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Bienvenidos, aquí encontraran información referente al tema de "Transferencia de calor con cambio de fase", este blog es creado por los alumnos José Carlos León Murillo y Juan José Cardozo Elizarraraz para la materia de transferencia de calor. Esperando que sea de su agrado y les sirva de ayuda para la consulta del tema.

Introducción

A continuación, se explicaran los conceptos fundamentales del tema:

Transferencia De Calor En La Ebullición

Los procesos de ebullición son muy frecuentes en la industria y han sido objeto de estudio en las últimas décadas. A causa de la complejidad de los procesos de ebullición tan solo modelos empíricos están disponibles en la bibliografía y los coeficientes que predicen pueden tener diferencias incluso del 100 %. La ebullición es un proceso de cambio de fase en donde las burbujas se forman en la superficie de calentamiento y/o en una capa de líquido sobre calentada cerca de la superficie de calentamiento. Se denomina ebullición en recintos cerrados, cuando los procesos de ebullición se encuentran referidos a ebullición en convección natural, estando el líquido cerrado en un recipiente y se denomina ebullición forzada el líquido fluye sobre la superficie de calentamiento por medio de una bomba o otro medio. En ebullición forzada, se asume que existen dos fenómenos de ebullición: ebullición nucleada y ebullición convectiva. El primer proceso se tiende a calcular partir de correlaciones de ebullición en recintos cerrados, y la ebullición convectiva, tiende a calcularse a partir de correlaciones de simple fase multiplicadas por un factor de aumento. La revisión de estudios de ebullición en intercambiadores de placas realizada, ha mostrado como el mundo de la investigación no se ha puesto de acuerdo en los fenómenos de ebullición predominantes en este tipo de intercambiadores. Algunos autores afirman que solo existen fenómenos de ebullición nucleada en estos intercambiadores (Pelletier y Palm (1997)), otros autores afirman que solo existen fenómenos de ebullición convectiva (Yan y Lin (1999)), y otros autores afirman que los dos fenómenos se encuentran presentes Thonon et al. (1997). Debido a que el estudio bibliográfico reflejó diferentes tendencias a la hora de correlacionar los datos experimentales de ebullición en intercambiadores de placas, se ha propuesto hacer un estudio de correlaciones de ebullición en ebullición en recintos cerrados y ebullición forzada en tubos lisos para compararlos con datos experimentales bibliográficos de los fluidos puros agua y amoniaco y la mezcla amoniaco/agua. 

Transferencia De Calor En La Condensación

Se presenta la condensación cuando la temperatura de un vapor se reduce por debajo de su temperatura de saturación. Esto suele llevarse a cabo cuando el vapor entra en contacto con una superficie sólida cuya temperatura esté por debajo de la temperatura de saturación de ese vapor. Pero la condensación también puede ocurrir sobre la superficie libre de un líquido o incluso en un gas, cuando la temperatura de éstos a la cual se expone el vapor está por debajo de la temperatura de saturación. En este último caso las gotitas de líquido suspendidas en el gas forman una niebla. En este capítulo sólo se considerará la condensación sobre superficies sólidas. Se observan dos formas distintas de condensación: en película y por gotas. En la condensación en películael condensado moja la superficie y forma una película de líquido sobre la superficie, la cual resbala hacia abajo debido a la influencia de la gravedad. El espesor de la película aumenta en la dirección del flujo a medida que se condensa más vapor sobre ella. Ésta es la forma en la que por lo general ocurre la condensación en la práctica. En la condensación por gotas el vapor condensado forma gotitas sobre la superficie, en lugar de una película continua, y esa superficie se cubre de un número incontable de gotitas de diámetros variables.

En la condensación en película la superficie se cubre por una película de líquido de espesor creciente y esta “pared líquida” entre la superficie sólida y el vapor sirve como una resistencia a la transferencia de calor. El calor de vaporización hfg liberado a medida que el vapor se condensa, debe pasar a través de esta resistencia antes de que pueda llegar a la superficie sólida y ser transferido al medio que está al otro lado. Sin embargo, en la condensación por gotas éstas resbalan hacia abajo cuando llegan a tener cierto tamaño, despejando la superficie y exponiéndola al vapor.

En este caso no se tiene película de líquido que oponga resistencia a la transferencia de calor. Como resultado, en la condensación por gotas se pueden lograr razones de transferencia que son más de 10 veces mayores que las asociadas con la condensación en película. Por lo tanto, la condensación por gotas es el modo preferido de condensación en las aplicaciones de transferencia de calor y durante mucho tiempo se ha tratado de lograr una condensación por gotas sostenida usando varios aditivos para el vapor y recubrimientos de la superficie. Sin embargo, estos intentos no han tenido mucho éxito, ya que la condensación por gotas lograda no fue de larga duración y se convirtió en condensación en película después de algún tiempo. Por lo tanto, es una práctica común ser conservador y suponer condensación en película en el diseño del equipo de transferencia de calor. Para una mejor transferencia de calor, es deseable utilizar superficies cortas, debido a la menor resistencia térmica.

Derretimiento Y Solidificación

Cuando una sustancia se encuentra en estado sólido y es receptora de calor, su temperatura aumenta, y el estado de agitación de sus moléculas se incrementa. Si continuamos con este calentamiento, la agitación molecular se vuelve tan intensa que los enlaces entre las moléculas se rompen. A partir de entonces, la energía que se transfiere en forma de calor ya no se utiliza para aumentar la agitación molecular, pero, para la ruptura de los enlaces moleculares. Estos enlaces se rompen moleculares en las moléculas de dar mayor libertad de movimiento, la caracterización de la fusión o de transición al estado líquido. 

Solidificación: El proceso de solidificación es contrario a la fusión. Cabe mencionar que una sustancia en estado líquido está cediendo calor. Al ceder calor, su temperatura disminuye, así como el estado de movimiento de las moléculas. Esa disminución del movimiento molecular hará que las conexiones moleculares se vuelvan más intensas, caracterizando el estado sólido.

Condensación En Forma De Gotas

Cuando una superficie sobre la que va a condensar un vapor está contaminada con una sustancia que impide que el condensado moje la superficie, el vapor condensará en forma de gotas, en lugar de hacerlo como una película continua, fenómeno que se conoce como condensación en forma de gotas. En estas condiciones una gran parte de la superficie no se ve cubierta con una película aislante y los coeficientes de transferencia de calor pueden ser de cuatro a ocho veces más elevados que en la condensación en forma de película. Hasta ahora, la condensación en forma de gotas sólo se ha obtenido de modo fiable, con vapor de agua. Para calcular el coeficiente de transmisión de calor por convección, se recomienda suponer una condensación en forma de película porque, incluso en el caso del vapor de agua, sólo se puede esperar que se obtenga la condensación en forma de gotas bajo condiciones cuidadosamente controladas, que no pueden mantenerse siempre en la práctica.

Condensación En Forma De Película

La condensación en forma de película se produce cuando la sustancia líquida condensa al entrar en contacto con una pared, evidentemente a una temperatura inferior a la de saturación gaseosa del fluido condensado. La sustancia, entonces, pasa a humectar la superficie y cubrir toda la superficie de contacto. Es entonces, cuando el líquido ha formado la película que actúa como capa aislante disminuyendo el coeficiente de transferencia de calor de la sustancia y en consecuencia su capacidad de ceder calor.