evaporacion en una caldera


Evaporación en una caldera
Experiencia de laboratorio 3



















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Introducción

A continuación se presenta el desarrollo experimental y análisis de resultados de la experiencia de laboratorio de evaporación en una caldera, para la cual se hace uso del aparto experimental denominado WL220 Proceso deebullición en recipientes. En términos generales durante la experiencia se trabaja con un modelo simplificado de lo que ocurre dentro de una caldera industrial, donde se calienta un líquido hasta llevarlo a una temperatura y estado deseados, en el modelo lo que se realiza es calentar un fluido de bajo punto de ebullición, para acelerar el proceso de evaporación, y observar los cambios en el fluido y en lasituación interna del recipiente, como la presión y la condensación de vapor. Todos estos parámetros permiten realizar un análisis de los procesos de evaporación y condensación que ocurren en el recipiente, y compararlos con los parámetros y descripciones teóricas.

Marco Teórico

Los principales fundamentos teóricos asociados al desarrollo del experimento y la posterior evaluación de losresultados se definen a continuación:
a) Evaporación: es un proceso químico por el cual un elemento en estado líquido pasa a estado gaseoso, cuando sus partículas reciben la energía suficiente para desprenderse. Puede subdividirse en 4 etapas:
1- Convección libre (natural): el proceso de convección natural es cuando un fluido inmóvil entra en contacto con un elemento a mayor temperatura, lograndoentregar energía suficiente para calentar el fluido, las partículas de mayor temperatura suben y generan un movimiento del fluido logrando calentar el fluido por convección. Algunas partículas logran captar energía suficiente, suben y escapan de la superficie, generando evaporación.
2- Vaporización de burbujas: si la energía que el fluido está recibiendo es lo suficientemente alta, en la zona decontacto entre el fluido y la fuente de calor se comienzan a generar burbujas, que suben rápidamente y aceleran el proceso de evaporación. Para que se formen burbujas las condiciones del sistema deben ser tales que se alcance el punto de ebullición. Anexo 1.
3- Vaporización pelicular inestable: la formación de burbujas producto de la ebullición comienza a formar una capa cada vez más estable degas, ante lo cual si bien puede aumentar la temperatura, la capa de gas genera una barrera para la transferencia de calor, con lo cual se comienza a observar una disminución de la temperatura del fluido.
4- Vaporización pelicular estable: la capa de gas formada por las burbujas comienza a tomar forma hasta generar una capa estable, en este punto esta capa genera una barrera para la transferenciade calor, por efecto del coeficiente conducción, lo cual disminuye notablemente la transferencia de calor hacia el fluido, alcanzando el punto mínimo de transferencia de calor.

b) Condensación: proceso químico inverso a la evaporación. Puede darse sobre superficies en forma de película o en forma de gotas.

c) Relación presión y temperatura

La relación entre presión y temperatura en unambiente en donde coexisten líquido y vapor efecto de la evaporación del primero, se puede modelar a través de la ecuación de Clausius-Clapeyron, esta ecuación describe un modelo para las transiciones de fase planteado una curva donde coexisten dos fases en un diagrama de presión y temperatura.
Ecuación 1 de Clausius-Clapeyron:

Variación de presión en función de la temperatura, depende de lavariación de entalpia H y de la variación del Volumen.
A partir de esta ecuación de modelado se puede describir la presión en función de la temperatura como:

Ecuación 2, representa la presión en función de la temperatura T, la diferencia de entalpia r y la constante de los gases R.

d) Transferencia de calor

Para poder elevar la temperatura del fluido experimental se requiere calentar una...