05 Jul
Explica los regímenes de caudal POST-CHF
que se obtienen tras alcanzar el CHF dependiendo del régimen que se tiene previamente en PRE-CHF. Incluye esquemas/dibujos y explica los fenómenos que ocurren en el seno del fluido y en la pared *
Esto de aquí está muy relacionado con los tipos de crisis de ebullición de caudal y con la condición de CHF. O sea que sería interesante incluirlo en la respuesta del examen.
Explica la curva de ebullición
indicando cada una de las zonas y los puntos que las definen.
El eje x representa la diferencia de temperatura entre la temperatura de la superficie y la temperatura de saturación del agua, y el eje y representa el calor cedido al agua por unidad de área de recipiente.
La curva O-A representa la etapa de convección libre. Al encender el quemador se cede calor del recipiente al agua, de forma que aumenta la temperatura y el calor cedido hasta que el agua alcanza la temperatura de saturación, que es cuando empieza la ebullición.
La curva A-B-C representa la etapa de ebullición nucleada. Separando las dos zonas se tiene:
- Curva A-B: representa la fase de formación de burbujas aisladas.
- Curva B-C: representa la fase de formación chorros y columnas.
La curva C-D representa la etapa de ebullición en Transición. Cuando la diferencia de temperatura supera el punto crítico se observa que el flujo de calor decrece.
La curva D-E la etapa de ebullición en película. La superficie del recipiente está completamente cubierta por una continua y estable película de vapor.
Explica el concepto de Flujo de Calor Crítico (CHF)
El Critical Heat Flux (CHF) se caracteriza por una súbita reducción del coeficiente local de transferencia de calor debido al reemplazo de la capa líquida por vapor en la superficie de transferencia de calor.
Relacionarlo con la curva de ebullición y explicar que como la conductividad térmica del vapor es menor a la del agua y al generarse la capa de vapor o el secado en la superficie calefactada se produce por eso la reducción de la transferencia de calor.
Explica el fenómeno de la condensación
El hecho de que se produzca el fenómeno de condensación depende de la temperatura de la pared del sistema respecto de la temperatura de saturación del líquido.
Este proceso normalmente resulta del contacto entre vapor y una superficie fría.
- La condensación en película: donde una película líquida cubre toda la superficie de condensación.
- La condensación en gotas: Cuando la superficie está cubierta de una sustancia que impide que se moje, es posible mantener la condensación en gotas.
Explica el fenómeno de la condensación en película en placas verticales
La película de líquido se empieza a formar en la parte superior de la placa y fluye hacia abajo por la influencia de la gravedad.
Durante la condensación se libera calor y es transferido a través de la película hasta la superficie de la placa.
Se pueden identificar 3 regímenes diferentes en función del número de Reynolds como se muestra en la figura.
Condiciones y consecuencias de una crisis de ebullición
Existen dos patrones de caudal en la ebullición de caudal en los que se puede producir una crisis de ebullición.
En la crisis de caudal burbujeante, la ebullición se produce cuando la capa de burbujas en la superficie se vuelve tan densa que el líquido ya no puede penetrar en la capa de burbujas para llegar a la superficie.
El caudal del fluido afecta a las condiciones de la pared, ya que influye en el espesor de la capa límite, y la dinámica de las burbujas de la pared.
En el secado del caudal anular en película se produce a altas calidades y por tanto a flujos de calor de la pared inferiores a las del flujo crítico DNB.
Explica para qué sirve y las variables del mapa 3D de regímenes en tuberías verticales calefactadas
El esquema es tridimensional, para ilustrar las transiciones de régimen de caudal en función de la fracción de huecos, la velocidad promedio de la mezcla, y el régimen de ebullición.
En función del valor de vm se podrá conocer si el caudal está estratificado o no.
Características de los regímenes de caudal en tuberías verticales
Caudal bubbly: El gas o la fase vapor se distribuyen forma de burbujas discretas dentro de una fase líquida continua.
Caudal Slug: El gas o burbujas de vapor tienen aproximadamente el diámetro de la tubería.
Caudal Churn: Se forma por la descomposición o rotura de las grandes burbujas de vapor en el caudal slug.
Caudal Wispy-annular: El caudal en esta región toma la forma de una película líquida relativamente gruesa en las paredes de la tubería.
Caudal Annular: Se forma una película de líquido en la pared del tubo con una corriente de gas central o núcleo vapor.
Características de los regímenes de caudal en tuberías horizontales
Flujo Bubbly o Burbujeante: Este patrón de flujo es similar al del flujo vertical a excepción de que las burbujas de vapor tienden a viajar por la mitad superior de la tubería.
Flujo Plug o Tapón: Este régimen es similar al flujo slug en canales verticales.
Caudal Estratificado (Stratified Flow): Este patrón solo ocurre a velocidades de líquido y vapor muy bajas.
Caudal Ondulado o Wavy: A medida que la velocidad del vapor se incrementa, la interfaz se distorsiona por las ondas que viajan en la dirección del flujo.
Caudal Slug: Un incremento mayor en la velocidad del vapor hace que las ondas en la interfaz sean recogidas para formar una bala de líquido espumoso.
Caudal Annular: A una velocidad del vapor todavía más alta se dará lugar la formación de un núcleo de gas con una película de líquido alrededor de la periferia de la tubería.
Transferencia de calor en ebullición
La transferencia de calor en ebullición es considerablemente más compleja que la transferencia de calor por convección debido a los fenómenos de cambio de fase.
Los parámetros de transferencia de calor por ebullición incluyen todos aquellos para la fase líquida más las características de la superficie, el calor latente de vaporización, la tensión superficial, presión, contenido de gas y regímenes.
Conceptos de Flujo de Calor Crítico (CHF), temperatura de CHF y temperatura mínima de ebullición en película
Flujo de calor crítico: Es el flujo de calor máximo que se corresponde con el punto de Critical Heat Flux.
T CHF: Es la temperatura a la que se alcanza el CHF.
Tmin: Es la temperatura mínima de ebullición en película, que es también donde se da el mínimo flujo de calor Post-CHF.
Las metodologías para la predicción del CHF pueden clasificarse en métodos analíticos y empíricos.
Existen tres categorías de métodos empíricos: las correlaciones químicas, las tablas y los modelos de redes neuronales artificiales.
Las correlaciones empíricas han sido las más utilizadas para predecir el CHF, pero la exactitud de predicción está limitada.
El cálculo se realiza según un método iterativo.
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