Ebullició
La ebullició és un procés físic en el que un líquit pansa a estat gaseoso. En general ocorre quan la temperatura de la totalitat del líquit iguala al punt d'ebullició del líquit a eixa pressió. Si es continua calfant el líquit, est absorbix el calor, pero sense aumentar la temperatura la calor s'ampra en la conversió de la matèria en estat líquit a l'estat gaseós, fins que la totalitat de la massa passa a l'estat gaseós. La calor posada en joc durant el calfament de la massa del líquit es denomina calor sensible o vaporisació.
L'ebullició implica una transició d'estat líquit-gas en la que, a nivell submicroscópico, les partícules adquirixen una major llibertat de moviment en funció d'un increment de l'energia cinètica.
Si ben este procés és molt distint a l'evaporament, que és paulatí i per al que solament algunes molècules del líquit tenen energia suficient per a passar a estat gaseós, forma part d'un mateix fenomen cridat vaporisació.
La temperatura d'ebullició depén de la substància i de la pressió a la que està somesa el líquit. Per eixemple, l'aigua en un gorc obert a nivell de la mar alcança els 100 °C en començar a hervir mentres que l'aigua en una gorc a pressió de les usades en la cuina, aplega a una temperatura de 105 o 110 °C abans de hervir, per la major pressió alcançada pels gasos en el seu interior. Gràcies a esta major temperatura de l'aigua en l'interior del gorc a pressió, la cocció del menjar es dona més ràpidament. Pel contrari, quan es hervir en un gorc obert, disminuïx la temperatura d'ebullició de l'aigua. Lo mateixa ocorre quan aumenta l'altitut del lloc en el que realisem la cocció. L'adició d'aditius a l'aigua, com la sal comuna, normalment aumenta el seu punt d'ebullició, fenomen conegut com aument ebulloscópico. Les concentracions a nivells típics per a cuinar no són suficients per a notar l'aument del punt d'ebullició.
El procés d'ebullició de l'aigua, especialment a alta pressió, s'utilisa des de l'antiguetat com a mig para esterilisar l'aigua, degut a que alguns microorganismes moren a esta temperatura.
Tipos d'ebullició
[editar | editar còdic]Nucleada
[editar | editar còdic]l'ebullició nucleada es caracterisa pel creiximent de bombetes o esclats en una superfície calfada, que s'eleva des de punts discrets en una superfície (denominats llocs de nucleación, o siga a on naixen les bombetes de vapor), la temperatura del qual està solament llaugerament per damunt de la temperatura del líquit. En general, el número de llocs de nucleación aumenta en aumentar la temperatura de la superfície.
Una superfície irregular del recipient d'ebullició (és dir, aument de la rugosidad de la superfície) o els aditius del decorregut (és dir, tensioactivos i/o nanopartículas) faciliten l'ebullició nucleada en un ranc de temperatura més ampli,[1][2][3] mentres que és excepcionalment suau La superfície, com el plàstic, es presta al sobrecalentamiento . En estes condicions, un líquit calfat pot mostrar un retart d'ebullició i la temperatura pot pujar alguna cosa per damunt del punt d'ebullició sense hervir.
Encara si la temperatura promig del líquit és inferior a la temperatura de saturació del mateix, si el fluix de calor que s'aporta en un sector és molt elevat és possible en dit sector es produïxca ebullició, en el cas de la qual es denomna ebullició subenfriada. Per lo general les bombetes de vapor que es desprenen en esta cas en desprendre's colapsen en entrar en contacte en el cos del líquit que es troba a una temperatura inferior a la temperatura de saturació.[4][5]
Fluix crític de calor
[editar | editar còdic]El fluix crític de calor (CHF per les seues sigles en anglés) descriu el llímit tèrmic d'un fenomen en el que es produïx un canvi de règim en l'ebullició durant el calfament (com la formació de bombetes en una superfície metàlica utilisada per a calfar aigua), que de sobte disminuïx l'eficiència de la transferència de calor, lo que provoca un sobrecalentamiento localisat de la superfície de calfament. A mida que la superfície d'ebullició es calfa per damunt d'una temperatura crítica, es forma una película de vapor en la superfície. Ya que esta película de vapor és molt manco capaç d'alluntar la calor de la superfície, la temperatura aumenta molt ràpidament més allà d'este punt al règim de transició d'ebullició. El punt en el que açò ocorre depén de les característiques del decorregut en ebullició i de la superfície de calfament en qüestió.[2]
Transició
[editar | editar còdic]L'ebullició de transició es pot definir com l'ebullició inestable, que es produïx a temperatures superficials entre el màxim alcanzable en l'ebullició nucleada i el mínim alcanzable en l'ebullició de película.
La formació de bombetes en un líquit calfat és un procés físic complex que a sovint implica cavitación i efectes acústics, com el siseo d'ampli espectre que s'escolta en una tetera que encara no s'ha calfat fins al punt en que les bombetes hervir a la superfície.
Película
[editar | editar còdic]- Artícul principal → efecte Leidenfrost.
Si una superfície que calfa el líquit està significativament més calent que el líquit, es produirà una ebullició de la película, a on una fina capa de vapor, que té baixa conductivitat tèrmica, aïlla la superfície. Esta condició d'una película de vapor que aïlla la superfície del líquit caracterisa l'ebullició de la película.
Influència de la geometria
[editar | editar còdic]Ebullició en depòsit
[editar | editar còdic]"Ebullició en depòsit" es referix a l'ebullició a on no hi ha fluix convectivo forçat. En canvi, el fluix es produïx per gradient de densitat. Pot experimentar qualsevol dels règims mencionats anteriorment.
Ebullició en fluix
[editar | editar còdic]La "ebullició en fluix" ocorre quan el decorregut en ebullició circula, generalment a través de canonades.[6] El seu moviment pot ser impulsat per bombes, com en les centrals elèctriques, o per gradient de densitat, com en un termosifón o un tubo de calor. Els fluix en ebullició de fluix a sovint es caracterisen per un paràmetro de fracció buida, que indica la fracció del volum en el sistema que és vapor. Es pot utilisar esta fracció i les densitat per a calcular el títul de vapor, que es referix a la fracció de massa que es troba en fase gaseosa. L'ebullició per fluix pot ser molt complexa, en fortes influències de la densitat, els cabals i el fluix de calor, aixina com la tensió superficial. Un mateix sistema pot tindre regions que siguen líquides, gaseoses i de fluix bifásico. Estos règims de dos fases poden donar lloc a alguns dels millors coeficients de transferència de calor de qualsevol sistema.
Ebullició confinada
[editar | editar còdic]L'ebullició confinada es referix a l'ebullició en geometria confinades, típicament caracterisades per un número de Eötvös (també llamadao número de Bond) que compara l'espayat de buits en la llongitut del capilar. Els règims d'ebullició confinada comencen a eixercitar un paper important quan Bo < 0,5. Este règim d'ebullició està dominat per "bombetes de vapor en talle" que queden en acabant de que el vapor ix.[7] Estes bombetes actuen com a llavors per al creiximent del vapor. L'ebullició confinada generalment té un coeficient de transferència de calor més alta pero un Fluix crític de calor (CHF) més baix que l'ebullició en depòsit. El Fluix crític de calor ocorre quan la força del moment del vapor en l'interfaç de dos fases equilibra la tensió superficial combinada i les forces hidrostàtiques, lo que du a un creiximent irreversible del punt sec.[8] L'ebullició confinada és particularment prometedora per a la refrigeració de dispositius electrònics.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ “Nanoparticle Deposition During Cu-Water Nanofluid Pool Boiling” (en) . Journal of Physics: Conference Séries 923 (1): 012004. doi:. ISSN 1742-6596. Bibcode: 2017JPhCS.923a2004D.
- ↑ 2,0 2,1 “Pool boiling of nanofluids: Comprehensive review of existing data and limited new data” (2009). International Journal of Heat and Mass Transfer 52 (23–24): 5339–5347. doi:.
- ↑ Robert A Taylor, Patrick I Phelan, Todd Otanicar, Ronald J Adrian, Ravi S Prasher, Vapor generation in a nanoparticle liquid suspension using a focused, continuous laser, Applied Physics Letters, Volume:95 , Issue: 16, 2009
- ↑ Changhong, P., Myint, A., Yun, G., & Dounan, J. (2004). Experimental study about ONB and subcooled boiling heat transfer. United States: American Society of Mechanical Engineers - ASME.
- ↑ Bankoff, S.G. (1997). Aspects of subcooled boiling. Proceedings of the fifteenth symposium on energy engineering sciences, (p. 285). United States
- ↑ “Adiabatic flow of boiling water through a horisontal pipe.” (1931). Massachusetts Institute of Technology. Department of Chemical Engineering.
- ↑ “Vapor stem bubbles dominate heat transfer enhancement in extremely confined boiling” (2021). International Journal of Heat and Mass Transfer 177. Elsevier BV. doi:. ISSN 0017-9310.
- ↑ Alsaati, Albraa A. (2023). “A mechanistic model to predict saturated pool boiling Critical Heat Flux (CHF) in a confined gap”. International Journal of Multiphase Flow 167. Elsevier BV. doi:. ISSN 0301-9322.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Ebullición» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.