Acqua liquida satura: necessità di conoscere i fatti critici

Se consideriamo il diagramma di stato di una sostanza pura come quella dell'acqua, il Linea acqua liquida satura e Saturated Vapor Line dividono l'intero diagramma di fase in tre regioni distinte.

Una sostanza pura subisce cambiamenti di stato in base alla variazione di temperatura, pressione e volume della sostanza. La linea continua che separa il liquido compresso o sottoraffreddato dalla miscela satura di vapore e liquido è nota come Linea liquidi saturi.

La linea del liquido saturo indica il cambiamento di fase di una sostanza da liquido a vapore. Al di sotto della linea del liquido saturo, la sostanza è in forma liquida pura e sopra di essa è in forma di vapore parziale finché non viene aggiunto calore sufficiente per convertirla in vapore al 100%.

Per un profano l'acqua bolle a 100 °C e quindi l'acqua è considerata satura a quella temperatura. L'affermazione di cui sopra sarebbe valida quando l'acqua viene riscaldata a pressione atmosferica al livello del mare. Tuttavia, se l'acqua viene riscaldata a un'altitudine maggiore (come in una cima di una montagna) o in un ambiente chiuso pressurizzato (come in un caldaia), inizierebbe a bollire a temperature diverse. In altre parole, l’acqua raggiunge lo stato di saturazione a diverse temperature a diverse pressioni del sistema. Pertanto, una combinazione di vari valori di temperatura e pressione ai quali l'acqua esiste al suo interno la forma satura definisce la linea del liquido saturo per l'acqua.

Proprietà dell'acqua liquida satura

Se l'acqua esiste allo stato liquido alla sua temperatura e pressione di saturazione, è nota come liquido saturo o acqua liquida satura.

L'acqua o, del resto, qualsiasi liquido tende a perdere il suo stato di saturazione all'aumentare della sua temperatura o al diminuire della sua pressione.

Acqua liquida satura è definito da uno stato termodinamico specificato dai suoi insiemi di temperatura e pressione. L'acqua esiste allo stato liquido saturo a temperature comprese tra 0 gradi C e 374 gradi C con corrispondenti pressioni di saturazione comprese tra 0.006 bar e 200.9 bar. A temperature superiori a 374 gradi C o pressioni superiori a 200.9 bar, l'acqua esce sia in forma liquida che di vapore. Questi numeri di temperatura e pressione definiscono quello che viene chiamato il punto critico dell'acqua liquida.

D'altra parte, a una temperatura inferiore a 0 gradi C, l'acqua esiste come ghiaccio solido o coesiste come una miscela di acqua liquida e ghiaccio solido.

L'acqua satura si sottoraffredda quando la pressione aumenta oltre il suo stato di saturazione. I diversi stati dell'acqua sono rappresentati da nel seguente grafico:

Acqua liquida satura
Fonte immagine: il punto critico liquido-vapore in una pressione-temperatura diagramma di fase si trova all'estremo ad alta temperatura del confine di fase liquido-gas. La linea tratteggiata verde mostra il comportamento anomalo dell'acqua.https://en.wikipedia.org/wiki/Critical_point_(thermodynamics)

La densità dell'acqua liquida satura

Se consideriamo fluidi comprimibili come i gas, la densità aumenta con la diminuzione della temperatura e con l'aumento della pressione. Il liquido è definito fluido incomprimibile, quindi l'impatto della pressione sulle densità è minimo, ma la temperatura ha un certo impatto.

Per mantenere l'acqua liquida in uno stato saturo all'aumentare della temperatura, è necessario aumentare la pressione. Pertanto, sebbene minimo, l'impatto della diminuzione della densità dovuta all'aumento della temperatura è in parte controbilanciato da un aumento della rispettiva pressione di saturazione.

Acqua liquida satura a 0.01°C ha una densità di 999.79 kg/m3. La pressione corrispondente è 0.006 bar. Ad una temperatura di 100°C, la densità è di 958 kg/m3. La pressione corrispondente è 101.42 bar. Ciò indica che all'aumentare della temperatura, anche la densità dell'acqua liquida satura diminuisce.

Entalpia dell'acqua liquida satura

L'entalpia è la somma dell'energia interna e del lavoro fotovoltaico fatto.

L'energia interna di un composto dipende dalla sua temperatura e quindi dalla sua entalpia.

Se la temperatura di una sostanza aumenta, aumenta anche l'energia cinetica delle molecole con conseguente aumento della sua energia interna. Il lavoro fotovoltaico svolto con l'aumento della temperatura è nullo. Pertanto, l'impatto complessivo dell'entalpia con un aumento della temperatura è lo stesso dell'impatto su Energia interna con aumento della temperatura.

Tavola di acqua liquida satura

La falda acquifera liquida satura comprende i punti di regolazione della temperatura e della pressione in corrispondenza dei quali l'acqua esiste allo stato liquido saturo.

Per stato liquido saturo, implica che l'aggiunta di una piccola quantità di calore porterebbe alla vaporizzazione dell'acqua. Una tabella di saturazione standard per l'acqua rappresenta la densità, l'entalpia, l'entropia e il volume specifico ai corrispondenti valori di temperatura e pressione.

La falda acquifera liquida satura inizia con una temperatura di 0.01 °C con una pressione di saturazione corrispondente di 611 MPa o 0.006 bar. L'entalpia corrispondente è 2500.9 Kj/kg e l'entropia è 9.1555 KJ/Kg.K, la densità è 999.79 e il volume specifico di 1.00021 m3/Kg.

All'aumentare della temperatura nella falda freatica satura, la pressione corrispondente aumenta per mantenere l'acqua in uno stato liquido saturo. Con l'aumento della temperatura, la densità diminuisce e si ha anche un aumento del suo volume specifico. L'entalpia aumenta a causa di un aumento dell'energia interna, mentre d'altra parte l'entropia diminuisce.

Queste tabelle possono essere generate tramite software come WASP® e calcolatori online come uno disponibileera at https://www.spiraxsarco.com/resources-and-design-tools/steam-tables/saturated-water-line for varie temperature. Le falde acquifere sature sono disponibili anche in siti come https://www.cambridge.org/br/files/9813/6697/5550/Appendix_B.pdf.