Cambio de Fase

UNIVERSIDAD GRAN MARISCAL DE AYACUCHO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL NÚCLEO EL TIGRE

INTEGRANTES: Oscar José Pichardi C.I: 20.172.213

Mayo 2011

Transferencia de calor en Cambio de fase INTRODUCCIÓN

La ebullición y la condensación son procesos esenciales en la transferencia de calor desde una región caliente a otra más fría en numerosas aplicaciones, como por ejemplo, la generación de energía eléctrica, la refrigeración, el refinado, la transmisión de calor, etc. La ebullición es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso con las fuerzas de algo a mucha temperatura (100 grados). Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión. Si se continúa calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del líquido. Se producen tres modos distintos de ebullición libre: conectiva, nucleada y la potencialmente peligrosa ebullición pelicular. Los estudiantes de ingeniería deben conocer las características de cada modo de ebullición si van a participar en el diseño, el funcionamiento o el servicio de cualquier proceso de transferencia de calor. Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.

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Transferencia de calor en Cambio de fase CONDENSACIÓN

Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación. La condensación es un fenómeno en la cual un vapor hace contacto con otra sustancia sin distingo de su estado físico que tiene una temperatura por debajo de la temperatura de saturación del vapor. En la condensación podemos distinguir dos formas, una llamada condensación de película en donde el vapor se condensa sobre la superficie y forma sobre ella una capa de fluido que cae por acción de la gravedad y su grosor aumenta en el sentido del fluido todo gracias a la adición de mas vapor condensado sobre la superficie de la película de fluido. Otra forma es la condensación por gota, en la que el vapor forma gotas diversas sobre la superficie. Entre ambas formas de transferencia de calor la más deseada es la transferencia de calor por gotas, ya que la tasa transferencia de calor en esta forma puede llegar hasta ser 10 veces mayor que la transferencia de calor por películas, el trabajo de muchos científico se ha basado en lograr la transferencia de calor por goteo en tiempo largos sin mayor éxito, por lo tanto lo general es que ocurra transferencia de calor en película, por esa causa todos los equipos de transferencia de calor por condensación están concebidos para funcionar con eficiencia en sistemas de condensación por película. En la convención por película podemos encontrarnos con la dependencia del conocer la naturaleza del flujo del fluido condensado para poder determinar la tasa de transferencia de calor. Reynolds nos ofrece una forma de calcularlo:

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Transferencia de calor en Cambio de fase Dh=4Ac/p=4δ: diámetro hidráulico (m) p: perímetro mojado del condensado. (m) Ac=pδ: Perímetro mojado del condensado por el espesor de la pelícu la (m2) Ρ: Densidad de Fluido Kg/m3

µl: Viscosidad del fluido kg/ms V: velocidad promedio del fluido m/s m: gasto másico Kg/s CONDENSACIÓN EN PAREDES VERTICALES.

Ya sabemos que la rata de transferencia de calor por convección está dada por la ecuación Q=h*A*(t2-t1) y que la condensación desprende calor bajo la siguiente forma Q=m(hg-hf), pero esta condición es aplicable solo cuando la temperatura del aire es la temperatura del agua, condición que es poco probable, y por lo tanto h fg debe reemplazarse por h*fg Cuando la temperatura de la pared es menor a la temperatura de saturación del vapor entonces la temperatura del fluido líquido de la capa tendrá una temperatura de película que es la media de la temperatura de saturación y la película de la superficie. Por lo tanto se calculará adicionalmente la transferencia de calor del Oscar Pichardi

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Transferencia de calor en Cambio de fase fluido con las propiedades del fluido líquido a temperatura de película, quedando así

Adicionalmente a este fenómeno está la presencia de vapor sobre calentado por lo cual debe calcularse la pérdida de calor del aire mediante el uso del Calor específico del vapor a temperatura de película, la cual es la media entre la temperatura del vapor y la temperatura de saturación del fluido, quedando así:

Por lo tanto:

Despejando m de la anterior y sustituyendo en la ecuación de Reynolds obtenemos que:

Calculado el Reynolds podemos identificar qué tipo de fluido fluye sobre la superficie convectiva. Si:

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