transferencia de calor

Transferencia de Calor

Prácticas de Laboratorio curso 2006-07

TRANSFERENCIA DE CALOR
PRÁCTICA DE EBULLICIÓN Y CONDENSACIÓN
1. Conocimientos previos
Antes de realizar la práctica correspondiente a la ebullición y condensación es recomendable
estudiar los diferentes tipos de ebullición, así como el arrastre de líquido por el vapor en las calderas
productoras de vapor. A continuación sevan a describir los diferentes tipos de ebullición y
condensación que existen y sus características principales.
1.1 Curva de ebullición
Nukiyama fue el primero en identificar los diferentes tipos de ebullición con el uso del aparato
de la siguiente figura:

El flujo de calor del alambre de nicromio horizontal al agua saturada se determina mediante la
medición del flujo de corriente I y dela caída de tensión V. La temperatura del alambre se
determina del conocimiento de la variación de su resistencia eléctrica con la temperatura. Este
arreglo se denomina como calentamiento de potencia controlada, donde la temperatura del alambre
Ts (y por ello el exceso de temperatura ∆ Te = Ts - Tsat) es la variable dependiente y la potencia (y
por ello el flujo de calor, q ′′ ) es la variableindependiente.
s

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Al seguir las flechas de la curva de calentamiento se hace evidente que conforme se aplica
potencia, el flujo de calor aumenta primero lentamente y después con gran rapidez, con el exceso de
temperatura.
Nukiyama observó que la ebullición, evidenciada por la presencia de burbujas no comenzó hasta
que∆ Te ≈ 5 ºC. Con el posterior incremento en la potencia, el flujo de calor aumentó a niveles muy
altos hasta que, de súbito, para un valor ligeramente superior a q ′′ , la temperatura del alambre
máx
saltó al punto de fusión y se quemó. Nukiyama volvió a repetir el experimento pero ahora con un
alambre de platino que tiene un punto de fusión mayor. De esta manera Nukiyama fue capaz demantener flujos de calor por encima del valor de q ′′ sin que se fundiese el alambre. Al reducir
máx
posteriormente la potencia, la variación de ∆ Te con q ′′ siguió la curva de enfriamiento de la Figura
s

′′
10.3. Cuando el flujo de calor alcanzó el mínimo q mín una disminución adicional en la potencia
ocasionó que el exceso de temperatura cayera de manera abrupta, y el proceso siguió la curvaoriginal de calentamiento de regreso al punto de saturación.
Nukiyama pensó que el efecto de histéresis de la figura era consecuencia del método de
calentamiento de potencia controlada, donde ∆ Te es una variable dependiente. También pensó que
con el uso de un proceso de calentamiento que permitiera el control independiente de ∆ Te, se
podría obtener la parte “perdida” de la curva. Estaconjetura la comprobaron posteriormente Drew y
Mueller mediante la condensación de vapor dentro de un tubo a diferentes presiones. Fueron
capaces de controlar el valor de ∆ Te para la ebullición de un fluido orgánico de bajo punto de

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ebullición en la superficie externa del tubo y por ello obtener la parte punteada de lacurva de
ebullición.
1.2 Modos de ebullición
Se puede obtener una apreciación de los mecanismos físicos básicos al examinar los diferentes
modos o regímenes de la ebullición. La curva que a continuación se presenta corresponde a agua a 1
atm, aunque tendencias similares caracterizan el comportamiento de otros fluidos. De la ecuación:
q ′′ = h(Ts − Tsat ) = h∆Te notamos que q ′′ depende delcoeficiente de convección h y también de ∆ Te
s
s
Se pueden determinar diferentes regímenes de ebullición en función del valor de ∆ Te.

Ebullición de convección libre
La ebullición de convección libre existe si ∆ Te ≤ ∆ Te,A donde ∆ Te,A ≈ 5 ºC. En este régimen
hay insuficiente vapor en contacto con la fase líquida para ocasionar la ebullición a la temperatura
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