Guía de "¿Por qué echamos agua en un botijo?"

1.- ¿Por qué echamos agua en un botijo?

2.- ¿Con qué material harías un botijo?

3.- ¿Por qué está fresquita el agua de los botijos?

• Grava, arena de playa y arcilla.                                  
• 3 vasos de precipitado (500 ml cada uno).
• Probeta
• Embudo.
• Agua
• Cronómetro
• Papel de filtro
• Botijo y botijo de porcelana.
• Termómetro.

El botijo es un elemento típico de la cultura española, especialmente en el sur de nuestro país. Este dispositivo representa una de las obras de ingeniería más simples y efectivas, ya que sin ningún aporte de energía es capaz de enfriar el líquido que se encuentra en su interior. El funcionamiento del botijo se basa en la porosidad de su superficie, que a su vez está íntimamente relacionada con la permeabilidad de la misma, es decir, con la capacidad que tienen los materiales para que fluya el agua sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluidos. A su vez, tales espacios deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material.

Además de la porosidad hay otros factores que influyen en el efecto refrigerador del botijo como es la termodinámica del agua. Es por ello que en este trabajo, a  través de una serie de experimentos en los que, por un lado, compararemos la porosidad y permeabilidad de tres materiales diferentes (grava, arena y arcilla) y, por otro, estudiaremos la termodinámica de un botijo intentaremos dar respuesta a varias preguntas claves.

Estudio de la permeabilidad:

1. Se coloca un embudo encima de cada vaso de precipitado (hay 3, uno por cada muestra de suelo).
2. Se pone un cono de papel de filtro encima de cada embudo.
3. Se añade a cada filtro un tipo de suelo distinto, teniendo en cuenta que cada uno de ellos debe contener la misma cantidad de suelo.
4. Añadir a cada muestra la misma cantidad de agua (250 ml por ejemplo).
5. Cronometrar el tiempo que tarda en caer la primera y la última gota en cada muestra.
6. Anota en una tabla la cantidad de agua que se ha recogido en cada vaso y los tiempos cronometrados.

Estudio de la termodinámica de un botijo:

1. Llena un vaso de precipitado hasta la marca de 350 ml con agua y verterla en un botijo que sude, esa misma cantidad de agua verterla en otro botijo de porcelana.
2. Con un termómetro medimos la temperatura ambiente, la temperatura del agua al salir del grifo y la variación de temperatura dentro del botijo que suda y del de porcelana.
3. Hacer una tabla donde recojas todos estos datos y saca conclusiones.

¿Por qué echamos agua en un botijo? Por su capacidad para mantener el agua fresca, hasta 10 grados centígrados por debajo de la temperatura ambiente, es ideal para usar en los días calurosos y secos que abundan, sobretodo, en el verano de las regiones del interior de la península ibérica.

¿Con qué material harías un botijo? Con arcilla ya que este material presenta cierta porosidad, lo que le permite al agua del interior salir. Este efecto se conoce normalmente como sudar, ya que parece literalmente que el botijo suda agua de su interior y se enfría. No todos los botijos enfrían el agua ya que cuando los poros han sido destruídos o tapados ya sea por un proceso de vitrificación o por que se ha pintado o barnizado el exterior, el botijo no sudará y tampoco enfriará el agua, sólo servirá de adorno (por ejemplo los botijos de porcelana).

¿Por qué está fresquita el agua de los botijos? Hay tener en cuenta que las moléculas de agua en estado líquido se mueven deslizándose unas sobre otras y chocando entre sí. En el seno del líquido están en contacto unas con otras, pero en la superficie del agua algunas moléculas reciben de sus vecinas impulsos lo suficientemente fuertes como para escapar y mezclarse con el aire. Así se forma una nubecilla de vapor de agua que en condiciones normales se mantiene cerca de la superficie líquida.

Cada vez que una molécula escapa, el conjunto del líquido pierde energía de movimiento. Ese movimiento de las moléculas para nuestro caso, es lo que conocemos como "calor”. Las moléculas más "calientes” son las que se mueven más rápido y por eso pueden escapar del líquido; las que van quedando atrás son más lentas y frías.

En condiciones de equilibrio, alrededor de la superficie líquida, se acumula una gran cantidad de moléculas en movimiento rápido formando vapor, algunas de ellas chocan con la superficie de nuevo, pierden velocidad y se reincorporan al líquido. Cuando escapan tantas moléculas como se reincorporan, se produce un equilibrio y la temperatura del agua se mantiene constante. Ahora bien, si una pequeña ráfaga de aire arrastra el vapor, nuevas moléculas escaparán del líquido y éste se enfriará.

La superficie del botijo, favorece ese proceso. Suda, es decir se empapa de agua, una parte de ella se evapora y al hacerlo va robando calor al agua líquida de la superficie. En un ambiente estanco, la superficie del botijo quedaría envuelta en una nube de vapor y se alcanzaría el equilibrio. Ahora bien, si ponemos el botijo en una corriente de aire, una pequeña brisa basta para arrastrar el vapor que rodea a la vasija provocando que nuevas moléculas escapen del líquido que empapa la superficie y vengan a ocupar el lugar dejado por el vapor. En el proceso se va perdiendo agua líquida, que es reemplazada por la que se cuela por los poros. Así pues, mientras tenga agua, el botijo no deja de sudar. De esa manera, la superficie del botijo situado en una pequeña corriente de aire se irá enfriando y robando calor al agua que queda en el interior.

 http://www.planetseed.com/es/faq/porosity/porosidad-y-permeabilidad-del-suelo 

http://www.ceposunaecija.org/upload/mat_educativo/PRACTICAS%20LABOR..pdf 

Fernández, JAF (2012) Fundamentos del enfriamiento evaporative para instalaciones avícolas. Selecciones avícolas, pp 7-11.

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Jiang He, Akira Hoyano. "Experimental study of cooling effects of a passive evaporative cooling wall constructed of porous ceramics with high water soaking-up ability”. Building andEnvironment (2009), doi: 10.1016 / j.buildenv.2009.07.002. (origen: Tokio, Japón)