Qué es el modo de ebullición – Tipo de ebullición – Definición

Se observan cuatro regímenes diferentes de ebullición de la ebullición de la piscina (en función del exceso de temperatura):

• Ebullición por convección natural                             ΔT _sat <5 ° C
• Nucleato de ebullición                                    5 ° C < ΔT _sat <30 ° C
• Transición Ebullición                                 30 ° C < ΔT _sat <200 ° C
• Película en ebullición                                         200 ° C < ΔT _sat

Descripción de los modos de ebullición :

• Ebullición por convección natural. En termodinámica , el requisito para que ocurra la ebullición de sustancias puras es que T _wall = T _sat . Pero en experimentos reales, la ebullición no ocurre hasta que el líquido se calienta unos pocos grados por encima de la temperatura de saturación. La temperatura de la superficie debe estar algo por encima de la temperatura de saturación para mantener la formación de vapor. En este modo de ebullición , se observará vapor sobre la superficie del agua, pero generalmente no hay burbujas.será observado A medida que aumenta la temperatura de sobrecalentamiento, eventualmente se producirá el inicio de la burbuja, pero por debajo del punto A, el movimiento del fluido está determinado principalmente por las corrientes de convección naturales. El punto A generalmente se conoce como el inicio de la ebullición nucleada – ONB .
• Nucleate Hervir. El tipo más común de ebullición local que se encuentra en las instalaciones nucleares es la ebullición nucleada . En la ebullición nucleada , se forman burbujas de vapor en la superficie de transferencia de calor y luego se desprenden y se transportan a la corriente principal del fluido. Tal movimiento mejora la transferencia de calor porque el calor generado en la superficie se transporta directamente a la corriente de fluido. Una vez en la corriente de fluido principal, las burbujas colapsan porque la temperatura del fluido no es tan alta como la temperatura de la superficie de transferencia de calor donde se crearon las burbujas. Este proceso de transferencia de calor a veces es deseable porque la energía creada en la superficie de transferencia de calor se “lleva” de manera rápida y eficiente.
• Transición de ebullición. El flujo de calor de ebullición nucleado no se puede aumentar indefinidamente. En algún valor, lo llamamos el ” flujo de calor crítico ” ( CHF ), el vapor producido puede formar una capa aislante sobre la superficie, que a su vez deteriora el coeficiente de transferencia de calor. Esto se debe a que una gran fracción de la superficie está cubierta por una película de vapor, que actúa como un aislamiento térmico debido a la baja conductividad térmica del vapor en relación con la del líquido. Inmediatamente después de alcanzar el flujo de calor crítico, la ebullición se vuelve inestable y se produce la ebullición de transición . La transición de ebullición nucleada a ebullición de película se conoce como la ” crisis de ebullición“. Dado que más allá del punto CHF el coeficiente de transferencia de calor disminuye, la transición a la ebullición de la película suele ser inevitable.
• Película hirviendo. Un aumento adicional en el flujo de calor hace que una película de vapor cubra la superficie. Esto reduce significativamente el coeficiente de convección, ya que la capa de vapor tiene una capacidad de transferencia de calor significativamente menor. Como resultado, el exceso de temperatura se dispara a un valor muy alto. Más allá del punto de Leidenfrost , una película de vapor continua cubre la superficie y no hay contacto entre la fase líquida y la superficie. En esta situación, la transferencia de calor es tanto por radiación como por conducción al vapor. Si el material no es lo suficientemente fuerte como para soportar esta temperatura, el equipo fallará por daños al material. Este fenómeno también se conoce como agotamiento. En los reactores de agua a presión, uno de los requisitos clave de seguridad (tal vez el más importante) es que no se producirá un alejamiento de la ebullición nucleada ( DNB ) durante la operación en estado estable, transitorios operativos normales y sucesos operativos anticipados (AOO). La integridad del revestimiento de combustible se mantendrá si el DNBR mínimo permanece por encima del límite de 95/95 DNBR para PWR (una probabilidad del 95% a un nivel de confianza del 95%). Dado que este fenómeno deteriora el coeficiente de transferencia de calor y el flujo de calor permanece, el calor se acumula en la barra de combustible causando un aumento dramático del revestimiento y la temperatura del combustible.. Simplemente, se requiere una diferencia de temperatura muy alta para transferir el flujo de calor crítico que se produce desde la superficie de la barra de combustible al refrigerante del reactor (a través de la capa de vapor).

Categorización por la temperatura de subenfriamiento, ΔT _sub .

La ebullición también se puede clasificar según si está subenfriada o saturada:

• Ebullición subenfriada. En ebullición subenfriada , la temperatura de la mayoría del líquido está por debajo de la temperatura de saturación y las burbujas formadas en la superficie pueden condensarse en el líquido. Esta condensación (colapso) produce un sonido de frecuencia ~ 100Hz – 1 KHz. Es por eso que una tetera eléctrica hace el mayor ruido antes de que el agua llegue a ebullición saturada. El término subenfriamiento se refiere a un líquido que existe a una temperatura por debajo de su punto de ebullición normal.
• Ebullición saturada . En ebullición saturada (conocida también como ebullición en masa ), la temperatura del líquido excede ligeramente la temperatura de saturación. La ebullición masiva puede ocurrir cuando la temperatura del sistema aumenta o la presión del sistema cae al punto de ebullición. En este punto, las burbujas que ingresan al canal de refrigerante no colapsarán. Las burbujas tenderán a unirse y formar burbujas de vapor más grandes. Luego, las burbujas de vapor son impulsadas a través del líquido por fuerzas de flotabilidad, que eventualmente escapan de una superficie libre.