Vaporizacion

VI.- VAPORIZACIÓN
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El proceso simultáneo de la vaporización a presión y del flujo en dos fases agua-vapor, es un caso de transferencia de calor y de flujo, de interés en el estudio de los generadores de vapor. La vaporización es un proceso de intercambio térmico a presión constante, en el que al aplicar calor al líquido éste no eleva su temperatura; en este procesoel calor se absorbe al tiempo que la fase líquida pasa a fase gaseosa. La transferencia térmica es elevada por lo que el proceso de vaporización es un método ideal de refrigeración de las superficies expuestas a elevados aportes de calor. El fenómeno de la vaporización en los generadores de vapor plantea problemas como:
- La interrupción súbita de la vaporización, con aportes de calor muyelevados - El presentar fluctuaciones en el régimen de circulación - La obtención de una eficiente separación entre vapor y agua - La aparición de diferencias significativas en la densidad de los fluidos contenidos en los tubos calentados y en los tubos no calentados

Para una caldera de circulación natural, el agua fluye hacia los tubos calentados a través de un circuito de circulación. La mayor partede los generadores de vapor que queman combustibles fósiles y todos los sistemas nucleares, operan dentro de un intervalo de presiones en el que la vaporización es el elemento clave, por lo que para el diseño de estas unidades se necesita comprender la vaporización y todos los fenómenos relacionados con ella. En condiciones supercríticas, en las que el agua no hierve sino que experimenta unatransición continua desde la fase líquida a la de vapor, se presentan unas características especiales de transferencia de calor y un comportamiento muy particular del proceso de vaporización. VI.1.- FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE VAPORIZACIÓN La temperatura de saturación Tsat depende sólo de la presión. A la presión atmosférica la temperatura de saturación del agua es de 212ºF (100ºC), punto en el quetiene lugar la generación de vapor, produciéndose burbujas libres de vapor en el seno del líquido que está sometido a un calentamiento continuo. A medida que la presión aumenta hasta la presión crítica, 3.208,2 psi (221,2 bar), el calor latente de vaporización tiende a cero y la formación de burbujas asociada a la vaporización disminuye.
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A presiones superiores a la crítica, a medida queaumenta la temperatura al aplicar calor, se presenta una suave transición desde el estado líquido al de vapor. Curva de vaporización.- La Fig VI.1 representa una curva de vaporización relativa a un conductor eléctrico que calienta agua en un recipiente; el flujo térmico por unidad de superficie intercambiadora y la diferencia de temperaturas entre la superficie metálica y la masa de fluido serepresentan a escala logarítmica.

Fig VI.1.- Curva de vaporización

Entre los puntos A y B el intercambio térmico por convección refrigera el conductor, no existiendo en este período vaporización. Si se traspasa el punto B (punto de vaporización incipiente), la temperatura del fluido próximo a la superficie calentada, sobrepasa ligeramente a la temperatura de saturación del fluido, mientras quela masa restante de fluido permanece subenfriada. A continuación, en las regiones cercanas al conductor comienza la formación generalizada de burbujas que, al principio, son muy pequeñas y que, posteriormente, se colapsan en cuanto entran en contacto con la masa restante del fluido, que está más fría; este fenómeno se denomina vaporización subenfriada y se representa entre los puntos B y S de lacurva; la transferencia térmica es bastante elevada, pero no hay generación neta de vapor. Entre los puntos S y C, la temperatura del fluido crece y alcanza la temperatura de saturación. Las burbujas ya no quedan confinadas en las regiones próximas a la superficie, sino que se desplazan hacia la masa restante; esta zona de la curva se conoce como región de vaporización puntual, en la que la...