Vapore acqueo

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Acqua in ebollizione: le bolle sono costituite da vapore acqueo.

Il vapore acqueo è l'acqua allo stato di vapore ed è uno dei componenti della nostra atmosfera. È invisibile essendo inodore, incolore e trasparente. Quando il vapore acqueo si raccoglie in gran quantità e si mescola a polveri, gas vari, pollini, residui della combustione, diventa allora meno trasparente dando luogo al fenomeno della foschia o della caligine.

Condizioni termodinamiche del vapore acqueo[modifica | modifica sorgente]

A seconda delle condizioni (temperatura, pressione e umidità) a cui il vapore acqueo si trova, si parla di:

  • vapore saturo: è la condizione in cui il vapore si trova all'equilibrio con il liquido (acqua); una variazione anche minima di temperatura provoca lo spostamento da tale condizione;
  • vapore saturo umido: è il vapore saturo che contiene la massima quantità di liquido, che si trova sotto forma di minutissime goccioline; esempi di questo stato sono il vapore della pentola, la nebbia e le nuvole;
  • vapore saturo secco: è il vapore saturo con il minore quantitativo di liquido, ovvero quello che non contiene nessuna gocciolina d'acqua; in tali condizioni il vapore non è visibile; ad esempio l'improvvisa scomparsa della nebbia è dovuto al passaggio da vapore saturo a vapore saturo secco; succede infatti che l'umidità dell'aria passa dallo stato saturo umido (o punto di rugiada) allo stato secco, perché i raggi del sole hanno evaporato quelle goccioline e in conseguenza di ciò l'aria diviene trasparente;
  • vapore surriscaldato è un vapore che si trova in condizioni di non equilibrio; il termine "surriscaldato" indica che tale vapore presenta una temperatura superiore a quella che normalmente dovrebbe avere, per la pressione a cui si trova.

Per gli usi tecnologici fa molta differenza la distinzione tra saturo umido, secco e surriscaldato, perché l'impiego del vapore nelle macchine termiche, utilizza il salto termico, cioè dell'energia che trasporta, e dunque a pari quantità di vapore utilizzato, quelle goccioline d'acqua riducono fortemente l'energia disponibile e, nel caso di macchine veloci come le turbine a vapore, quelle goccioline battono violentemente sul metallo, rovinando le macchine.

Esempi[modifica | modifica sorgente]

Il vapore della pentola, è sempre uguale a 100 °C, perché questa temperatura è una condizione fisica tipica dell'acqua. Però nella pentola a pressione la cottura è più rapida perché quando il vapore è in pressione può raggiungere temperature più alte. Anche la temperatura dell'acqua, nella pentola a pressione, raggiunge e rimane alla stessa temperatura del vapore con cui si trova, e perciò il cibo cuoce più in fretta.

Anche nella pentola a pressione, il vapore è sempre "vapore saturo", perché è in presenza di acqua. È un vapore saturo sempre a circa 110 °C, perché la valvola mantiene costante una certa pressione. Non può aumentare di temperatura, perché la presenza di acqua funziona da "termostato".

Ma se per caso dimentichiamo la pentola e si asciuga tutta l'acqua, vedremmo che quel vapore raggiunge 150-200 °C, il metallo della pentola annerirà ed il nostro cibo brucerà, ma la pentola non può scoppiare perché la sua valvola di sfiato, la mantiene sempre alla stessa pressione. È invece il vapore che vi è in essa, a mutare di tipo, cioè raggiunge una temperatura più alta di quella che dovrebbe avere a quella pressione. Così avremo prodotto in casa il "vapore surriscaldato".

Nelle caldaie industriali si raggiungono pressioni di 50-60 atmosfere e si surriscalda il vapore a 450 °C.

Il vapore d'acqua, saturo o surriscaldato, è il fluido di lavoro delle macchine a vapore, in cui l'espansione del vapore viene utilizzata per muovere un pistone o una turbina così da produrre un lavoro meccanico.

Importanza[modifica | modifica sorgente]

Il vapore acqueo atmosferico è parte del ciclo idrologico, un sistema chiuso di circolazione dell’acqua dagli oceani e dai continenti verso l’atmosfera e viceversa, in un ciclo continuo di evaporazione, traspirazione, condensazione e precipitazione. La sua concentrazione in atmosfera è fortemente variabile nello spazio e nel tempo in funzione delle condizioni meteorologiche.

Effetto serra e vapore acqueo[modifica | modifica sorgente]

Il vapore acqueo è il gas serra a più alta concentrazione in atmosfera (in media 0,33% fino ad arrivare in certi periodi al 4%) ed è quello che contribuisce maggiormente all'effetto serra (con un contributo stimato del 70%, che raggiunge il 98% se viene considerato anche l'effetto creato dalle nuvole). La stessa teoria dell'effetto serra è nata ai primi del 1800 proprio per spiegare il ruolo determinante del vapore acqueo nell'atmosfera.

Nell’atmosfera, le molecole di acqua catturano il calore irradiato dalla Terra diramandolo in tutte le direzioni, riscaldando così la superficie della Terra prima di essere irradiato nuovamente nello spazio.

Tecnologia del vapore[modifica | modifica sorgente]

La tecnologia del vapore (come viene detto per antonomasia il vapore d'acqua) è stata sviluppata dal secolo XVII ed ha ricevuto applicazione effettiva nella seconda metà del secolo XVIII, ad opera soprattutto di scienziati ed ingegneri inglesi e francesi, tra cui si devono citare Denis Papin e James Watt. Il vapore d'acqua si ottiene industrialmente mediante evaporazione per ebollizione dell'acqua in apposite apparecchiature dette caldaie o più precisamente generatori di vapore.

Caratteristica fondamentale del vapore d'acqua è la capacità di trasporto di calore: alla pressione di 10 bar (1000 kPa) un chilo di vapore richiede 2013,6 kJ per cambiare di stato, e rende 2013,6 kJ condensando. Considerando che la temperatura di ebollizione a 10 bar è di 179,8 °C, e che quindi raffreddando da 179,8 a 0 °C 1 kg d'acqua si ottengono poco meno di 750 kJ, è evidente che trasporto 4 volte più energia usando vapore di quanta ne trasporti l'acqua.

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