Kern

CAPITULO

14
EVAPORACION

Mecanismos de vaporización. Mucho de nuestro presente conocimiento del fenómeno de ebullición se obtiene del trabajo de Jakob

y Fritz’ y las investigaciones posteriores de Jakob.‘” Cuando a través
de un tubo fluye vapor de agua y aquel se encuentra sumergido en
un recipiente con líquido, se forman pequeñas burbujas de vapor de
una manera completamente al azaren la superficie del tubo. El
calor que pasa a través de la superficie del tubo donde no se forman
burbujas, entra por convección al líquido que lo rodea. Algo del calor del líquido fluye entonces hacia la burbuja, provocando evaporación desde su superficie interna hacia el interior de ella misma. Cuando se ha desarrollado suficiente fuerza ascensorial entre la burbuja
y el líquido, ésta selibera de las fuerzas que la mantienen adherida
al tubo y sube a la superficie del recipiente. Kelvin postuló que, para
que esta conducta prevalezca, el líquido debe estar más caliente que
su temperatura de saturación en la burbuja incipiente. Esto es posible, ya que la naturaleza esférica de la burbuja establece fuerzas de
superficie en el líquido, de manera que la presión de saturación
dentrode la burbuja es menor que la del líquido que la rodea. La temperatura de saturación de la burbuja siendo menor que la del líquido
que la rodea, permite el flujo de calor dentro de la burbuja. El número de puntos en los que se originan burbujas depende de la textura
de la superficie del tubo, aumentando con la rugosidad. Jakob y
Fritz han detectado la presencia de líquido sobrecalentado cercanoa la superficie de calentamiento y han encontrado que la diferencia
entre la temperatura del líquido sobrecalentado y la temperatura de
saturación del vapor es menor para superficies rugosas que para
aquellas lisas.
La transferencia de calor por vaporización sin agitación mecánica, es obviamente una combinación de convección ordinaria en
el líquido y convección adicional producida por laascención de las
’ Jakob, M., y W . F r i t z . Forschr. Gebiete Ingenieurw., 2 , 4 3 4 ( 1 9 3 1 ) .
2 J a k o b . M . , Mech. E n g . , 5 8 , 6 4 3 ( 1 9 3 6 ) ; “Heat Transfer”,
Vd. 1 , J o h n W i l e y & Sons,
Xmc., New York 1949.

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PROCESOS

DE

TRANSFERENCIA

DE

CA.J.OR

burbujas de vapor. Bajo diferencias de temperatura muy pequeñas
entre la pared del tubo y ellíquido en ebullición, la formación de
las burbujas tiene lugar lentamente y la velocidad de transferencia
de calor es esencialmente la de convección libre, estando dada por
las Ecs. (10.13) y (10.14). La tensión superficial y su influencia
en la formación de la burbuja y su crecimiento, es otro factor que
se muestra en la Fig. 14.1. La tensión superficial de agua en contra
de aire esaproximadamente de 75 dinas/cm a temperatura ordinaria, mientras que la mayoría de las sustancias orgánicas tienen
tensiones superficiales que varían de 20 a 30 dinas/cm a temperatura ordinaria. La tensión superficial de muchos líquidos a sus
puntos de ebullición respectivos, sin embargo, probablemente no se
aparte mucho de aquellas a temperatura ordinaria. Las tensiones
superficiales de líquidos encontra de metales pueden también diferir de su tensión superficial en contra del aire, ya que la velocidad
de vaporización del agua es en realidad mucho mayor que la de los
líquidos orgánicos bajo condiciones idénticas. Si la tensión superficial de un líquido es baja, tiende a mojar las superficies, de manera que la burbuja en la Fig. 14.la, es fácilmente ocluida por el
líquido y asciende. Paralíquidos de tensión superficial inmediata,
como se muestra en la Fig. 14.lb, existe un balance momentáneo
entre la burbuja y la pared del tubo, de manera que es necesario
formar una burbuja más grande antes de que las fuerzas ascensoriales la liberen de la superficie del tubo, La burbuja de Ia Fig.
14.1~ indica la influencia de una gran tensión superficial.

8

IC)

FIG. 14.1. Efecto de...