Calculadora de la presión de vapor del agua

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.

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.

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 ($T\uparrow$) → aumenta la energía cinética de sus moléculas ($E_{\mathrm{k}}\uparrow$) → Aumenta el número de moléculas que pasan al estado de vapor → Aumenta la presión de vapor ($P\uparrow$)

  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.

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:

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

2. Fórmula de Antoine:

La temperatura $T$ se expresa en grados Celsius y la presión de vapor $P$ en $\mathrm{mmHg}$. 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:

donde $T$ se expresa en $\degree\mathrm{C}$ y $P$ en $\mathrm{kPa}$.

4. Fórmula de Tetens:

donde $T$ se expresa en $\degree\mathrm{C}$ y $P$ en $\mathrm{kPa}$.

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

donde $T$ se expresa en $\degree\mathrm{C}$ y $P$ en $\mathrm{kPa}$.

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 $0\ \degree\mathrm{C}$ - $100\ \degree\mathrm{C}$ ($32\ \degree\mathrm{F}$ - $212\ \degree\mathrm{F}$). Los valores de referencia proceden de la tabla de Lide con la presión de vapor del agua (todas las presiones se indican en $\mathrm{kPa}$).

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 $0\ \degree\mathrm{C}$ - $50\ \degree\mathrm{C}$, pero Buck las supera a todas en todos los valores comprobados. Los valores empiezan a diferir significativamente para temperaturas superiores a $100\ \degree\mathrm{C}$, 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:

• Uno para describir la curva de presión de vapor hasta el punto de ebullición normal. Para el agua, es el intervalo $0\ \degree\mathrm{C}$ - $100\ \degree\mathrm{C}$ o $32\ \degree\mathrm{F}$ - $212\ \degree\mathrm{F}$.

Así que la ecuación de Antoine es

• El segundo para el intervalo desde el punto de ebullición normal hasta el punto crítico ($100\ \degree\mathrm{C}$ - $374\ \degree\mathrm{C}$ - o $212\ \degree\mathrm{F}$ - $705\ \degree\mathrm{F}$ - para el agua)

Así que la fórmula es la siguiente

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.

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:

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

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 $86\ \degree\mathrm{F}$ ($30\ \degree\mathrm{C}$).

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 ($4.232\ \mathrm{kPa}$), pero la fórmula del Buck ($4.245\ \mathrm{kPa}$) 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: $\mathrm{Pa}$, $\mathrm{hPa}$, $\mathrm{torr}$, $\mathrm{mmHg}$ o cualquier otra unidad.