Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Aunque resulte paradójico, es posible calentar agua, e incluso hervirla, en un contenedor de papel.
El Experimento
Para realizar esta experiencia lo único que se necesita es un vaso de papel, agua y un mechero Bunsen u otra fuente de llama. Poniendo el mechero bajo el vaso, el agua se calentará sin que el vaso se queme.
Una variante quizá más llamativa consiste en sustituir el vaso de papel por un globo inflable que se llena de agua. Para realizar este experimento de una manera más espectacular se recomienda usar dos globos, uno hinchado con aire, para demostrar cómo explota enseguida al contacto con la llama, y otro con agua (no es necesario llenarlo del todo; bastará que haya un poco de agua en el fondo). Se recomienda emplear una vela en lugar de un mechero Bunsen, ya que la vela proporciona una llama más pequeña y, por tanto, el experimento será más controlable.
Explicación
Como es sabido, el punto de ebullición del agua es 100 oC. Si se calienta agua líquida, cuando alcanza los 100 oC su temperatura no aumentará más aunque se siga calentando, ya que el calor adicional que se le suministre lo empleará el agua en cambiar de fase (pasar al estado de vapor).
Si tenemos un vaso de papel que contiene agua, al acercar una llama a su base, parte del calor se transmitirá al agua que está en fondo del vaso. Como el agua de más arriba estará más fría, la de abajo tenderá a subir por el fenómeno de la convección natural, que, como es sabido, es un mecanismo de transporte de calor. Lo que sucede es que el agua del fondo que está más en contacto con la fuente de calor experimenta una expansión térmica, es decir, un aumento de volumen, y eso hace que disminuya su densidad y ascienda. El agua circundante que está más fría se moverá para reemplazar a la caliente que ha subido, pero a su vez se calentará y subirá. Esto crea una corriente de convección, como se ilustra en la imagen. El resultado es transferir calor desde el fondo del vaso a la parte superior.
Por lo tanto, en las primeras fases del experimento el papel siempre se estará refrigerando, de modo que difícilmente va a alcanzar su temperatura de ignición, que es de unos 233 oC. Pero incluso cuando la temperatura del agua haya llegado a los 100 oC de forma más o menos homogénea en toda la masa del líquido y en consecuencia haya disminuido la convección, al menos se tendrá la garantía de que la temperatura del agua no superará ese valor, ya que el calor adicional lo invertirá en vaporizarse. Por ello, aunque la refrigeración del papel ya no sea tan efectiva, aguantará durante cierto tiempo sin quemarse, dependiendo de las condiciones (el poder calórico de la llama, la naturaleza del papel…) . Eso sí, como la transmisión del calor entre el papel y el agua no es instantánea ni completa, tarde o temprano se quemará.
En el hecho de que el vaso se pueda calentar durante bastante tiempo influye también el relativamente alto calor especifico del agua, lo que significa que necesitará absorber mucho calor para aumentar su temperatura.
Referencias
- Boiling Water in a Paper Cup. Education.com. 2013.https://www.education.com/science-fair/article/boiling-water-paper-cup/.
- Convección natural. Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3n_natural.
Imagen de cabecera: North Carolina School of Science and Mathematics en YouTube.
Imagen del movimiento de convección natural: Oni Lukos, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1479796.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
