{"id":39802,"date":"2019-09-16T11:10:30","date_gmt":"2019-09-16T10:10:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-ebullicion-y-condensacion-definicion\/"},"modified":"2020-01-06T14:26:19","modified_gmt":"2020-01-06T13:26:19","slug":"que-es-ebullicion-y-condensacion-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-ebullicion-y-condensacion-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es ebullici\u00f3n y condensaci\u00f3n? Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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La ebullici\u00f3n y la condensaci\u00f3n difieren de otras formas de convecci\u00f3n en que dependen del calor latente de vaporizaci\u00f3n, que es muy alto.\u00a0Ebullici\u00f3n y condensaci\u00f3n<\/div>\n<\/div>\n
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Ebullici\u00f3n y condensaci\u00f3n<\/h2>\n
\"Diagrama<\/a>
Diagrama de fase del agua.
\nFuente: wikipedia.org CC BY-SA<\/figcaption><\/figure>\n

En cap\u00edtulos anteriores, hemos discutido\u00a0la transferencia de calor por convecci\u00f3n<\/strong><\/a>\u00a0con una suposici\u00f3n muy importante.\u00a0Asumimos una\u00a0transferencia de calor por convecci\u00f3n monof\u00e1sica<\/strong>\u00a0sin ning\u00fan cambio de fase.\u00a0En este cap\u00edtulo nos enfocamos en la transferencia de calor por convecci\u00f3n asociada con el\u00a0cambio en la fase de un fluido<\/strong>\u00a0.\u00a0En particular, consideramos procesos que pueden ocurrir en una interfaz s\u00f3lido-l\u00edquido o s\u00f3lido-vapor, a saber,\u00a0ebullici\u00f3n<\/strong>\u00a0(cambio de fase de l\u00edquido a vapor) y\u00a0condensaci\u00f3n<\/strong>\u00a0(\u00a0cambio de fase de\u00a0vapor a l\u00edquido).<\/p>\n

Para estos casos,\u00a0los efectos del calor latente<\/strong>\u00a0asociados con el cambio de fase son significativos.\u00a0El calor latente<\/a>\u00a0,<\/strong>\u00a0conocido tambi\u00e9n como la entalp\u00eda de vaporizaci\u00f3n, es la cantidad de calor agregado o eliminado de una sustancia para producir un cambio de fase.\u00a0Esta energ\u00eda descompone las fuerzas de atracci\u00f3n intermoleculares, y tambi\u00e9n debe proporcionar la energ\u00eda necesaria para expandir el gas (el\u00a0trabajo p\u0394V<\/strong>\u00a0).\u00a0Cuando\u00a0se agrega\u00a0calor latente<\/strong>\u00a0, no ocurre cambio de temperatura.<\/p>\n

\"Calor<\/a>
El calor de vaporizaci\u00f3n disminuye al aumentar la presi\u00f3n, mientras que aumenta el punto de ebullici\u00f3n.\u00a0Se desvanece por completo en un cierto punto llamado punto cr\u00edtico.<\/figcaption><\/figure>\n

La\u00a0entalp\u00eda de la vaporizaci\u00f3n<\/strong>\u00a0es una funci\u00f3n de la presi\u00f3n a la que tiene lugar esa transformaci\u00f3n.<\/p>\n

Calor latente de vaporizaci\u00f3n – agua a 0.1 MPa (presi\u00f3n atmosf\u00e9rica)<\/p>\n

h\u00a0<\/strong>lg<\/sub><\/strong>\u00a0= 2257 kJ \/ kg<\/strong><\/p>\n

Calor latente de vaporizaci\u00f3n: agua a 3 MPa (presi\u00f3n dentro de un generador de vapor)<\/p>\n

h\u00a0<\/strong>lg<\/sub><\/strong>\u00a0= 1795 kJ \/ kg<\/strong><\/p>\n

Calor latente de vaporizaci\u00f3n: agua a 16 MPa (presi\u00f3n dentro de un\u00a0presurizador<\/a>\u00a0)<\/p>\n

h\u00a0<\/strong>lg<\/sub><\/strong>\u00a0= 931 kJ \/ kg<\/strong><\/p>\n

\"supercr\u00edtico-fase-cr\u00edtico-punto-min\"<\/a>El\u00a0calor de vaporizaci\u00f3n<\/strong>\u00a0disminuye al aumentar la presi\u00f3n, mientras que\u00a0aumenta el\u00a0punto de ebullici\u00f3n<\/a>\u00a0.\u00a0Se desvanece por completo en un cierto punto llamado\u00a0punto cr\u00edtico<\/a>\u00a0.\u00a0Por encima del punto cr\u00edtico, las fases l\u00edquida y de vapor son indistinguibles, y la sustancia se llama\u00a0fluido supercr\u00edtico<\/a>\u00a0.<\/p>\n

El cambio del estado l\u00edquido al vapor debido a la\u00a0ebullici\u00f3n<\/strong>\u00a0se mantiene mediante la transferencia de calor desde la superficie s\u00f3lida;\u00a0por el contrario, la\u00a0condensaci\u00f3n<\/strong>\u00a0de un vapor al estado l\u00edquido da como resultado la transferencia de calor a la superficie s\u00f3lida.\u00a0La ebullici\u00f3n y la condensaci\u00f3n<\/strong>\u00a0difieren de otras formas de convecci\u00f3n en que dependen del\u00a0calor latente de vaporizaci\u00f3n<\/strong>\u00a0, que es\u00a0muy alto<\/strong>\u00a0para\u00a0presiones<\/a>\u00a0comunes\u00a0, por lo tanto, se pueden transferir grandes cantidades de calor durante la ebullici\u00f3n y la condensaci\u00f3n esencialmente a temperatura constante.\u00a0Los coeficientes de transferencia de calor<\/a>\u00a0, h, asociados con la\u00a0ebullici\u00f3n y la condensaci\u00f3n<\/strong>\u00a0suelen ser\u00a0mucho m\u00e1s altos.<\/strong>que los encontrados en otras formas de procesos de convecci\u00f3n que involucran una sola fase.<\/p>\n

Esto se debe al hecho de que, incluso en\u00a0flujo turbulento<\/a>\u00a0, hay una capa de pel\u00edcula de fluido estancada (subcapa laminar) que a\u00edsla la superficie del intercambiador de calor.\u00a0Esta\u00a0capa de pel\u00edcula de fluido estancada<\/strong>\u00a0juega un papel crucial para el coeficiente de transferencia de calor por convecci\u00f3n.\u00a0Se observa que el fluido se\u00a0detiene completamente en la superficie<\/strong>\u00a0y asume una velocidad cero en relaci\u00f3n con la superficie.\u00a0Este fen\u00f3meno se conoce como la condici\u00f3n antideslizante y, por lo tanto,\u00a0en la superficie,<\/strong>\u00a0el flujo de energ\u00eda ocurre\u00a0puramente por conducci\u00f3n.\u00a0<\/strong>Pero en las siguientes capas se producen movimientos de conducci\u00f3n y difusi\u00f3n de masa en el nivel molecular o macrosc\u00f3pico.\u00a0Debido al movimiento de masa, la tasa de transferencia de energ\u00eda es mayor.\u00a0Como fue escrito,La ebullici\u00f3n de nucleados<\/strong>\u00a0en la superficie altera efectivamente esta capa estancada y, por lo tanto, la ebullici\u00f3n de nucleados aumenta significativamente la capacidad de una superficie para transferir\u00a0energ\u00eda t\u00e9rmica<\/a>\u00a0al fluido a granel.<\/p>\n

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Punto de ebullici\u00f3n – Saturaci\u00f3n<\/span><\/h2>\n

En termodin\u00e1mica, el t\u00e9rmino\u00a0\u00a0<\/span>saturaci\u00f3n<\/span><\/strong><\/a>\u00a0\u00a0define una condici\u00f3n en la que puede existir una mezcla de vapor y l\u00edquido a una temperatura y presi\u00f3n determinadas.\u00a0La temperatura a la que\u00a0\u00a0comienza a producirse\u00a0<\/span>vaporizaci\u00f3n\u00a0<\/span><\/strong>\u00a0(ebullici\u00f3n) para una presi\u00f3n determinada se denomina\u00a0<\/span>\u00a0temperatura de saturaci\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0o\u00a0\u00a0<\/span>punto de ebullici\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0La presi\u00f3n a la que comienza a producirse vaporizaci\u00f3n (ebullici\u00f3n) para una temperatura dada se denomina presi\u00f3n de saturaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Cuando la calidad del vapor es igual a 0, se denomina\u00a0\u00a0<\/span>estado l\u00edquido saturado<\/span><\/a>\u00a0<\/strong>\u00a0(monof\u00e1sico).\u00a0Por otro lado, cuando la calidad del vapor es igual a 1, se denomina\u00a0estado de vapor saturado<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0o\u00a0\u00a0vapor seco<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0(monof\u00e1sico).\u00a0Entre estos dos estados, hablamos\u00a0\u00a0de la mezcla vapor-l\u00edquido<\/strong>\u00a0\u00a0o\u00a0\u00a0vapor h\u00famedo<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0(mezcla de dos fases).\u00a0A presi\u00f3n constante, una adici\u00f3n de energ\u00eda no cambia la temperatura de la mezcla, pero la\u00a0calidad<\/strong><\/a>\u00a0del\u00a0\u00a0vapor<\/strong><\/a>\u00a0\u00a0y el volumen espec\u00edfico cambian.<\/span>\u00a0<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Saturaci\u00f3n en presurizador<\/span><\/h2>\n
\"Propiedades<\/a>
Propiedades extensivas e intensivas del medio en el presurizador.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Un\u00a0\u00a0<\/span>presurizador<\/span><\/strong><\/a>\u00a0\u00a0es un componente de un\u00a0\u00a0<\/span>reactor de agua a presi\u00f3n<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0<\/span>La presi\u00f3n en el circuito primario\u00a0<\/span><\/strong>\u00a0de los PWR se mantiene mediante un\u00a0\u00a0<\/span>presurizador<\/span><\/strong>\u00a0, un recipiente separado que est\u00e1 conectado al circuito primario (pata caliente) y se llena parcialmente con agua que se calienta a la\u00a0\u00a0<\/span>temperatura de saturaci\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0(punto de ebullici\u00f3n) para la presi\u00f3n deseada mediante\u00a0electricidad<\/strong>\u00a0sumergida.\u00a0\u00a0<\/span>calentadores<\/span><\/strong>.\u00a0La temperatura en el presurizador se puede mantener a 350 \u00b0 C (662 \u00b0 F), lo que proporciona un margen de subenfriamiento (la diferencia entre la temperatura del presurizador y la temperatura m\u00e1s alta en el n\u00facleo del reactor) de 30 \u00b0 C.\u00a0El margen de subenfriamiento es un par\u00e1metro de seguridad muy importante de los PWR, ya que se debe excluir la ebullici\u00f3n en el n\u00facleo del reactor.\u00a0El dise\u00f1o b\u00e1sico del\u00a0\u00a0<\/span>reactor de agua a presi\u00f3n\u00a0<\/span><\/strong>\u00a0incluye el requisito de que el refrigerante (agua) en el sistema de refrigeraci\u00f3n del reactor no debe hervir.\u00a0Para lograr esto, el refrigerante en el sistema de refrigeraci\u00f3n del reactor se mantiene a una presi\u00f3n suficientemente alta que no se produce la ebullici\u00f3n a las temperaturas del refrigerante experimentadas mientras la planta est\u00e1 funcionando o en un transitorio analizado.<\/span><\/p>\n

Las funciones<\/span><\/span><\/h2>\n

La presi\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0en el presurizador se controla variando la temperatura del refrigerante en el presurizador.\u00a0Para estos fines, se instalan dos sistemas.\u00a0<\/span>Sistema de rociado de agua<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0y\u00a0\u00a0<\/span>sistema de calentadores el\u00e9ctricos<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0El volumen del presurizador (decenas de metros c\u00fabicos) se llena con agua en los par\u00e1metros de saturaci\u00f3n y vapor.\u00a0El sistema de rociado de agua (agua relativamente fr\u00eda – de la pierna fr\u00eda) puede disminuir la presi\u00f3n en el recipiente al\u00a0\u00a0<\/span>condensar el vapor\u00a0<\/span><\/strong>\u00a0en las gotas de agua rociadas en el recipiente.\u00a0Por otro lado, los calentadores el\u00e9ctricos sumergidos est\u00e1n dise\u00f1ados para aumentar la presi\u00f3n por\u00a0\u00a0<\/span>evaporaci\u00f3n del agua<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0en el recipiente.\u00a0La presi\u00f3n del agua en un sistema cerrado rastrea la temperatura del agua directamente;\u00a0A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presi\u00f3n.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Hervir en generador de vapor<\/span><\/h2>\n
\"Generador<\/a>
Generador de vapor – vertical<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Los generadores de vapor<\/span><\/strong><\/a>\u00a0son\u00a0<\/span>\u00a0intercambiadores de calor<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0utilizados para convertir el\u00a0<\/span>\u00a0agua de alimentaci\u00f3n en vapor<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0del calor producido en<\/span>\u00a0el n\u00facleo de<\/span><\/a>\u00a0un\u00a0\u00a0reactor nuclear<\/a>\u00a0.\u00a0El vapor producido impulsa la turbina.\u00a0Se utilizan en la mayor\u00eda de las centrales nucleares, pero hay muchos tipos seg\u00fan el\u00a0<\/span>\u00a0tipo de reactor<\/span><\/a>\u00a0.<\/span><\/p>\n

El refrigerante primario caliente (\u00a0<\/span>agua 330 \u00b0 C; 626 \u00b0 F; 16MPa<\/span><\/strong>\u00a0) se bombea al\u00a0\u00a0<\/span>generador de vapor a\u00a0<\/span><\/strong>\u00a0trav\u00e9s de la entrada primaria.\u00a0La alta presi\u00f3n del refrigerante primario se utiliza para mantener el agua en estado l\u00edquido.\u00a0<\/span>No se debe hervir el refrigerante primario.\u00a0<\/span><\/strong>\u00a0El agua l\u00edquida fluye a trav\u00e9s de cientos o miles de tubos (generalmente de 1,9 cm de di\u00e1metro) dentro del generador de vapor.\u00a0El agua de alimentaci\u00f3n (circuito secundario) se calienta desde\u00a0\u00a0<\/span>~ 260 \u00b0 C 500 \u00b0 F<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0hasta el punto de ebullici\u00f3n de ese fluido\u00a0\u00a0<\/span>(280 \u00b0 C; 536 \u00b0 F; 6,5MPa)<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0El calor se transfiere a trav\u00e9s de las paredes de estos tubos al refrigerante secundario de baja presi\u00f3n ubicado en el lado secundario del intercambiador donde el refrigerante se evapora a vapor presurizado.\u00a0<\/span>(vapor saturado 280 \u00b0 C; 536 \u00b0 F; 6,5 MPa)<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0El vapor presurizado sale del generador de vapor a trav\u00e9s de una salida de vapor y contin\u00faa hacia la turbina de vapor.\u00a0La transferencia de calor se logra sin mezclar los dos fluidos para evitar que el refrigerante secundario se vuelva radioactivo.\u00a0El refrigerante primario sale\u00a0\u00a0<\/span>(agua 295 \u00b0 C; 563 \u00b0 F; 16MPa)<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0del generador de vapor a trav\u00e9s de la salida primaria y contin\u00faa a trav\u00e9s de una pierna fr\u00eda hasta la\u00a0\u00a0<\/span>bomba de refrigerante del reactor<\/span><\/a>\u00a0\u00a0y luego al reactor.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Condensaci\u00f3n en el condensador principal<\/span><\/h2>\n

\"Condensador<\/a>El\u00a0<\/span>condensador<\/span><\/strong><\/a>\u00a0debe mantener un vac\u00edo bajo suficiente para aumentar la eficiencia de la central el\u00e9ctrica.\u00a0Las bombas de vac\u00edo mantienen un vac\u00edo suficiente en el condensador mediante la extracci\u00f3n de aire y gases no condensados.\u00a0La presi\u00f3n de condensador m\u00e1s baja posible es la\u00a0\u00a0\u00a0presi\u00f3n de\u00a0<\/span>saturaci\u00f3n<\/span><\/a>\u00a0correspondiente a la temperatura ambiente (por ejemplo, presi\u00f3n absoluta de\u00a0\u00a0<\/span>0.008 MPa,\u00a0<\/span><\/strong>\u00a0que corresponde a\u00a0<\/span>\u00a041.5 \u00b0 C<\/span><\/strong>\u00a0).\u00a0Tenga en cuenta que siempre hay una diferencia de temperatura entre (alrededor de\u00a0\u00a0<\/span>\u0394T = 14 \u00b0 C<\/span><\/strong>) la temperatura del condensador y la temperatura ambiente, que se origina en el tama\u00f1o finito y la eficiencia de los condensadores.\u00a0Dado que ninguno de los condensadores es un intercambiador de calor 100% eficiente, siempre hay una diferencia de temperatura entre la temperatura de saturaci\u00f3n (lado secundario) y la temperatura del refrigerante en el sistema de enfriamiento.\u00a0Adem\u00e1s, existe una ineficiencia en el dise\u00f1o, que disminuye la eficiencia general de la turbina.\u00a0Idealmente, el vapor extra\u00eddo al condensador no tendr\u00eda\u00a0\u00a0<\/span>subenfriamiento<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Pero los condensadores reales est\u00e1n dise\u00f1ados para subenfriar el l\u00edquido unos pocos grados cent\u00edgrados para evitar la\u00a0\u00a0<\/span>cavitaci\u00f3n por succi\u00f3n<\/span><\/strong><\/a>\u00a0\u00a0en las bombas de condensado.\u00a0Pero, este subenfriamiento aumenta la ineficiencia del ciclo, porque se necesita m\u00e1s energ\u00eda para recalentar el agua.<\/span><\/p>\n

\"Ciclo<\/a>
La disminuci\u00f3n de la presi\u00f3n de escape de la turbina aumenta el trabajo neto por ciclo, pero tambi\u00e9n disminuye la calidad del vapor del vapor de salida.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

El objetivo de mantener la presi\u00f3n de escape de turbina pr\u00e1ctica m\u00e1s baja es una raz\u00f3n principal para incluir el condensador en una central t\u00e9rmica.\u00a0El condensador proporciona un vac\u00edo que maximiza la energ\u00eda extra\u00edda del vapor, lo que resulta en un aumento significativo en el trabajo neto y la eficiencia t\u00e9rmica.\u00a0Pero tambi\u00e9n este par\u00e1metro (presi\u00f3n del condensador) tiene sus l\u00edmites de ingenier\u00eda:<\/span><\/p>\n