Se origina
en el contacto
superficie-líquido, cuando la
temperatura de la superficie
es mayor que la temperatura de saturación del líquido en contacto con
ésta.
Si la temperatura del líquido es menor que la de saturación, el proceso
se conoce como “Ebullición
Subenfriada o Local”.
Si el
líquido se mantiene
a la temperatura
de saturación, el
proceso se conoce
como “Ebullición Saturada o Global”.
Dependiendo de la diferencia de
temperaturas entre la superficie y el líquido,
es posible reconocer o identificar diferentes regímenes de
ebullición. Según el esquema adjunto (fig,2).
Zona I: Las corrientes de
convección natural son las responsables del
movimiento del fluido cerca de la superficie. El líquido
próximo a la
superficie caliente está
ligeramente sobrecalentada y, por
consiguiente, se evapora cuando sube a la superficie
Zona II: Las burbujas comienzan a
formarse sobre la superficie (alambre) y se disipan en el líquido después
de desprenderse de
la superficie. Esta
zona indica el
comienzo de la “Ebullición Nucleada”.
Zona III: Si se incrementa la
diferencia de temperatura entre la superficie y el líquido, las burbujas se
forman más rápido, aumentan su tamaño y cantidad, alcanzando la superficie
donde se disipan.
Zona IV: Al seguir aumentando la
diferencia de temperatura, las burbujas se forman tan rápidamente que cubren la
superficie calefactora e impiden la afluencia de líquido fresco. Al formarse la
película de vapor, el calor
debe ser transferido por
conducción, entre la superficie y el
líquido, generando una resistencia térmica adicional que reduce el flujo de
calor. Esta zona indica
el comienzo de la
“Ebullición Fílmica” (transición
desde nucleada→ fílmica
Zona V: Se alcanza la “Ebullición
Fílmica” estable con una disminución del flujo de calor por acción de la
resistencia térmica del vapor.
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| Figura 2. Fases de la Ebullición |
MECANISMO DE EBULLICIÓN:
En la ebullición nucleada las
burbujas se crean por expansión del gas o vapor atrapado en pequeñas cavidades
de la superficie. Las burbujas aumentan
hasta cierto tamaño, dependiendo
de la tensión superficial en la interfase líquido-vapor, de la
temperatura y de la presión.
Dependiendo del exceso de
temperatura, la burbuja puede:
- Colapsar sobre la superficie.
- Separarse y colapsar en el seno del fluido.
- Separarse y subir hasta la superficie del
líquido.
COMPORTAMIENTO DE LA BURBUJA: Las
burbujas no siempre se encuentran en equilibrio termodinámico con el líquido
que le rodea, es decir, la temperatura
del vapor en su interior no necesariamente es igual a
la temperatura del líquido. Considerando una burbuja esférica en la cual
las fuerzas debido a la presión del líquido y del vapor deben estar en equilibrio con las fuerzas de tensión superficial en la
interfase vapor-líquido.
Analizando la ecuación anterior se tiene:
Correlaciones para evaluar la
transferencia de calor en ebullición.
Rohsenow
correlacionó datos experimentales en
ebullición nucleada por medio de la
siguiente expresión:
Reordenando la ecuación anterior se tiene:
La Ecuación de Rohsenow fue desarrollada para la combinación H2O –
platino con Csf = 0.013. Si se utiliza otra combinación debe corregirse el
flujo de calor mediante la expresión:
El efecto
de la convección forzada debería adicionarse
a la ebullición cuando
ésta sea relevante.
Esta situación
podría estar presente de manera
importante en la ebullición con
líquido subenfriado y no en la ebullición nucleada saturada
McAdams sugiere la siguiente
relación para la ebullición de H2O en baja presión.
Zuber, desarrolló una expresión
analítica para el máximo flujo de calor (punto a, Fig. 2).
Para ebullición local o
subenfriada en convección forzada por el interior de tubos verticales, se
recomienda:
Para
otras presiones, debe usarse la corrección:
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Figura 3. Datos
del flujo de calor para la ebullición del agua sobre un alambre de Platino. Los
números entre paréntesis son presiones en bar. 
Ebullición nucleada de agua a la
presión atmosférica.
(a) burbujas aisladas
(b) columnas y bloques
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Ebullición de Metanol en un tubo
horizontal
(a) Ebullición nucleada en el
régimen de chorros y columnas
(b) Ebullición por transición
(c) Ebullición de película
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