LECTURAS ÁREA DE FÍSICA

CAVILACIONES TÉRMICAS.

Lectura tomada con fines académicos del libro El Filantrópico Doctor Guillotin de Harold J. Morowitz.

Cavilaciones térmicas:

Hacer la colada es una de esas tareas automáticas que casi nunca conduce al análisis

de los fundamentos científicos del proceso. Hoy, sin embargo, mientras lavaba y

secaba ropa, comencé a pensar en la fundamentación profunda de los procesos

implicados en la física térmica y en la monumental obra de J. Willard Gibbs sobre el

equilibrio de las sustancias heterogéneas.

Por supuesto, el proceso comienza con la selección del tamaño de la carga y los

protocolos de lavado y aclarado. Los parámetros son volumen, temperatura y tiempo

(una variable termodinámica extensiva, otra intensiva y un parámetro cinético).

Recordemos que lavar ropa es un proceso de no equilibrio y que, con esa advertencia

en mente, debemos considerar todos los parámetros, aunque pocos de nosotros

tengamos en cuenta este punto.

Después se añade el detergente, que es una mezcla de varios componentes,

incluyendo un anfífilo para solubilizar sustancias oleosas y un quelador para solubilizar

cationes divalentes y bloquear la precipitación de las sales de dichos iones. Los

anfífilos y aceites forman un coacervado que trasfiere la suciedad grasienta de la ropa

al agua. La velocidad de reacción y la solubilidad dependen de la temperatura, y a la

escogida para el lavado, entre 298K y 345K (entre 16°C y 20°C), es probable que se

den algunos cambios de fase de los materiales oleosos.

Cuando se pone en marcha la lavadora, entra agua hasta el nivel predeterminado y el

agitador mezcla detergente, agua y ropa. Esta mezcla es importante, porque el

proceso de difusión es lento a escala macroscópica. La agitación mezcla enseguida el

detergente con el agua, donde se solubiliza. La agitación también lleva solución fresca

a la superficie sucia y se lleva la suciedad disolviéndola, solubilizándola en otra fase,

quelándola y arrastrándola mecánicamente. Un recipiente de reacción bien agitado es

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un concepto clásico de la cinética química y es de particular importancia en un sistema

multifásico en el que la difusión esta muy limitada, como un montón de ropa sucia.

Antes y después del aclarado, el agua se extrae mecánicamente de la ropa

centrifugándola contra la pared del tambor de la lavadora. Una manera de medir la

fracción de suciedad eliminada es restar el volumen de agua residual tras la primera

vuelta del volumen de agua de enjuague. Las operaciones implicadas son

solubilización y dilución, que son procesos químicos ordinarios.

La última vuelta prepara la ropa para el secado, y de nuevo es importante dejar la

menor cantidad de agua posible en el sistema para conservar la energía. En la

secadora, el agua se elimina haciéndola pasar de líquido a vapor. La energía requerida

es sustancial, así que el secado térmico es lento y caro. Es lento porque la temperatura

debe mantenerse relativamente baja para no dañar la ropa, y es caro porque la

entalpía de vaporización es de 407 kilojulios por mol (unas 540 kilocalorías por gramo).

Cuando la ropa se lleva a la secadora para comenzar la transición de fase descrita, es

necesario limpiar el filtro de la hilacha que ha quedado, un acto que ejecuto de forma

puntual. En los últimos tiempos me he interesado por la masa algodonosa y

semicoherente que se extrae y me he entretenido en determinar que el peso de esta

hilacha va de 0.5 a 1.0 g por cada 5 kg de ropa sucia seca. La existencia de esta

hilacha me obliga a enfrentarme con uno de los principios más profundos de la física

térmica: la segunda ley de la termodinámica.

Si se examina con una lupa de disección, puede verse que esta hilacha consiste en un

amasijo de fibrillas. Se aprecia con claridad una mezcla de fibras de varios tipos, que

deben de ser productos del deterioro de prendas, toallas y sábanas, junto con fibras

procedentes de alfombras, tapizados y otros tejidos. Todo este parece poco relevante,

ya que casi todo lo que pasa por este ciclo de limpieza está hecho de fibras de lana,

algodón, lino o materiales sintéticos. Pero nadie encontrará mucha hilacha en mi

secadora.

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El uso de fibras tejidas como vestido se remonta a los albores de la civilización. (El

“hombre del glaciar” descubierto hace poco en los Alpes, de 5300 años de antigüedad,

llevaba una capa de hierba entretejida.) Pero los materiales fibrosos entretejidos son

estructuras muy alejadas del equilibrio termodinámico, por lo que están sometidas a

una degradación incesante, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica. Esta

degradación puede ser química (por ejemplo, hidrólisis de los polímeros que

constituyen las fibras, oxidación de las estructuras reducidas) o mecánica (por

desgarros, deshilado, disgregación de las fibras en fibrillas). El deterioro mecánico

produce hilacha. Los procesos químicos llevan el sistema a su estado termodinámico

fundamental, que debilita las fibras y acelera su degradación. La hilacha es la

evidencia del primer paso en la degradación de mi ropa interior ante el ataque

inevitable de la segunda ley.

Puesto que la pérdida por cada 5 Kg de ropa sucia es de unos 0.75 g, puedo formular

la siguiente ecuación:

es la fracción de tejido remanente, es el número de lavados y la constante

de degradación. A partir de los datos vertidos, cuando , .

Si asumimos que las prendas dejan de ser aptas para vestir cuando han perdido un 1,5

por ciento de sus fibras, puede esperarse que aguanten un centenar de lavados, así

que el problema de la degradación no tiene una importancia practica inmediata. Por

supuesto, si el lavado elimina tanta fibra como el secado, la cifra se reduce a cincuenta

lavados; y si el uso paga el mismo peaje, se queda en treinta y tres lavados. A falta de

medidas detalladas adicionales del peso de la hilacha, no es fácil precisar más

estimaciones numéricas.

Quizá más importante que el aspecto práctico es el teórico. Estoy asistiendo a un

ejemplo vívido y cotidiano de la segunda ley de la termodinámica: el hecho de que los

sistemas alejados del equilibrio de deterioran y degradan. No hay manera de escapar

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de esta ley inexorable de la naturaleza, a menos que se invierta energía en el trabajo

de revertir la degradación. El cuerpo humano lo hace muy bien: la síntesis molecular

continuada contrarresta la descomposición molecular. En esto consiste el metabolismo

basal. Pero los fabricantes de tejidos no dominan este proceso. En cualquier caso, unos

tejidos que durasen para siempre serían un error comercial, como mostraba esa

maravillosa película protagonizada por Alec Guinness, El hombre vestido de blanco, de

1951.

Bien, mi colada esta hecha, y no tengo cavilaciones termodinámicas sobre doblar y

guardar la ropa en el armario. Así que, con permiso, es mejor que vaya a ello.