La botella y la bodega de avión (1)
2013-07-09
Recientemente, me preguntaron sobre el probable destino de cierta botella y su líquido contenido al viajar en la bodega de un avión. ¿Podría explotar? ¿Podría tener una fuga? Esto depende de la botella en cuestión, su contenido y su cierre. Vamos a ver en varios capítulos lo que pasa; hoy toca el origen de todos nuestros problemas: el salto de presión.
Saltos de presión
La presión tiene mucho que decir en este asunto. La botella se cerró en tierra y, desde entonces, quedó sellada. Dentro de cierto rango de temperaturas y presiones, la botella se deforma muy poco y, al no haber fugas, la presión del interior se mantiene más o menos constante. Por supuesto, incluso si la botella es indeformable, la presión del interior puede variar un poco al hacerlo la temperatura ambiente. La botella contiene tanto líquido como aire gaseoso; con un contenido líquido bien incompresible sin gas saturado y una botella que no se deforma, el volumen de gas no varía y, como el aire es muy parecido a un gas ideal (salvo en condiciones extremas), la temperatura y la presión varían proporcionalmente. Si la temperatura varía poco (digamos un descenso de 20 K frente al entorno de los 300 K de una vivienda), entonces la presión también cambia en la misma proporción: una botella cerrada en Madrid a 94 kPa quedaría a 88 kPa tras un descenso de unos 20 K al meterla en un frigorífico.
Presión en el interior de una botella comparada con la atmosférica.
Las flechas negras representan cualitativamente la magnitud de la presión:
las flechas grandes indican presión alta y las flechas pequeñas indican
presión baja. La botella se mantiene más o menos a la presión que tenía
al cerrarla en tierra si la temperatura no varía significativamente.
La presión atmosférica cambia con la altitud. Podemos estimarla con un modelo como el de la atmósfera estándar. Ahora bien, la botella no está suelta y flotando en medio del aire: está guardada en el interior de la bodega de un avión. En un reactor comercial típico, la bodega está presurizada de modo que la presión en su interior no queda por debajo de la correspondiente a una altitud de 2400 m en atmósfera estándar: unos 75 kPa. En cuanto a la temperatura, ésta es variable, pero podemos asumir que no desciende en exceso, aunque puede ser un poquito más fría que la de la cabina de pasajeros. En tales condiciones, una botella indeformable y bien sellada mantendría su contenido a una presión superior similar a la de tierra y superior a la del ambiente en vuelo.
Otros artículos de la serie
- Sobre la resistencia de la pared de la botella.
- Estabilidad de un tapón de corcho.
- Planteamiento general de un experimento para medir la capacidad del tapón.
- Experimento para medir la capacidad del tapón: caso de frenada instantánea.
- Experimento para medir la capacidad del tapón: caso de frenada gradual.
- Primer diseño del experimento.
- Diseño prometedor del dispositivo experimental.
Categorías: Física
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