Ebullición y condensación

Tema 4 : Transferencia de calor con cambio de fase (IA) : Segunda parte Tema 6 : Diseño de equipos de transferencia de calor V(IQ) : Primera parte Ebullición Modos de ebullición Ebullición en recipientes: ebullición en convección libre, ebullición nucleada y ebullición en película Correlaciones Ebullición en convección forzada Flujo bifásico

Bibliografia Incropera: Capítulo 10 : ebullición y condensación Yunus A. Ҫengel : Transferencia de calor y masa. Un enfoque práctico. Capítulo 10 : Ebullición y condensación

EVAPORACIÓN vs EBULLICIÓN

Parámetros que caracterizan el proceso de transferencia de calor con cambio de fase hfg : calor latente de cambio de fase σ : tensión superficial entre la interfaz líquido-vapor Δρ : diferencia de densidad entre las fases

Tensión superficial de la interfase líquido – vapor para el agua En la práctica los procesos de ebullición no ocurren en condiciones de equilibrio,y normalmente las burbujas no se encuentran en equilibrio termodinámico con el líquido que las circunda. Las burbujas existen debido a la tensión superficial σ en la interfase líquido- vapor producida por la fuerza de atracción sobre las moléculas que se encuentran en dicha interfase hacia la fase líquida. La temperatura y la presión del vapor en una burbuja suelen ser diferentes a las del líquido. La diferencia de presión entre el líquido y el vapor es equilibrada por la tensión superficial en la interfase. La tensión superficial disminuye al aumentar la temperatura y se hace cero a la temperatura crítica. Esto explica por qué no se forman bur-bujas durante la ebullición a presiones y temperaturas supercríticas. La tensión superficial tiene la unidad de N/m La diferencia de temperatura entre el vapor en una burbuja y el líquido circundante es la fuerza impulsora para la transferencia de calor entre las dos fases.. Cuando el líquido está a una temperatura más baja que la de la burbuja, se transferirá calor de ésta hacia aquél, lo que provoca que algo del vapor del interior de la burbuja se condense y ésta llegue finalmente a aplastarse. Cuando el líquido está a una temperatura más alta que la de la burbuja, el calor se transferirá de aquél hacia ésta, haciendo que la burbuja crezca y suba hasta la parte superior bajo la influencia de la flotación

Flujo de calor en la ebullición El flujo de calor en la ebullición, de una superficie sólida hacia el fluido, se expresa con base en la ley de Newton del enfriamiento Donde: se llama temperatura en exceso, la cual representa el exceso de la temperatura superficial por encima de la de saturación del fluido

Parámetros adimensionales en la ebullición y condensación Representa la energía absorbida conforme una unidad de masa del líquido se vaporiza a una temperatura o presión especificadas y es la cantidad primaria de energía transferida durante la transferencia de calor en la ebullición.

Parámetro sin nombre (similar al Grashof) Representa el movimiento del fluido inducido por el empuje sobre la transferencia de calor Parámetro sin nombre (similar al Grashof) Representa la razón de la energía sensible máxima absorbida por el vapor a la energía latente absorbida por el vapor durante la ebullición Nro de Jacob Representa la razón de la fuerza de campo gravitacional a la fuerza de tensión superficial Nro de Bond

MODOS de EBULLICIÓN

Ebullición subenfriada EBULLICIÓN EN ESTANQUE Ebullición en fluidos estacionarios NUKIYAMA: Regimenes de ebullición Ebullición subenfriada Ebullición saturada.

NUKIYAMA DREW y MUELLER

Curva típica de ebullición para agua a presión de 1 atm Regímenes de ebullición (Nukiyama)

C y n dependen de la combinación superficie –fluído Ebullición nucleada YAMAGATA C y n dependen de la combinación superficie –fluído Para superficies comerciales ROSHENOW

FLUJO DE CALOR CRÍTICO KUTATELADZE FLUJO DE CALOR MÍNIMO ZUBER

EBULLICIÓN EN PELÍCULA EBULLICIÓN EN FLUJO EXTERNO

EBULLICIÓN EN PELÍCULA

EBULLICIÓN EN PELÍCULA: flujo interno Hay una brusca disminución en el coeficiente de transferencia de calor. Regímenes diferentes de flujo que se encuentran en la ebullición en flujo en un tubo con convección forzada El líquido se encuentra en forma de gotitas suspendidas en el núcleo de vapor, lo cual asemeja a una neblina La capa anular de líquido se adelgaza cada vez más y llega el momento en que empiezan a aparecer manchas secas sobre las superficies interiores del tubo. se presentan coeficientes muy altos de transferencia de calor El núcleo del flujo consta sólo de vapor y el líquido se confina en el espacio anular entre el núcleo de vapor y las paredes del tubo. El fluido se calienta todavía más, las burbujas crecen y llega el momento en que se unen formando masas de vapor Se empiezan a formar burbujas sobre las superficies interiores del tubo y las que se separan son arrastradas hacia la corriente principal Inicialmente el líquido está subenfriado y la transferencia de calor hacia él es por convección forzada