Un gran recipiente de agua caliente está flotando en el espacio. ¿Cómo puedo calcular la tasa de fuga si se abre un pequeño pinchazo?
Supongo que el agua se mantiene a 298K y en estado líquido dentro de la cámara.
Supongo que al despresurizarse, el agua se vaporizará inmediatamente y luego tardará un tiempo en congelarse y enfriarse. No estoy seguro si el cambio de fase es importante para estimar el caudal de fuga.
También espero que el caudal sea proporcional a la diferencia de presión, la viscosidad del agua y el tamaño del agujero. Simplemente no estoy seguro de cómo poner todo esto junto.
Se necesitaría algo más de información para responder a esta pregunta.
Usted dice que el agua se mantiene a 298K; lo suficientemente justo, puede plantear las condiciones, pero es posible que desee pensar si esa es una condición razonable o realista para la situación que le interesa. (Creo que un más una condición realista sería decir que el agua comienza a 298 K, y a partir de ese momento no se agrega ni elimina calor del sistema, por lo que la temperatura del agua desciende a medida que se produce vapor)
Otras condiciones que serían útiles:
Digamos por el bien de la discusión que el tanque de agua estaba inicialmente 100% lleno de agua (sin espacio de aire), a presión atmosférica (digamos 100,000 Pa). Cuando se abre un agujero, el agua comenzará a salir a chorros. La presión en la mayor parte del agua caerá muy rápidamente, pero antes de que llegue a cero, el agua comenzará a hervir (cuando la presión alcance el punto en el que el vapor y el agua están en equilibrio a 298 K). Esta no será una ebullición de equilibrio, la temperatura local real y la presión dependerán de varios factores cinéticos (por ejemplo, núcleos para promover la formación de burbujas de vapor, etc.).
Puede que no sea 100% realista, pero puede ser útil suponer que la generación de vapor se lleva a cabo lejos del orificio, es decir, el orificio expulsa solo agua, en lugar de una mezcla de agua y vapor (¡mucho más complicado!)
Como primera aproximación, es posible que desee buscar la presión de vapor del agua a 298 K, suponga que se aplica uniformemente al agua líquida y busque las ecuaciones apropiadas para el flujo de un líquido a través de un orificio con una caída de presión modesta (suponga desde la presión de vapor del agua en el interior hasta p=0 en el exterior). Dependiendo de si el agujero tiene bordes afilados o si tiene esquinas redondeadas, encontrará diferentes fórmulas aplicables. Un libro estándar de tablas de ingeniería bien podría tener lo que necesita (podría comenzar a buscar en el Manual de ingenieros químicos). Si el agujero no es muy pequeño, la viscosidad del agua podría tener poca o ninguna influencia; si el orificio es bastante pequeño, la viscosidad importará, pero será una cantidad fácilmente conocida (a partir de la temperatura del agua; la única suposición potencialmente poco realista que estamos haciendo es que se trata de agua líquida pura y no de vapor de agua). mezcla de hielo).