UNIVERSIDAD AUTNOMA ESPAA DE DURANGO

INGENIERA MCANICA EN MAQUINARIA AUTOMOTRIZCUARTO CUATRIMESTRETRANSFERENCIA DE CALOREBULLICIN Y CONDENSACINCATEDRTICO: ING. OBED GALVN LPEZALUMNO: YERED ISAAC SERRANO HEREDIAVictoria de Durango, Dgo., Mayo de 2015CONTENIDO

INTRODUCCIN.La transferencia de calor en lquidos en ebullicin es compleja, pero de una importancia tcnica considerable. Se caracteriza por una curva en forma de "S" al relacionar el flujo de calor con la diferencia de temperaturas en superficie.La transferencia de calor por condensacin es fundamental para el funcionamiento de las centrales elctricas actuales que emplean combustibles fsiles para hervir agua y hacer que el vapor resultante mueva las turbinas para generar electricidad. El vapor debe entonces volver a condensarse en agua, que se recoge y se enva de nuevo a la caldera para reiniciar el ciclo.Tres cualidades cruciales contribuyen a la eficiencia de la transferencia de calor en estos sistemas: Las gotas debe formarse fcil y abundantemente en la superficie del condensador, el rea de contacto entre la gota y la superficie debe ser lo bastante grande como para facilitar la conduccin del calor, y las gotas deben alejarse con rapidez de esa superficie para permitir que nuevas gotas inicien la condensacin.Se manejaran los conceptos y algunas de las frmulas utilizadas por esta propiedad, conceptos como transferencia de calor ya antes mencionada, ebullicin de flujo, y algunos tipos de condensacin. El documento est hecho para introducir conceptos bsicos en los alumnos de Ingeniera Mecnica de la UNES, para en un futuro reafirmarlos. Espero sea de su total agrado

EBULLICIN Y CONDENSACIN Transferencia de calor en la ebullicin. Muchas aplicaciones conocidas de la ingeniera comprenden la transferencia de calor por condensacin y ebullicin. Por ejemplo, en un refrigerador domstico, el refrigerante absorbe calor de la cmara fra por ebullicin en la seccin del evaporador y rechaza el calor hacia el aire de la cocina condensndose en la seccin del condensador (los largos serpentines que se encuentran detrs 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 electrnicos se enfran por ebullicin al sumergirlos en un fluido con una temperatura apropiada.La evaporacin ocurre en la interfase vapor-lquido, cuando la presin de vapor es menor que la de saturacin del lquido a una temperatura dada. Note que la evaporacin no comprende la formacin de burbujas o el movimiento de stas.

Por otra parte, se tiene ebullicin en la interfase slido-lquido cuando un lquido se pone en contacto con una superficie mantenida a una temperatura Ts suficientemente por arriba de la de saturacin Tsat de ese lquido. Como una forma de transferencia de calor por conveccin, el flujo de calor en la ebullicin, de una superficie solida hacia el fluido se expresa con base en la ley de Newton del enfriamiento.

La ebullicin se clasifica como ebullicin en estanque o ebullicin en flujo, dependiendo de la presencia de movimiento masivo del fluido. Se dice que la ebullicin es en estanque cuando no se tiene flujo y que es en flujo (o ebullicin en conveccin forzada) en presencia de ese flujo.

Las ebulliciones en estanque y en flujo se clasifican todava ms como ebullicin subenfriadao ebullicin saturada, dependiendo de la temperatura de la masa del lquido. Se dice que la ebullicin es subenfriada (o local) cuando la temperatura de la masa principal del lquido est por debajo de la de saturacin (es decir, la masa del lquido est subenfriada) y es saturada(o masiva) cuando la temperatura del lquido es igual a la de saturacin (es decir, la masa del lquido est saturada).

Ebullicin en estanqueEn la ebullicin en estanque no se fuerza el fluido a que se mueva por medio de un impulsor, como una bomba, y cualquier movimiento en l se debe a corrientes de conveccin natural y al movimiento de burbujas por influencia de la flotacin.

Regmenes de ebullicin y la curva de ebullicinSe observaron cuatro regmenes diferentes de ebullicin: ebullicin en conveccin natural, ebullicin nucleada, ebullicin de transicin y ebullicin en pelcula.

Ebullicin en flujoEbullicin en conveccin natural ( (1,)-A)En este modo de ebullicin la conveccin natural rige el movimiento del fluido y la transferencia de calor dela superficie de calentamiento al fluido se realiza por ese mecanismo.

Ebullicin 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 ncleos favorables de la superficie, aumentan de tamao y se desprenden llevando a la superficie libre del lquido el vapor producido. En este rgimen de ebullicin, denominado ebullicin nucleada, el fluido prximo a la superficie caliente se encuentra en un estado de agitacin muy grande y el proceso de transferencia de calor a travs del lquido es muy intenso. En la figurase observa la dependencia del flujo de calor por unidad de rea como funcin de la diferencia de temperaturas para el agua en ebullicin mediante un alambre caliente. Ntese que en este rgimen de ebullicin nucleada la densidad del flujo de calor vara con la diferencia de temperaturas de acuerdo con la tercera o cuarta potencia.

Ebullicin de transicin (C-D)A medida que se incrementa la temperatura del calentador y, por consiguiente, la Texceso ms all del punto C, el flujo de calor disminuye. Esto se debe a que una fraccin grande de la superficie del calentador se cubre con una pelcula de vapor, la cual acta como un aislamiento debido a su baja conductividad trmica en relacin con la del lquido.

Ebullicin en pelcula (ms all del punto D)En esta regin la superficie de calentamiento queda cubierta por completo por una pelcula continua estable de vapor.

Al tratar la pelcula de vapor como un medio transparente colocado entre dos placas paralelas grandes y al considerarse el lquido como si fuera un cuerpo negro, la transferencia de calor por radiacin se puede determinar a partir de

Para . Bromley determino que la relacin Correlaciona bien los datos experimentales.

Chapman presenta la expresin siguiente para determinar el coeficiente promedio de transferencia de calor para un cilindro horizontal de dimetro d.

Esta correlacin solo tiene en cuenta la transferencia de calor a travs de la pelcula de vapor, y no incluye los efectos de radiacin.

Transferencia de calor en la condensacinLa condensacin ocurre cuando un vapor saturado incide sobre una superficie a menor temperatura que la del vapor. En la mayora de los casos de forma una pelcula de condensado sobre la superficie, la que debe ser evacuada por gravedad.

Ecuacin de Nusselt (1916). Condensacin de un vapor saturado a Tv sobre un plano inclinado () a temperatura Tp Rcr . El radio crtico se determina por la ecuacin de Thompson:2Ts

Rcr =h

fgf

(Ts

Tsg

)

donde es la tensin superficial, Ts es la temperatura de saturacin a la presin del vapor y Tsg el valor de la temperatura en la superficie de la gota. Se desprende que si se tienen grandes T de subenfriado, respecto de la temperatura de saturacin, se pueden conseguir que progresen gotas de menor tamao para una dada presin de vapor. Si R (superficie plana), Tsg Ts en el lmite (se supone que no hay salto de temperatura en la interfase).Sobre la interfase curvilnea de la gota acta una presin adicional debida a la tensin superficial acuerdo a la ecuacin de Laplace pf = pg + 2 . Si la tensin superficial vara, aparece un movimiento asociado. En efecto, si la tensin superficial cambia de un punto a otro, sobre la superficie del lquido actuara, adems de la presin dirigida normalmente, una fuerza suplementaria dirigida tangencialmente. Los cambios de tensin superficial se producen, por ejemplo, debido a variaciones en la temperatura y en la curvatura de la interfase, por la presencia de un gradiente de concentracin de sustancias activas en la superficie o por accin de fuerzas volumtricas (cargas elctricas variables) sobre la superficie del lquido. Con el aumento de la temperatura del lquido se produce una reduccin de . Con una temperatura superficial variable, el movimiento en la direccin de las temperaturas decrecientes puede, por consiguiente, originarse en la capa capilar. Esta clase de movimiento se llama termo capilar.R

La fuerza inductora del movimiento termocapilar pt se determina de la forma siguiente:

pt = =T

sg

TsgSi llamamos al coeficiente de variacin de la tensin superficial con respecto a la temperatura:

reescribimos:

1 = T

pt = Tsg

Vamos que la presin en el lquido varia acompaando al proceso. La figura 8.10 muestra la acumulacin de lquido desde la adsorcin a la pared. El cambio de la geometra tal como se observa en la figura 8.9 se describe como una relacin entre la presin dentro del lquido y la cantidad depositada. Durante la condensacin capilar, la presin no cambia al no variar el Angulo entre la superficie y el lquido. El achatamiento del menisco del capilar, que se produce al finalizar el llenado del capilar, es acompaado por un aumento de la presin interna necesaria para establecer la geometra. Dado que el proceso se repite por toda la superficie, teniendo como puntos de partida a poros de distinto tamao, el cambio de comportamiento se da a distintas presiones (efecto detallado en la figura 8.10 con lnea punteada). Por ltimo, si las gotas coleasen, se forma la pelcula de condensacin a presin constante. Si la pelcula se desestabiliza, el proceso puede recomenzar.

Figura 8.10: Evolucin de la condensacin sobre una superficie. La lnea punteada representa la evolucin de todos los ncleos de condensacin de la superficie.

CONCLUSIN

Se sabe que cuando se eleva la temperatura de un lquido a una presin especfica, hasta la temperatura de saturacin a esa presin, se presenta la ebullicin. Del mismo modo, cuando se baja la temperatura de un vapor hasta la temperatura de saturacin, ocurre la condensacin.

En este caso solo se hablar de ebullicin y de la transferencia de calor durante la transformacin de fase lquido-vapor aun cuando la ebullicin y la condensacin exhiben algunas caractersticas nicas, se consideran como formas de transferencia de calor por conveccin, ya que estn relacionadas con el movimiento de un fluido (como la elevacin de las burbujas hasta la parte superior durante la ebullicin).

Son tipos de ebullicin en estanque, la ebullicin en conveccin libre, ebullicin nucleada y ebullicin en pelcula. Por ultimo esta la ebullicin en presencia de conveccin forzada.

La condensacin ocurre cuando un vapor saturado incide sobre una superficie a menor temperatura que la del vapor. En la mayora de los casos de forma una pelcula de condensado sobre la superficie, la que debe ser evacuada por gravedad.

BIBLIOGRAFA

BARRERO RIPOLL, A. ( 2005 ) Transferencia de Calor y Masa. Ed. McGraw Hill. Mxico. GARCIA SOSA. Jorge. (2006). Fundamentos de la Transferencia de Calor. Aeronautics Learning Laboratory for Science. USA.GONZLEZ-SANTANDER MARTNEZ. Juan Luis. (2014). Transferencia de calor. Ed. Reverte. Mxico.