Condensación en Forma de Película

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL RAFAEL MARÍA BARALT ESCUELA DE INGENIERIA CÁTEDRA: TRANSFERENCIA DE CALOR VI SEMESTRE

TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA CONDENSACIÓN

INTEGRANTES: ATENCIO, RENE VILLAREAL, ELEAZAR

MUNICIPIO LA CAÑADA DE URDANETA, NOBIEMBRE DE 2015

TRANSFERENCIA DE CALOR EN LA CONDENSACIÓN

1. CONDENSACIÓN EN FORMA DE PELÍCULA La condensación en forma de película se produce cuando la sustancia líquida condensa al entrar en contacto con una pared, evidentemente a una temperatura inferior a la de saturación gaseosa del fluido condensado. La sustancia, entonces, pasa a humectar la superficie y cubrir toda la superficie de contacto. Es entonces, cuando el líquido ha formado la película que actúa como capa aislante disminuyendo el coeficiente de transferencia de calor de la sustancia y en consecuencia su capacidad de ceder calor. Si el condensado se forma sobre una pared vertical y la humedece, en condiciones normales se forma sobre la superficie un flujo continuo de fluido fluyendo el condensado hacia abajo por la acción de la gravedad, aumentando el espesor de la película de modo continuo de arriba hacia abajo. Salvo que la velocidad del vapor sea muy alta o que la película de líquido sea muy gruesa, el movimiento

del

condensado

es

laminar,

y

se

transfiere

la

entalpía de

condensación desde la intercara (vapor/líquido) hacia la superficie simplemente por conducción. La velocidad del flujo de calor depende principalmente del espesor de la película del condensado, la cual a su vez depende de la velocidad a la que condensa el vapor y de la velocidad con que se elimina el condensado. Cuando la placa es inclinada respecto a la posición vertical, disminuye la velocidad del condensado y la película de líquido se hace más gruesa, lo que origina una disminución de la velocidad de transferencia de calor. Los coeficientes de transmisión de calor por convección para la condensación de vapores puros en forma de película, sobre tubos y placas, fueron obtenidos por primera vez por Nusselt en 1916. 1.1. DERRETIMIENTO Y SOLIDIFICACIÓN

Derretimiento, es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia del estado sólido al estado líquido por la acción del calor. Cuando se calienta un sólido, se transfiere calor a los átomos, los cuales vibran con más rapidez a medida que ganan energía.

Solidificación, es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado liquido al sólido, por una disminución de la temperatura; la temperatura a la cual sucede ese cambio se llama punto de solidificación.

2. CONDENSACIÓN EN FORMA DE GOTA Cuando una superficie sobre la que va a condensar un vapor está contaminada con una sustancia que impide que el condensado moje la superficie, el vapor condensará en forma de gotas, en lugar de hacerlo como una película continua, fenómeno que se conoce como condensación en forma de gotas. En estas condiciones una gran parte de la superficie no se ve cubierta con una película aislante y los coeficientes de transferencia de calor pueden ser de cuatro a ocho veces más elevados que en la condensación en forma de película. Hasta ahora, la condensación en forma de gotas sólo se ha obtenido de modo fiable, con vapor de agua. Para calcular el coeficiente de transmisión de calor por convección, se recomienda suponer una condensación en forma de película porque, incluso en el caso del vapor de agua, sólo se puede esperar que se obtenga la condensación en forma de gotas bajo condiciones cuidadosamente controladas, que no pueden mantenerse siempre en la práctica. 3. CONDENSACIÓN EN SUPERFICIE La condensación ocurre cuando la temperatura de un vapor se reduce por debajo de su temperatura de saturación, En equipo industrial, el proceso normalmente resulta del

contacto entre el vapor y una superficie fría. La energía latente del vapor se libera, el calor se transfiere a la superficie, y se forma la condensación. Otros modos comunes son la condensación homogénea, donde el vapor se condensa como gotas suspendidas en una fase gaseosa para formar neblina, y la condensación por contacto directo, que ocurre cuando el vapor llega a hacer contacto con un líquido frío. Considerando la condensación superficial. La condensación puede ocurrir en una de dos formas, dependiendo de la condición de la superficie. La forma dominante de condensación es una en la que una película líquida cubre toda la superficie de condensación, y bajo la acción de la gravedad la película fluye de forma continua desde la superficie. La condensación de película es por lo general característica de superficies limpias no contaminadas. Sin embargo, si la superficie está cubierta de una sustancia que impide que se moje, es posible mantener condensación de gotas. Las gotas se forman en grietas, hoyos y cavidades sobre la superficie y pueden crecer y unirse a través de convección para condensación de película son más pequeños que los del caso de gotas, los cálculos del diseño de condensadores con frecuencia se basan en la suposición de condensación de película. 4. CONDENSACIÓN EN PELÍCULA SOBRE PAREDES PLANAS Y TUBERÍAS VERTICALES Hipótesis de simplificación de Nusselt: 

Flujo laminar y propiedades físicas constantes en la película.



Vapor puro a una temperatura de saturación.



Esfuerzo de corte despreciable en la interfase líquido vapor.



Transferencia de momento y energía por advección en la película, despreciables.

Ecuación del momento:

(1) Aproximaciones de capa límite:

(2) Condiciones de borde:

y=0 : u(0)=0 y=δ :

(3) Velocidad de flujo de masa condensada por unidad de ancho:

(4)

(5) Para obtener la variación de δ(x) y Γ(x) con x se aplica el principio de conservación de energía al elemento diferencial de la Figura 2. (6)

(7) Para una distribución lineal de la temperatura en la película:

(8) De (4), (6) y (8):

(9) De (5):

(10) De (9) y (10):

Espesor de capa límite:

(11) Donde Γ(x) se obtiene reemplazando δ(x) en la ecuación (5). Incluyendo los efectos de la advección térmica:

(12) Flujo de calor en la superficie:

(13) Coeficiente de convección de (8):

(14) De (11):

(15) Coeficiente de convección medio:

(16)

Número de Nusselt medio:

(17)

Donde hfg se evalúa a la temperatura de saturación y las propiedades del líquido en la temperatura de película Tf=(Tsat+Ts)/2. Transferencia de calor total:

(18) Velocidad de condensación total:

(19)

Figura 1-2.- (a)Efectos de capa límite relacionados a la condensación de película sobre una superficie vertical; (b) Condiciones de capa límite asociadas con el análisis de Nusselt para una placa vertical de ancho b.

5. CONDENSACIÓN EN PELÍCULAS SOBRE EL EXTERIOR DE CILINDROS HORIZONTALES

Figura 3.- Condensación de película sobre: (a) una esfera; (b) un tubo horizontal solo; (c) una hilera vertical de tubos horizontales con una lámina continua de condensado; (d) goteo de condensado.

Coeficiente de convección medio:

(20) Donde C=0.826 para esfera y C=0.729 para tubo. Para una tira de N tubos horizontales:

(21)

BIBLIOGRAFÍA

 http://myslide.es/documents/trabajo-transferencia-de-calor.html  https://sites.google.com/site/tcmdefiunsj/tema-10