Química

Coalescencia

Publicado por Mónica González

El proceso de colisión-coalescencia ocurre en algunas nubes calientes, esto es, nubes con temperatura por encima del punto de congelamiento del agua (0° C).

Fig. – El proceso de colisión – coalescencia

Estas nubes son enteramente compuestas por gotículas de agua líquida y precisan contener gotículas con diámetros mayores a 20mm para que se forme precipitación. Estas gotícula mayores se forman cuando núcleos de condensación “gigantes” están presentes y cuando partículas higroscópicas como la sal marina existen.

Estas partículas higroscópicas comienzan a remover vapor de agua del aire en humedades relativas por debajo de 100% y pueden crecer mucho. Como estas gotículas gigantes caen rápidamente, colisionan con las gotículas menores y más lentas y se combinan con ellas, volviéndose cada vez mayores.

Al volverse cada vez mayores caen más rápidamente y aumentan sus chances de colisión y crecimiento (ver figura arriba)

Luego de un millón de colisiones ellas están suficientemente grandes para caer hasta la superficie sin evaporarse

Las gotículas en nubes con gran profundidad y humedad abundante tienen más chances de alcanzar el tamaño necesario. Corrientes ascendentes también ayudan porque permiten que las gotículas atraviesen la nube varias veces.

Las gotas de lluvia pueden crecer hasta 6mm de diámetro, cuando su velocidad terminal es de 30km/h. A este tamaño y velocidad, la tensión superficial del agua  que la mantiene entera, es superada por la resistencia impuesta por el aire, que acaba “rompiendo” la gota. Las pequeñas gotas resultantes recomienzan la tarea de anexar gotículas de nube.

Gotas menores a 0,5 mm al alcanzar el suelo, son denominadas llovizna y requieren en torno de diez minutos para caer de una nube con base en los 1000 metros.

Las gotas de lluvia producidas en nubes calientes, son usualmente menores que aquellas de nubes frías. De hecho, raramente las gotas de lluvia de nubes calientes exceden los 2mm de diámetro.

El crecimiento de las gotas a través de una combinación del proceso de Bergeron más colisión coalescencia (en nubes frías) produce gotas mayores que el proceso de colisión coalescencia solo (en nubes calientes)

El Proceso de Bergeron

El proceso de Bergeron se aplica a nubes frías que están a temperatura por debajo de los 0º. Se basa en dos propiedades interesantes del agua:

La primera es la propiedad de que las gotículas de nube no se congelan a 0ºC coo se esperaría, de hecho, agua pura suspensa en el aire no se congela hasta alcanzar una temperatura en torno de los -40ºC.

El agua en estado líquido por debajo de 0ºC es generalmente denominada superenfriada. El congelamiento queda facilitado, pudiendo ocurrir en temperaturas más altas cuando las gotículas superfrías se agrupan sobre la superficie de una partícula sólida llamada núcleo de congelamiento.

Y la segunda propiedad importante del agua para el proceso de Bergeron es que la presión de vapor de saturación sobre cristales de hielo, es mucho menor que sobre gotículas de agua superfría.

El proceso de Bergeron depende de la diferencia entre la presión de saturación del vapor sobre el agua y sobre el hielo. Consideremos una nube a temperatura de -10ºC donde cada cristal de hielo está rodeado por muchos millares de gotículas líquidas. Si el aire está inicialmente saturado en relación al agua líquida, está supersaturado en relación a los recién formados cristales de hielo

Como resultado de esta supersaturación, los cristales de hielo colectan más moléculas de agua que pierden por sublimación. La deposición remueve vapor de agua de la nube y por eso cae la humedad relativa por debajo de 100% y las gotículas se evaporan.

Así, la evaporación continua de las gotículas provee una fuente de vapor y los cristales de huelo crecen a costo de las gotículas de agua superenfriada (vea la figura a continuación).

 

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