Ebullicion

Ebullición

La ebullición es un proceso de cambio de fase de líquido a vapor precisamente como la evaporación, pero existen diferencias significativas entre las dos. 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.

Por ejemplo, el agua en un lago a 20°C se evapora hacia el aire a 20°C y humedad relativa de 60%, ya que la presión de saturación del agua a esa temperatura es 2.3 kPa y la presión de vapor del aire en las condiciones mencionadas es 1.4 kPa. Se encuentran otros ejemplos de evaporación en el secado de ropa, frutas y vegetales; la evaporación del sudor para enfriar el cuerpo humano y el rechazo de calor mde desecho en las torres húmedas de enfriamiento.

Ebullición

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 Ts suficientemente por arriba de la de saturación Tsat de ese líquido (figura 10-2). Por ejemplo, a 1 atm, el agua líquida en contacto con una superficie sólida a 110°C hervirá, puesto que la temperatura de saturación del agua a 1 atm es 100°C. 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 a elevarse hacia la superficie libre del líquido.

Al cocinar no se dice que el agua hierve hasta que las burbujas suben hasta la parte superior. La ebullición es un fenómeno complicado debido al gran número de variables que intervienen en el proceso y los patrones complejos del movimiento del fluido causados por la formación y el crecimiento de las burbujas.

Como una forma de transferencia de calor por convección, el flujo de calor en la ebullición, de una superficie sólida hacia el fluido, se expresa con base en la ley de Newton del enfriamiento como

En donde _Texceso _ Ts – Tsat se llama temperatura en exceso, la cual representa el exceso de la temperatura superficial por encima de la de saturación del fluido.

Análisis y Evaluación de la Condensación y Ebullición

En la práctica los procesos de ebullición no ocurren en condiciones de equilibrio, y normalmente las burbujas no se encuentran en equilibrio termodinámico con el líquido que las circunda. Es decir, la temperatura y la presión del vapor en una burbuja suelen ser diferentes a las del líquido. La diferencia de presión entre el líquido y el vapor es equilibrada por la tensión superficial en la interfase. La diferencia de temperatura entre el vapor en una burbuja y el líquido circundante es la fuerza impulsora para la transferencia de calor entre las dos fases. Cuando el líquido está a una temperatura más baja que la de la burbuja, se transferirá calor de ésta hacia aquél, lo que provoca que algo del vapor del interior de la burbuja se condense y ésta llegue finalmente a aplastarse.

Cuando el líquido está a una temperatura más alta que la de la burbuja, el calor se transferirá de aquél hacia ésta, haciendo que la burbuja crezca y suba hasta la parte superior bajo la influencia de la flotación.

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 masivo del fluido, y que es en flujo (o ebullición en convección forzada) en presencia de ese flujo.

Se presenta la condensación cuando la temperatura de un vapor se reduce por debajo de su temperatura de saturación, Tsat. Esto suele llevarse a cabo cuando el vapor entra en contacto con una superficie sólida cuya temperatura Ts esté

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