C100\ \degree\mathrm{C} o 32 °F32\ \degree\mathrm{F} - 212 °F212\ \degree\mathrm{F}.
A=8.07131B=1730.63C=233.426\qquad \begin{split} A& = 8.07131\\ B& =1730.63\\ C&=233.426 \end{split}

Así que la ecuación de Antoine es

PAntoine=108.071311730.63233.426+T\qquad P_{\mathrm{Antoine}} = 10^{8.07131-\frac{1730.63}{233.426+T}}
  • El segundo para el intervalo desde el punto de ebullición normal hasta el punto crítico (100 °C100\ \degree\mathrm{C} - 374 °C374\ \degree\mathrm{C} - o 212 °F212\ \degree\mathrm{F} - 705 °F705\ \degree\mathrm{F} - para el agua)
A=8.14019B=1810.94C=244.485\qquad \begin{split} A& = 8.14019\\ B& =1810.94\\ C&=244.485 \end{split}

Así que la fórmula es la siguiente

PAntoine=108.140191810.94244.485+T\qquad P_{\mathrm{Antoine}} = 10^{8.14019-\frac{1810.94}{244.485+T}}

A veces, la ecuación de Antoine se simplifica (omitiendo el coeficiente C) o se amplía con tres términos adicionales, lo que puede aumentar la flexibilidad de la ecuación.

🙋 Antes de pasar a la siguiente sección, asegúrate de controlar las conversiones entre las distintas unidades de medida de presión: nuestro conversor de presión 🇺🇸 es una ayuda para hacerlo. También puedes probar nuestro convertidor de temperatura 🇺🇸 para un ejercicio mnemotécnico más fácil

Presión de vapor del agua

La presión de vapor del agua es la presión a la que el vapor de agua está en equilibrio termodinámico con su estado condensado. El agua se condensará si aumentamos la presión y mantenemos la temperatura.

Echa un vistazo a esta práctica tabla de presión de vapor del agua para encontrar rápidamente la presión para distintas temperaturas:

T [°C]

T [°F]

P [kPa]

P [torr]

P [atm]

0

32

0.6113

4.5851

0.0060

5

41

0.8726

6.5450

0.0086

10

50

1.2281

9.2115

0.0121

15

59

1.7056

12.7931

0.0168

20

68

2.3388

17.5424

0.0231

25

77

3.1690

23.7695

0.0313

30

86

4.2455

31.8439

0.0419

35

95

5.6267

42.2037

0.0555

40

104

7.3814

55.3651

0.0728

45

113

9.5898

71.9294

0.0946

50

122

12.3440

92.5876

0.1218

55

131

15.7520

118.1497

0.1555

60

140

19.9320

149.5023

0.1967

65

149

25.0220

187.6804

0.2469

70

158

31.1760

233.8392

0.3077

75

167

38.5630

289.2463

0.3806

80

176

47.3730

355.3267

0.4675

85

185

57.8150

433.6482

0.5706

90

194

70.1170

525.9208

0.6920

95

203

84.5290

634.0196

0.8342

100

212

101.3200

759.9625

1.0000

Dos de fórmulas anteriores tienen una versión para la presión de vapor del agua sobre el hielo (por tanto, para temperaturas inferiores a 0 °C0\ \degree\mathrm{C}). Escribe temperaturas negativas en la calculadora, y la presión de vapor se determinará según las fórmulas de Buck y Teten.

🙋 ¡Para una herramienta más genérica, visita nuestra calculadora de presión de vapor 🇺🇸!

Cómo utilizar la calculadora de la presión de vapor del agua

Ahora que ya sabes lo que es la presión de vapor y has oído hablar de diferentes fórmulas de presión de vapor, ha llegado el momento de hacer una demostración práctica. Esta calculadora es una de las más fáciles de usar, ya que sólo tienes que introducir un valor, ¡no deberías tener ningún problema para utilizarla! Pero por si acaso, te mostramos el ejemplo:

  1. Introduce la temperatura. Supongamos que queremos calcular la presión de vapor del agua en 86 °F86\ \degree\mathrm{F} (30 °C30\ \degree\mathrm{C}).

  2. ¡Puf! La calculadora de la presión de vapor del agua halla la presión según cinco fórmulas. La más utilizada es la ecuación de Antoine (4.232 kPa4.232\ \mathrm{kPa}), pero la fórmula del Buck (4.245 kPa4.245\ \mathrm{kPa}) suele ser la más precisa para los rangos de temperatura más comunes.

  3. Si quieres obtener el resultado en una unidad de presión diferente, simplemente haz clic en el nombre de la unidad y elige la que necesites: Pa\mathrm{Pa}, hPa\mathrm{hPa}, torr\mathrm{torr}, mmHg\mathrm{mmHg} o cualquier otra unidad.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la presión de vapor?

La presión de vapor del agua es el punto de equilibrio entre el número de moléculas de agua que se mueven entre la fase líquida y la fase gaseosa en un recipiente cerrado. En este punto, hay tantas moléculas que salen del líquido y entran en la fase gaseosa como moléculas que salen de la fase gaseosa y entran en la fase líquida.

¿Aumenta la presión de vapor con la temperatura?

, la presión de vapor aumenta con la temperatura, ya que las moléculas reciben más energía para escapar de la fase líquida y pasar a la fase gaseosa. Ten en cuenta que se necesita un recipiente cerrado, pues, de lo contrario, las moléculas en fase gaseosa saldrán volando.

¿Cómo puedo calcular la presión de vapor del agua a 80 °C?

La presión de vapor del agua a 80 °C será de 47.27 kPa (fórmula de Antoine) o de 46.19 kPa (fórmula simple).

Para hallar la presión de vapor del agua:

  1. Utiliza una de las aproximaciones populares, por ejemplo, la fórmula de Antoine:

    PAntoine = 10A-B/(C+T) = 108.14019-1810.94/(244.485+T)

  2. Introduce T = 80 °C en grados Celsius: 108.14019−1810.94/(244.485+80).

  3. Calcula 101.6746 = 47.27 kPa.

  4. Compáralo con la fórmula simplificada:

    Psimple = e20.386-5132/(T+273.15) = e20.386-5132/(80+273.15) = 46.19 kPa

¿Puede ser cero la presión de vapor del agua?

No, la presión de vapor no puede ser cero cuando la temperatura es superior al cero absoluto. Ten en cuenta que muchos objetos han residido durante eones en el vacío del espacio, cuya temperatura no es cero absoluto, pero no se han evaporado porque tienen una presión de vapor distinta de cero (por ejemplo, los asteroides).

¿Por qué es tan importante la presión de vapor del agua?

La presión de vapor del agua es crucial para las formas de vida en la Tierra, ya que su valor es lo suficientemente alto como para permitir el proceso de evaporación, pero lo suficientemente bajo como para permitir también la existencia de agua líquida y sólida.

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