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Modelo Matemático
Descripción
Modelo E1.4 - Cambio de Fase: Evaporación y Condensación
Una vez estructurada la red semántica, se busca asociar cada objeto a una variable que permita su formulación matemática. Las relaciones entre variables —expresadas en la red semántica como vectores y asociaciones entre objetos— se traducen en ecuaciones que describen el comportamiento. Estas ecuaciones se buscan, en la mayor medida posible, basadas en primeros principios, y no en algoritmos ajustados numéricamente solo para reproducir comportamientos medidos. El resultado es la red lógica del modelo: el conjunto de variables, con sus unidades y rangos, y las ecuaciones que las relacionan.
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Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Cambio de fase y calor latente
La evaporación consume y la condensación libera calor latente mientras la fase cambia. Esta energía puede ser mucho mayor que el calor sensible asociado a un incremento comparable de temperatura.
Grupo 2: Grupo 2: Regulación térmica de la superficie
La evaporación superficial desvía energía hacia el cambio de fase y limita el aumento de temperatura mientras queda agua disponible. Esto desacopla temporalmente la superficie cercana a ebullición de un interior todavía más frío.
Grupo 3: Grupo 3: Transferencia de masa y ambiente
La evaporación depende del gradiente entre densidad de vapor saturada en la superficie y densidad de vapor ambiente. Sequedad y ventilación mantienen el gradiente, aceleran la pérdida de agua y favorecen una costra más crujiente.
Grupo 4: Grupo 4: Clausius-Clapeyron y saturación
La presión de vapor de saturación aumenta fuertemente con la temperatura según Clausius-Clapeyron. La presión externa fija la condición de ebullición y desplaza la temperatura de ebullición en olla a presión o en altitud.
Grupo 5: Grupo 5: Presión de ebullición y velocidad de cocción
Una presión externa mayor exige una temperatura de saturación mayor para hervir; una presión menor la reduce. El cambio de temperatura de ebullición modifica la temperatura accesible durante cocción húmeda y, por ello, su rapidez.
Grupo 6: Grupo 6: Analogía calor-masa por número de Lewis
Para vapor de agua en aire, Le cercano a uno sustenta una analogía entre difusión térmica y de masa. El coeficiente convectivo de calor del modelo acoplado permite estimar un coeficiente de transferencia de masa y cerrar la tasa evaporativa.
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