Descripción
Al grano
Diferencia entre vapor de agua y humedad relativa en el análisis térmico
Cuando el agua se calienta hasta su punto de ebullición o superior, el agua cambia su forma agregada de líquida a gaseosa.
Entonces existe como vapor de agua (vapor).
Si este vapor se introduce en cualquier tipo de cámara o instrumento de reacción, se denomina aplicación de vapor de agua.
En cambio, todo gas puede transportar y contener cierta cantidad de agua a una temperatura determinada.
Esto se denomina humedad.
Considerando el aire como ejemplo, siempre hay una cantidad de agua contenida en el aire, incluso por debajo del punto de ebullición del agua, que se define como grado de humedad o humedad relativa.
A diferencia de la humedad relativa, por encima del punto de ebullición dependiente de la presión, que es de 100°C en condiciones de nivel del mar, el agua sólo existe en su fase gaseosa, en forma de vapor de agua.
Mezclando el vapor de agua, producido en un generador de vapor de agua, con un gas portador como el aire, el nitrógeno o el helio, se puede ajustar en nuestros analizadores la concentración variable (en Vol.-%, % en peso o ppm) del vapor de agua en el gas de muestra.
Además, dependiendo de la aplicación, la atmósfera de gas dentro del dispositivo puede ser estática o dinámica.
Las investigaciones típicas para atmósferas dinámicas de vapor de agua incluyen el calentamiento isotérmico de una muestra y la posterior dosificación de una concentración definida de vapor de agua para inducir una reacción.
Puede tratarse, por ejemplo, de mediciones de adsorción, desorción, reducción, oxidación o transformación.
En el análisis térmico, los generadores de vapor de agua se suelen utilizar en combinación con termobalanzas como la TGA y la STA (en el rango de presiones elevadas), así como con dilatómetros.
Mediciones dependientes de la presión en una atmósfera de vapor de agua
Por otro lado, el nivel máximo de presión del agua gaseosa viene definido por la curva de presión de vapor de saturación. Si la presión es demasiado elevada, el agua se condensa. Para temperaturas o presiones más elevadas, por encima del punto crítico, la densidad del agua líquida es tan grande como la del agua gaseosa, por lo que ya no puede condensarse. Esto se denomina estado supercrítico, por ejemplo, vapor de agua sobrecalentado.
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Aplicaciones
El ejemplo típico de aplicaciones de vapor de agua a temperaturas y niveles de presión elevados son los experimentos de gasificación de carbón y biomasa.
El ejemplo dado muestra un experimento típico de gasificación de carbón vegetal.
La muestra de carbón se calentó hasta una meseta isotérmica bajo atmósfera de nitrógeno a 50 bares de presión (TGA de alta presión – Termobalanza).
La señal de masa muestra la pérdida de componentes volátiles entre 20 y 40 min.
Tras añadir vapor de agua, el carbón se gasificó y se consumió casi por completo al cabo de 150 min, dando lugar a H2, CO, CH3OHy otros gases reactivos útiles, como muestra la curva roja de pérdida de masa.
Todo el proceso puede describirse así El carbono reacciona con el vapor de agua dando lugar a una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno.
El monóxido de carbono obtenido puede reaccionar con una segunda molécula de agua a dióxido de carbono e hidrógeno adicional y, finalmente, el hidrógeno resultante puede formar metano y otros hidrocarburos a partir del monóxido de carbono.
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