Tranferencia De Calor Con Cambio De Face

INDICE

TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE

Introducción a la condensación………………..………………………………………………….1

1.- Condensación……………………………………………………………………………………1

1.1.- Fenómenos de transferencia de calor por condensación en película…………...1

1.2.- Regímenes de flujo…………………………………………………………………….2

1.3.- Correlaciones de transferencia de calor para condensación en película.……….3

1.3.1.-placas planas verticales……………………………………………………..3

1.3.2.-condensación en película laminar sobre un tubo horizontal……………..4

1.4.-condensacion por gotas.…………………………………………………...…………..4

2.- Evaporación o ebullición………………………………………………………………………...6

2.1.- evaporación en película……………………………………………………………….6

2.2.- evaporación de una película descendente sobre una pared vertical……………...6

2.3.- el caloducto……………………………………………………………………………....7

2.4.- variantes……………………………………………………………………………….…9

Conclusiones…………………………………………………………………………………………10

Bibliografía…………………………………………………………………………………………….11

Índice de figuras

1.- cuando un vapor se expone a una superficie a una temperatura por debajo de Tsat …….2

2.- Regímenes de flujo de condensación en película sobre una placa plana……………….3

3.- condensación de gotas por vapor de agua en una superficie plana………………………...4

4.- película de condensado por gotas en un tubo cilíndrico………………………………………5

5.- caloducto……………………………………………………………………………………………7

6.- tabla de flujos de calor axiales típicos de caloductos………………………………………..8

7.- Varilla de cobre ………………………………………………………

Introducción.

En las discusiones precedentes de transferencia de calor por convección se han considerado sistemas homogéneos monofásicos. Los procesos de convección asociados con un cambio de fase de un fluido son de igual importancia. Los dos ejemplos más importantes son los fenómenos de condensación y ebullición o evaporación, aunque la transferencia de calor con cambios de fase solido- gas ha adquirido importancia debido a un número grande de aplicaciones.

En muchos tipos de ciclos de potencia o de refrigeración se está interesado en el paso de vapor a líquido, o de líquido a vapor, dependiendo de la parte concreta de ciclo de estudio.

Estos cambios se llevan a cabo por ebullición y condensación o evaporación, y el ingeniero debe entender los procesos implicados para poder diseñar el equipo de transferencia de calor apropiado.

Generalmente, en la ebullición y la condensación hay involucrados grandes flujos de calor y esto ha conducido a los diseñadores de cambiadores de calor compactos a utilizar esos fenómenos de calentar o enfriar, con fines no necesariamente asociados con ciclos de potencia. [1]

Condensación

1.1.- Fenómenos de transferencia de calor por condensación.

Cuando la pared de un intercambiador de calor expuesta a un vapor se enfría hasta que su temperatura es inferior a la temperatura de saturación del vapor, este se condensa sobre la superficie. Si vapor es puro, la temperatura de saturación corresponde a la presión total; sin embargo si se trata de una mezcla de vapor y gas no condensable, la temperatura de saturación corresponderá a la presión parcial del vapor. Existen dos modos de condensación distintos. Si el condensado se forma sobre una pared vertical y la humedece, una película completa cubrirá la pared y el espesor de la película aumentara a medida de que esta fluya hacia abajo por acción de la gravedad: tal modo se conoce como condensación en película. Puesto que la entalpia de condensación cedida a la superficie de la película debe atravesarla hasta llegar a la pared la película presenta una cierta resistencia térmica a la transferencia de calor. Estas películas de condensado son muy delgadas y los coeficientes de transferencia de calor son relativamente elevados.

Si el condensado no humedece la pared, ya sea porque esta se encuentre sucia o bien porque haya sido tratada con un agente que impide el humedecimiento, se formaran gotitas de condensado por nucleación sobre los huecos y otras imperfecciones de la superficie; las gotas crecerán rápidamente por condensación de vapor directa y por conglutinación. Cuando las gotas alcanzan cierto tamaño, fluyen sobre la superficie por acción de la gravedad y dejan expuesto el metal desnudo, sobre el cual se inicia un nuevo proceso de nucleación. Este modo se conoce como condensación en gotas. La transferencia de calor se da esencialmente a través de las gotas de diámetro inferior a los 100µm. la resistencia térmica de estas gotas es pequeña; por lo tanto, los coeficientes de transferencia de calor para la condensación en gotas pueden ser muy elevados. [2]

(Figura 1) cuando un vapor se expone a una superficie a una temperatura por debajo de Tsat se tiene condensacion en la forma de una pelicula liquida o en gotitas separadas sobre esa superficie.[3]

1.2 Regímenes de flujo.

El número de Reynolds para la condensación sobre superficies exteriores de los tubos o las placas verticales se incrementa en la dirección el flujo debido al aumento de espesor de la película del líquido. El flujo de esta película se exhibe regímenes diferentes, dependiendo del valor del número de Reynolds. Se observa que la superficie exterior de la película de líquido permanece lisa y sin ondas para alrededor de Re< 30 como se muestra en la figura 2 y por consiguiente. Resulta evidente que el flujo es laminar.

Con números de Reynolds mayores que 30 se observa que se forman ondas en interfase liquido-vapor, aun cuando el flujo en película de líquido es todavía laminar. En este caso se dice que es laminar ondulado. Las ondas en la interfase liquido-vapor tienden a incrementar la transferencia de calor. Pero las ondas también complican el análisis y resulta muy difícil obtener soluciones analíticas.

Conforme el número de Reynolds aumenta, aparecen rizos u ondas sobre la superficie libre del flujo de condensado y este se vuelve totalmente turbulento alrededor de Re ͌ 1800. En el rango de 450< Re<1800, se dice que le flujo es laminar ondulado y que es turbulento para Re> 1800. Sin embargo, existe cierto desacuerdo del valor de Re en el cual el flujo se vuelve laminar ondulado o turbulento.[3]

(Figura 2) Regímenes de flujo de condensación en película sobre una placa plana.

1.3 correlaciones de transferencia de calor para la condensación en película.

Enseguida se discutirá las relaciones para el coeficiente de transferencia de calor promedio h para el caso de condensación laminar en película para varias configuraciones geométricas.

1.3.1 placas planas verticales

En placas planas verticales la película del líquido fluye hacia abajo por la influencia de la gravedad. El espesor de la película y, por tanto, el gasto de masa de condensado aumentan con x como resultado de la condensación continua sobre, la película existente. Entonces la transferencia de calor del vapor a la placa debe ocurrir a través de la película, la cual ofrece resistencia a esa transferencia. Es obvio que entre más gruesa sea la película, más grande es su resistencia térmica y, por consiguiente menor la velocidad de la transferencia de calor.

1.3.2 condensación en película laminar sobre un tubo horizontal.

En las plantas generadoras de potencia y en las industrias procesadoras se usan ampliamente los condensadores de coraza y haz de tubos horizontales.

En el diseño de estos bancos de tubos horizontales apilados uno sobre el otro son de uso común. El espesor promedio de la película de líquido en los tubos inferiores es mucho mayor, como resultado del condensado que cae sobre la parte superior de ellos desde los tubos que se encuentran directamente arriba. Por lo tanto el coeficiente de transferencia de calor promedio en los tubos inferiores de estén tipo de arreglos es más pequeño.

1.4 condensacion por gotas.

La condensacion caracteristica por gotitas de diametros variables sobre la superficie de condensacion en lugar de una película continua de liquido, es uno de llos macanismos mas eficaces de la transferencia de calor y con el se pueden lograr coeficientes de transferencia extremadamente grandes.

En la condensación por gotas estás se forman en los sitios de nucleación sobre la superficie y crecen como resultado de la condensación continuada, se juntan formando otras grandes y resbalan hacia abajo cuando alcanzan cierto tamaño, despejando la superficie y exponiéndola al vapor. En este caso no existe película de líquido que oponga resistencia a la transferencia

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