LA TERMODINÁMICA Y EL PÁJARO QUE BEBE AGUA

Todos hemos visto ese pájaro de los Simpsons con el que Homer se volvía loco. El pájaro (que no un pato como me decía otra persona) se movía en busca del vaso con agua, o aquel otro en el que Homer trabajaba desde casa y se podía ir al cine mientras el pájaro pulsaba la tecla de Yes.

Cuando nuestro amigo y compañero Armin nos empezó a bombardear el grupo de WhatsApp con vídeos del aparato que se acababa de comprar por internet, desde ese momento a más de uno nos llamó la atención, y más en mi caso, cuando el mecanismo y funcionamiento eran cosas de ingeniería que había ido estudiando durante años.

El aparato está formado por dos bulbos, uno en la parte inferior en la que en estático se encuentra el líquido, cloruro de metileno, y uno superior, donde se encuentra el pico y la cabeza, cubiertas por un fieltro de tela para facilitar la absorción del agua. Ambos bulbos están unidos por un tubo de vidrio que las conecta. Una cosa importante para su funcionamiento es que en el interior exista el vacio. Esto quiere decir que no quede nada de aire en su construcción en el interior, puesto que de esa manera el líquido a la hora de subir no podría hacerlo por encontrarse la oposición del aire. De tal manera que es un sistema cerrado en el que no intercambia masa ni materia con el exterior, sólo energía.

En un primer momento podemos pensar que nuestro pájaro se mueve únicamente por la inercia, tras un pequeño impulso el aparato se moverá solo, pero si así fuera esa fuerza que le damos no duraría mucho y pronto pararía. El mecanismo es mucho más curioso pues no se trata más que de un motor térmico, que aplicando los principios de la termodinámica, cambia la energía térmica en energía mecánica, basando su movimiento en el principio de enfriamiento evaporativo.

Brevemente diremos que el enfriamiento evaporativo consiste en el intercambio de energía entre las moléculas de una superficie y sus moléculas de alrededor, lo que permite el escape hacia el espacio que se encuentra sobre el líquido, escapando las moléculas de alta energía y permaneciendo las de baja en fase líquida. La disminución energética lleva acarreada una disminución de temperatura.

Tras mojar con un poco de agua la cabeza del pájaro, al poco rato empezará a moverse solo, y mientras tenga agua con el que mojar el pico, no parará en mucho tiempo. Cuando el pico entra en contacto con el agua, ésta es absorbida por el fieltro, y a medida que el agua se evapora en un proceso adiabático, la cabeza se va enfriando. Es un proceso como el de nuestro cuerpo que se enfría al salir de la piscina en verano, el agua al evaporarse usa calor de nuestro cuerpo, la energía interna (la suma de las energías de dentro de un sistema) del aire disminuye al interior del pájaro y por consiguiente también su temperatura.

Por tanto, la temperatura de la cabeza disminuye debido al enfriamiento evaporativo, lo que provoca una disminución de la presión del líquido interior, esa diferencia de presiones entre la parte superior e inferior, hace que suba el líquido lentamente hacia la cabeza. Esa diferencia de temperaturas es lo que provocará ese trabajo mecánico. La presión del agua en la atmósfera que rodea la cabeza del pájaro es menor que la presión de vapor de equilibrio del agua a esa temperatura, por lo que agua líquida y agua vapor no se encuentran en equilibrio termodinámico.

Ya que:

Siendo P la presión, V el volumen, T la temperatura y c una constante. Si la temperatura disminuye, el producto del volumen y la presión también lo hará, lo que hará volver a bajar otra vez el líquido y vuelta a empezar.

De tal manera que esa diferencia de presión hace que el líquido vaya subiendo poco a poco a lo largo del tubo. A medida que el líquido sube, el centro de gravedad del aparato va cambiando, lo que hace que poco a poco vaya inclinándose hacia delante hasta coger una horizontalidad con la que toque el agua.

El centro de gravedad del aparato o de nuestro cuerpo, estaría situado en la línea simétrica vertical que lo divide en dos, a medida que el líquido sube al tener una leve inclinación, este centro de gravedad se va desviando. Lo mismo pasaría en nuestro cuerpo con el centro de gravedad, pues si cargásemos en la mano derecha con una garrafa de cinco litros de agua, ese punto también se vería modificado hacia la derecha, mientras que si cargásemos con una garrafa en cada mano, volvería la simetría del centro de masas con respecto a nuestro cuerpo.

En ese punto el extremo inferior se queda casi sin el líquido interior, igualándose nuevamente las presiones y descendiendo el líquido hasta que vuelve a su posición original. Así hasta que nos cansemos de observarle o le quitemos el agua y deje de tener la posibilidad de evaporar agua, ya que según la segunda ley de la termodinámica, para transformar calor en trabajo, necesitas transferir calor de un objeto caliente a uno frío.

Por último champiñones, avisaros que si os interesa adquirir uno, difícilmente podréis encontrarlo en tiendas, al ser considerado como un juguete y ser de cristal y el dicloruro tóxico, están prohibidos, con lo que si queréis uno para vosotros o se lo regaláis a alguien tendrá más valor el detalle y mayores complicaciones. Siempre y cuando sea responsable y lo cuide, seguro que es un regalo que gusta y será muy entretenido y del que la otra persona podrá presumir.

Nos despedimos esperando que os haya resultado entretenida nuestra amiga la termodinámica.