EBULLICION NUCLEADA Y DE PELICULA PUNTO DE CALCINACION

TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA EBULLICION

• Muchas de las aplicaciones de la ingeniería comprenden la transferencia de calor por condensación y ebullición.
• La ebullición es un proceso de cambio de fase de líquido a vapor al igual que la evaporación.
• La evaporación ocurre en la interfase líquido-vapor, y la ebullición ocurre en la interfase sólido-líquido.
  
• El proceso de ebullición se caracteriza por la rápida formación de burbujas de vapor en la interfase sólido-líquido que se separan de la superficie cuando alcanzan cierto tamaño y presentan la tendencia de elevarse hacia la superficie libre del líquido.
• La ebullición es un fenómeno complicado debido a las variables que intervienen en el proceso y los patrones complejos.
• Se presenta la ebullición cuando un líquido se encuentra en contacto con una superficie mantenida a una temperatura Ts suficiente por encima de la de saturación Tsat del líquido.

CLASIFICACION DE LA EBULLICION

• 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 si no se tiene movimiento masivo del fluido y ebullición en flujo (o ebullición en convección forzada) si se tiene movimiento masivo del fluido. La ebullición en estanque y en flujo se clasifica además como ebullición subenfriada y 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 liquido está por debajo de la de saturación Tsat y saturada (o masiva) cuando la temperatura del liquido es igual a Tsat.
• La ebullición exhibe regímenes diferentes, dependiendo de la temperatura en exceso, ΔTexceso . Se observan cuatro regímenes diferentes de ebullición:
  
  Ebullición en convección natural
  Ebullición nucleada
  Ebullición de transición
  Ebullición en película

• Estos regímenes se ilustran en la curva de ebullición. La razón de evaporación y la de transferencia de calor en la ebullición nucleada se incrementan al incrementarse ΔTexceso y alcanzan un máximo en algún punto. El flujo de calor en ese punto recibe el nombre de flujo crítico (o máximo) de calor, q·max .
  

• Ebullición en convección natural
  En este caso, el liquido esta ligeramente sobrecalentado y se evapora cuando sube hasta la superficie libre. En este modo de ebullición la convección natural rige el movimiento del fluido y la transferencia de calor de la superficie de calentamiento al fluido se realiza por ese mecanismo.


• Ebullición Nucleada
  Las primeras burbujas se empiezan a formar en el punto A de la curva de ebullición, en varios sitios preferenciales sobre la superficie de calentamiento. Las burbujas se van formando con mayor rapidez conforme nos movemos a lo largo de la curva hasta llegar al punto C.
  La ebullición nucleada se separa en dos regiones distintas:
  En la región A-B se forman burbujas aisladas en varios sitios preferenciales de nucleación sobre la superficie calentada, estas se disipan en el liquido poco después de separarse de la superficie. Las vueltas que da el líquido y la agitación causada por su arrastre hacia la superficie del calentador son los principales responsables del coeficiente de transferencia de calor y del flujo de calor más altos en esta región.
  En la región B-C la temperatura del calentador se incrementa todavía más y las burbujas se forman a velocidades tan grandes en un número tan grande de sitios de nucleación que forman numerosas columnas continuas de vapor en el liquido. Las burbujas se mueven hasta la superficie del libre, en donde se revientan y liberan su contenido de vapor. Los grandes flujos de calor que pueden ser obtenidos en esta región son casados por el efecto combinado del arrastre del líquido y la evaporación.
  A valores grandes de ΔTexceso la rapidez de la evaporación de la superficie del calentador alcanza valores tan altos que una gran fracción de esa superficie se cubre con burbujas, lo cual dificulta que el líquido llegue hasta ella y la humedezca. Como consecuencia, el flujo de calor se incrementa con menor rapidez al aumentar ΔTexceso y alcanza un máximo en el punto C (también llamado punto de calcinación). Aquí el flujo de calor recibe el nombre de flujo critico (o máximo) de calor.
  En la práctica la ebullición nucleada es el régimen más deseable porque en él se puede lograr altas razones de transferencia de calor con valores más o menos pequeños de ΔTexceso, por lo general de menos de 30◦ para el agua.




• Ebullición de Transición
  A medida que se incrementa la temperatura del calentador más allá del punto C, el flujo de calor disminuye. Esto se debe a que una fracción grande de la superficie se cubre con una película de vapor, la cual actúa como un aislamiento debido a su baja conductividad en relación con la del líquido.
  En la práctica se evita operar en este régimen de ebullición, el cual también se conoce como régimen inestable de ebullición en película.




• Ebullición en Película
  En esta región la superficie de calentamiento queda cubierta por completo por una película continua estable de vapor. El punto D, en donde el flujo de calor alcanza un mínimo, se llama punto de Leidenfrost,1756. La presencia de una película de vapor entre la superficie del calentador y el líquido es la responsable de las bajas razones de la transferencia de calor en la región de ebullición en película. La razón de transferencia de calor aumenta al incrementarse la temperatura en exceso como resultado de la transferencia de calor de la superficie calentada hacia el liquido, a través de la película de vapor, por radiación, la cual se vuelve significativa a altas temperaturas.

CORRELACIONES DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA EBULLICION EN ESTANQUE

• Son diferentes relaciones de transferencia de calor para los diferentes regímenes de ebullición.

Ebullición en Convección Natural
Está determinado por las corrientes de convección natural, las velocidades de la transferencia de calor se pueden calcular con exactitud usando las relaciones de la convección natural.

Ebullición Nucleada
• Depende fuertemente de la naturaleza de la nucleación (difícil de predecir)
• El tipo y la condición de la superficie calentada también afecta.
• Por esto es necesario apoyarse en relaciones basadas en datos experimentalesLa correlación que se usa con mayor amplitud es la de Rohsenow (1952).

El flujo de calor en la ebullicion nucleada esta dada por:

Flujo critico de calorDonde Ccr es una constante cuyo valor depende de la configuración geométrica del calentador.

Flujo mínimo de Calor

Ebullición en película