PARTE IV UNA TAZA DE CAFÉ
Hoy
es el primer día en la guardería para mi hija de 20 meses y creo que ha sido
más fuerte para mí que para ella, hasta el punto que he decidido preparar yo
mismo el café de la oficina, para lo cual he tenido que pedir la ayuda de mis
compañeros porque normalmente ni preparo café ni lo tomo. Después de unas
cuantas tazas creo que comencé a sentir el efecto del café y me detuve a pensar
cómo funciona la cafetera (una cafetera eléctrica como la mostrada en la figura
1). Por lo pronto lo único que conozco es que he llenado el compartimiento de
la cafetera con agua y luego de encenderla, al cabo de pocos momentos, el agua
comenzó a fluir desde el depósito a través de un tubo vertical hasta llegar a
la parte superior donde se encuentra el café molido. ¿Cómo hizo el agua para
fluir desde abajo hacia arriba? No, no es una bomba lo que impulsa el agua en
contra de la fuerza de la gravedad. El agua almacenada en el depósito de la
cafetera pasa a través de un pequeño orificio ubicado en el fondo del mismo y
llena un tubo que está en contacto con el sistema de calentamiento del equipo y
que tiene el otro extremo conectado al tubo vertical de la cafetera. El agua
dentro de los tubos comienza a calentarse y es parcialmente vaporizada. La
mezcla líquido-vapor tiene una densidad mucho menor a la del agua fría que aún
se encuentra en el depósito. Si leyeron el artículo sobre presión publicado
en este blog, sabrán que una columna de
fluido ejerce una presión en la base de la misma que es proporcional a su
densidad. Por ejemplo, una columna de 321 pie de agua a 60°F genera una presión en la
base de 100 psig, mientras que una columna con la misma altura pero de querosén
a 60 °F
(gravedad específica 0,75) generaría una presión de 75 psig. Volviendo a la
cafetera, la diferencia de densidad genera también una diferencia de presión la
cual hace que el fluido se mueva a través del tubo vertical. Volviendo al punto
inicial, ¿cómo la estará pasando mi hija?
Figura 1
Para
serles sincero, nunca pensé que existiera una similitud entre esta máquina de
hacer café y el proceso de destilación. No se preocupen, no es el exceso de
café de hoy lo que me hace pensar eso. Lo que acabo de explicar que ocurre dentro
de la cafetera es el efecto termosifón. La mayoría de los rehervidores
utilizados en las columnas de destilación son del tipo termosifón (la figura 2
muestra uno de los arreglos disponibles para un rehervidor termosifón), el cual
funciona de la misma manera que la cafetera. En el fondo de la torre debe haber
una columna de líquido que permite que este fluya a través del intercambiador
de calor, donde es calentado y parcialmente vaporizado, produciéndose una
diferencia de densidad que genera el movimiento del fluido de retorno a la
torre. La figura 2 junto con la siguiente explicación fueron tomadas del libro A
Working Guide To Process Equipment (3ª Edición) de Norman Lieberman y publicado
por McGraw Hill.
Figura 2
De
acuerdo a los datos mostrados en la figura:
- La gravedad específica del líquido a la entrada del rehervidor es 0,6
- La altura de líquido sobre la entrada del rehervidor es 20 ft
- La gravedad específica de la mezcla líquido-vapor a la salida es de 0,061
- La altura de la línea de retorno es 15 ft
Por
lo tanto, la diferencia de presión es
Esta
diferencia de presión representa la fuerza impulsora disponible para que la
mezcla líquido-vapor pueda retornar a la columna, tomando en cuenta la pérdidas
en las líneas de entrada y salida, en las boquillas y en el rehervidor.
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