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tipo di vaporizzazione che interessa la superficie di un liquido Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
In fisica l'evaporazione è il passaggio di stato dal liquido a quello aeriforme (gas o vapore)[1] che coinvolge la sola superficie del liquido. Alla temperatura di ebollizione avviene invece il processo di ebollizione[1] che coinvolge l'intero volume del liquido. Entrambi i processi rappresentano il cambiamento di stato da liquido ad aeriforme vengono complessivamente identificati sotto il nome di vaporizzazione.[2]
In natura l'evaporazione è fondamentale nel ciclo dell'acqua: fiumi, laghi, mari e oceani cedono parte della propria acqua che raggiunge l'atmosfera terrestre sotto forma di vapore, dove è funzione della temperatura dell'aria, dell'umidità relativa e della velocità del vento. Il vapore per condensazione si trasforma successivamente in pioggia, neve o grandine. La fonte esterna di energia è l'energia radiante del Sole.[3] L'evaporazione è funzione diretta della temperatura e funzione inversa della pressione di vapore (umidità relativa) dell'ambiente: all'aumentare della temperatura aumenta il flusso evaporante e alla saturazione dell'ambiente si ha raggiungimento dell'equilibrio cioè a ogni molecola che evapora in un dato intervallo di tempo ce n'è in media un'altra che ritorna nella fase liquida nello stesso intervallo di tempo.
Anche la circolazione aerea ovvero il vento può favorire l'evaporazione. Nelle saline si sfrutta il fenomeno dell'evaporazione naturale per la produzione di sale.
L'evaporazione in impiantistica è il nome di due operazioni unitarie in cui:
Nel primo caso l'obiettivo dell'operazione è la separazione, mentre nel secondo caso è lo scambio termico.
In ambedue i casi l'apparecchiatura atta a compiere il processo unitario è detta evaporatore.
Nel processo di evaporazione, che è sempre endotermico,[1] l'entalpia del liquido soggetto a evaporazione diminuisce, per sottrazione di energia cinetica, di una quantità specifica denominata calore latente. Nei liquidi puri (ossia non in soluzione) questa cessione di energia avviene in modo isotermico, ossia senza variazione di temperatura.
A differenza del fenomeno dell'ebollizione, che avviene a temperature caratteristiche per ogni sostanza (a pressione fissata) e coinvolge l'intera massa di liquido, l'evaporazione avviene a qualsiasi temperatura, e coinvolge solo il pelo libero di un liquido.[6] In queste condizioni una molecola evapora dal liquido se acquista energia cinetica sufficiente ad allontanarsi dal pelo libero del liquido, il che avviene in maniera del tutto casuale ovvero secondo le leggi della statistica.
Il fenomeno dell'evaporazione segue la legge delle pressioni parziali di Dalton:
dove:
oppure, in termini energetici:
dove:
Per trasformare l'equazione in termini di tensione di vapore si può ipotizzare in prima approssimazione l'equazione di stato dei gas perfetti; per esempio, per l'acqua:
dove:
e quindi:
dove:
e quindi:
dove:
Il calcolo della quantità d'acqua evaporata da specchi liquidi in generale non è banale e in letteratura si prediligono espressioni empiriche che forniscono valori dell'evaporazione giornaliera, mensile o annua; ad esempio Rohuver (1931) propone per il calcolo dell'evaporazione giornaliera (mm/giorno):[7]
dove:
Dalton (1802) propone per l'evaporazione mensile (mm/mese):[7]
essendo:
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