La presión de vapor del agua es la presión ejercida por las moléculas de vapor de agua en forma gaseosa (ya sea pura o en mezcla con otros gases como el aire). La presión de vapor de saturación es la presión a la que el vapor de agua está en equilibrio termodinámico con su estado condensado . A presiones superiores a la presión de vapor de saturación, el agua se condensaría , mientras que a presiones inferiores se evaporaría o sublimaría . La presión de vapor de saturación del agua aumenta con el aumento de la temperatura y se puede determinar con la relación de Clausius-Clapeyron . El punto de ebullición del agua es la temperatura a la que la presión de vapor saturada es igual a la presión ambiental. El agua superenfriada por debajo de su punto de congelación normal tiene una presión de vapor más alta que la del hielo a la misma temperatura y, por lo tanto, es inestable.
Los cálculos de la presión de vapor (de saturación) del agua se utilizan habitualmente en meteorología . La relación entre la temperatura y la presión de vapor describe inversamente la relación entre el punto de ebullición del agua y la presión. Esto es relevante tanto para cocinar a presión como para cocinar a grandes altitudes. La comprensión de la presión de vapor también es relevante para explicar la respiración a gran altitud y la cavitación .
Existen muchas aproximaciones publicadas para calcular la presión de vapor saturado sobre agua y sobre hielo. Algunas de ellas son (en orden aproximado de precisión creciente):
A continuación se presenta una comparación de las precisiones de estas diferentes formulaciones explícitas, que muestran las presiones de vapor de saturación para agua líquida en kPa, calculadas a seis temperaturas con su error porcentual a partir de los valores de la tabla de Lide (2005):
En Alduchov y Eskridge (1996) se presenta una discusión más detallada de la precisión y consideraciones de la inexactitud en las mediciones de temperatura. El análisis aquí muestra que la fórmula simple no atribuida y la ecuación de Antoine son razonablemente precisas a 100 °C, pero bastante pobres para temperaturas más bajas por encima del punto de congelación. Tetens es mucho más precisa en el rango de 0 a 50 °C y muy competitiva a 75 °C, pero la de Antoine es superior a 75 °C y más. La fórmula no atribuida debe tener un error cero alrededor de los 26 °C, pero es de muy mala precisión fuera de un rango estrecho. Las ecuaciones de Tetens son generalmente mucho más precisas y posiblemente más sencillas para su uso a temperaturas cotidianas (por ejemplo, en meteorología). Como se esperaba, [ aclaración necesaria ] la ecuación de Buck para T > 0 °C es significativamente más precisa que Tetens, y su superioridad aumenta notablemente por encima de los 50 °C, aunque es más complicada de usar. La ecuación de Buck es incluso superior a la más compleja ecuación de Goff-Gratch en el rango necesario para la meteorología práctica.
Para cálculos serios, Lowe (1977) [4] desarrolló dos pares de ecuaciones para temperaturas por encima y por debajo del punto de congelación, con diferentes niveles de precisión. Todas son muy precisas (en comparación con Clausius-Clapeyron y Goff-Gratch ), pero utilizan polinomios anidados para un cálculo muy eficiente. Sin embargo, existen revisiones más recientes de formulaciones posiblemente superiores, en particular Wexler (1976, 1977), [5] [6] reportadas por Flatau et al. (1992). [7]
También se pueden encontrar ejemplos de usos modernos de estas fórmulas en el Modelo E del GISS de la NASA y en Seinfeld y Pandis (2006). La primera es una ecuación de Antoine extremadamente simple, mientras que la segunda es un polinomio. [8]
En 2018, Huang [9] ideó y probó una nueva fórmula de aproximación inspirada en la física y también analiza otros intentos recientes.
