Instituto Tecnológico de los Mochis
Transferencia de Calor Maestro: Miguel Ángel Lugo Zuñiga Tema: Transferencia de Calor en Ebullición
Nombre: Edwin Montiel Villegas
Edwin Montiel Villegas
grupo A-53
Introducción Se sabe que cuando se eleva la temperatura de un líquido a una presión específica, hasta la temperatura de saturación a esa presión, se presenta la ebullición. Del mismo modo, cuando se baja la temperatura de un vapor hasta la temperatura de saturación, ocurre la condensación. En este caso solo se hablará de ebullición y de la transferencia de calor durante la transformación de fase líquido-vapor aun cuando la ebullición y la condensación exhiben algunas características únicas, se consideran como formas de transferencia de calor por convección, ya que están relacionadas con el movimiento de un fluido (como la elevación de las burbujas hasta la parte superior durante la ebullición). Son tipos de ebullición en estanque, la ebullición en convección libre, ebullición nucleada y ebullición en película. Por ultimo esta la ebullición en presencia de convección forzada.
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Transferencia de calor en la ebullición Muchas aplicaciones conocidas de la ingeniería comprenden la transferencia de calor por condensación y ebullición. Por ejemplo, en un refrigerador doméstico, el refrigerante absorbe calor de la cámara fría por ebullición en la sección del evaporador y rechaza el calor hacia el aire de la cocina condensándose en la sección del condensador (los largos serpentines que se encuentran detrás o abajo del refrigerador). Asimismo, en las plantas de potencia que funcionan con vapor, se transfiere calor al agua en la caldera, en donde se vaporiza, y el calor de desecho se rechaza de ese vapor en el condensador, en donde se condensa. Algunos componentes electrónicos se enfrían por ebullición al sumergirlos en un fluido con una temperatura apropiada. La evaporación ocurre en la interfase vapor-líquido, cuando la presión de vapor es menor que la de saturación del líquido a una temperatura dada. Note que la evaporación no comprende la formación de burbujas o el movimiento de éstas.
Por otra parte, se tiene ebullición en la interfase sólido-líquido cuando un líquido se pone en contacto con una superficie mantenida a una temperatura Tssuficientemente por arriba de la de saturación T satde ese líquido. Como una forma de transferencia de calor por convección, el flujo de calor en la ebullición, de una superficie solida hacia el fluido se expresa con base en la ley de Newton del enfriamiento. La ebullición se clasifica como ebullición en estanque o ebullición en flujo, dependiendo de la presencia de movimiento masivo del fluido. Se dice que la ebullición es en estanque cuando no se tiene flujo y que es en flujo (o ebullición en convección forzada) en presencia de ese flujo. Las ebulliciones en estanque y en flujo se clasifican todavía más como ebullición subenfriadao ebullición saturada, dependiendo de la temperatura de la masa del líquido. Se dice que la ebullición es subenfriada (o local ) cuando la temperatura de la masa principal del líquido esta por debajo de la de saturación (es decir, la masa del líquido está subenfriada) y es saturada(o masiva) cuando la temperatura del líquido es igual a la de saturación (es decir, la masa del líquido está saturada).
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Ebullición en estanque En la ebullición en estanque no se fuerza el fluido a que se mueva por medio de un impulsor, como una bomba, y cualquier movimiento en él se debe a corrientes de convección natural y al movimiento de burbujas por influencia de la flotación.
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Regímenes de ebullición y la curva de ebullición Se observaron cuatro regímenes diferentes de ebullición: ebullición en convección natural , ebullición nucleada, ebullición de transición y ebullición en película.
Ebullición en convección natural ( (1,
)-A)
En este modo de ebullición la convección natural rige el movimiento del fluido y la transferencia de calor dela superficie de calentamiento al fluido se realiza por ese mecanismo.
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Ebullición nucleada (A-C) Conforme se incrementa el flujo de calor se forman burbujas de vapor sobre la superficie caliente. Estas burbujas se crean en ciertos núcleos favorables de la superficie, aumentan de tamaño y se desprenden llevando a la superficie libre del líquido el vapor producido. En este régimen de ebullición, denominado ebullición nucleada, el fluido próximo a la superficie caliente se encuentra en un estado de agitación muy grande y el proceso de transferencia de calor a través del líquido es muy intenso. En la figurase observa la dependencia del flujo de calor por unidad de área como función de la diferencia de temperaturas para el agua en ebullición mediante un alambre caliente. Nótese que en este régimen de ebullición nucleada la densidad del flujo de calor varía con la diferencia de temperaturas de acuerdo con la tercera o cuarta potencia.
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Ebullición de transición (C-D) A medida que se incrementa la temperatura del calentador y, por consiguiente, la _ T exceso más allá del punto C , el flujo de calor disminuye. Esto se debe a que una fracción grande de la superficie del calentador se cubre con una película de vapor, la cual actúa como un aislamiento debido a su baja conductividad térmica en relación con la del líquido.
Ebullición en película (más allá del punto D) En esta región la superficie de calentamiento queda cubierta por completo por una película continua estable de vapor.
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Al tratar la películade vapor como un medio transparente colocado entre dos placas paralelasgrandes y al considerarse el líquido como si fuera un cuerpo negro, la transferencia de calor por radiación se puede determinar a partir de
̇ Para
̇ ̇ ̇ ̇ ̇
. Bromley determino que la relación
Correlaciona bien los datos experimentales. Chapman presenta la expresión siguiente para determinar el coeficiente promedio de transferencia de calor para un cilindro horizontal de diámetro d.
̅ + ̅ * Esta correlacion solo tiene en cuentala transferencia de calor a traves de la peliculade vapor, y no incluye los efectos de radiacion.
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Problema de aplicación (problema 10-11. Cengel 2°ed.) Se va a hervir agua a la presión atmosferica en una cacerola de acero pulido mecanicamente colocada sobre la parte superior de una unidad de calentamiento. La superficie interior en el fondo de la cacerola es de 110 °C. si el diametro de la cacerola en ese fondo es de 25cm. Determine a) La velocidad de transferencia de calor hacia el agua. Y b) La velocidad de evaporacion del agua. Tabla A-9
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄
100
957.9
.5978
2257
.282*
4217
1.75
Tabla 10-3 Agua-acero (pulido mecanicamente)
Tabla 10-1
T °C 100
N/m .0589
⁄ ̇ ( ) * +
⁄ ̇ ( )
̇ ⁄
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Bibliografia Transferencia de Calor 2° ed. Yunus Cengel. Transferencia de Calor 2° ed. José Ángel Manrique Valadez Procesos de Transferencia de Calor. Donald Q. Kernel
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