temperatura de congelación del agua en atmósfera cerrada de vapor de agua.

[jaimeta]

Tengo una olla a presión con agua pura hasta la mitad. La pongo al fuego hasta para que hierva durante un buen rato. Cierro herméticamente la válvula de escape y dejo enfriar la olla metiéndola en un congelador. ¿A qué temperatura se congelaría el agua dentro de la olla?

[JCB]

Hola a tod@s.

1) Interpreto que el proceso de ebullición se realiza durante un tiempo suficiente, como para poder expulsar a todo el aire de dentro de la olla. En este supuesto, dentro quedaría agua líquida con vapor de agua. Suponiendo que la temperatura alcanzada fuese de $105\ ^{\circ}C$, la presión de vapor del agua sería de $120,90\ kPa=120.900\ Pa$ (tabla A-4, Çengel), mayor que la atmosférica.

2) A continuación, se cierra herméticamente la válvula (impidiendo la entrada de aire) y se coloca en el congelador. La temperatura empieza a descender, y como la presión de vapor solo depende de la temperatura, el agua empezaría a congelarse a una temperatura de $0,01\ ^{\circ}C$ (según el diagrama de fases del agua, http://tesla.us.es/wiki/index.php/Propiedades_del_agua), coincidiendo con el punto triple del agua.

¿ Cómo lo veis ?.

Saludos cordiales,
JCB.

[Richard R Richard]

No lo veo mal pero si que hay más opciones , digamos que así sería la evolución si la presión interna en equilibrio con la atmosférica, es mayor a la de punto triple y menor a la crítica al momento del cierre, aún así había aún algo de vapor que para congelar debería bajarse la temperatura mas abajo que el punto triple, digamos que la cantidad de agua es estado vapor a 6 milibares es casi despreciable respecto de medio recipiente, el tema es que no dicen cuanta masa se dejó escapar junto con el aire.
Si la presión por algún mecanismo extrrior, fuese mayor a la crítica, el congelamiento puede de empezar sin haber definido bien la fase líquida y terminar congelandose totalmente como en el otro caso en el punto triple y quedando nuevamente un resisuo gaseoso,que congela a menor temperatura como en el siguiente caso.

y una tercera opción si por algún mecanismo no descripto la presión atmosférica al cerrar el recipiente es menor que la crítica entonces no habrá fase líquida y congelará por debajo del punto crítico.

La sencillez del enunciado hace entender entre lineas, que el proceso es a presión atmosférica normal , sin aclararlo, así que no habria mecanismos externos. Por lo que las dos opciones que describo podrían obtener obviarse, pero nada aclara cual es la presión externa de equilibrio al cerrar la tapa.

reitero que siempre habrá un equilibrio gaseoso sólido, por lo que decir congelarse totalmente es un abstracción y podría darse por terminado el ejercicio en el punto triple, pero nada impide seguí congelado vapor residual debajo del punto triple.

Se entiende el matiz?

[JCB]

... / ...
así sería la evolución si la presión interna en equilibrio con la atmosférica, es mayor a la de punto triple y menor a la crítica al momento del cierre,
... / ...
Se entiende el matiz?

Hola a tod@s.

Sí, claro, en el momento del cierre (hermético) de la válvula, seguro que la presión interna es mayor que la presión en el punto triple $(0,6117\ kPa)$, e inferior a la presión crítica $(22,06\ MPa)$. De hecho, en nuestro artefacto doméstico, la presión interna sería de unos $120,90\ kPa$, como ya escribí anteriormente.

Saludos cordiales,
JCB.