Efecto Leidenfrost

Efecto Leidenfrost en una gotaElefecto Leidenfrostes el nombre dado al fenmeno de la capa devaporque se forma alrededor de un lquido, al encontrarse sobre una superficie con temperatura significativamente mayor alpunto de ebullicinde ese lquido.Cuando sobre una placa metlica a alta temperatura se coloca una gota de un lquido voltil (agua, alcohol, etc.), la gota no se evapora instantneamente sino que se mueve errticamente sobre la superficie durante cierto tiempo, hasta que finalmente desaparece. Pero tarda ms tiempo en desaparecer que a una temperatura inferior.El nombre viene del fsico alemnJohann Gottlob Leidenfrost, quien lo describi por primera vez en 1756.Pierre Hippolyte Boutigny(1798-1884) realiz estudios del efecto Leidenfrost y pens que las gotas que quedaban suspendidas sobre la superficie de la placa caliente constituan un nuevoestado de la materia, lo que l denominestado esferoidal.ndice[ocultar] 1Efecto 2El punto Leidenfrost 3Correlaciones empleadas en la transferencia de calor 4Trivia 5ReferenciasEfecto[editar]

Un video mostrando el efecto LeidenfrostEl efecto se puede visualizar rociando gotas de agua sobre una bandeja a distintas temperaturas. Inicialmente, con la temperatura de la bandeja por debajo de los 100 C, el agua se aplana y se evapora lentamente. A medida que la temperatura de la bandeja pasa por encima de 100 C, las gotas de agua dan un silbido al tocar la sartn y se evapora rpidamente. Ms tarde, cuando la temperatura excede el punto de Leidenfrost, el efecto Leidenfrost entra en juego. Al contacto con la sartn, se forma un montn de pequeas gotas de agua que resbalan sobre la superficie, tardando en evaporase ms tiempo que cuando la temperatura de la sartn era menor. Este efecto sucede hasta alcanzar una temperatura mucho ms alta que hace que cualquier gota de agua que se evapore demasiado rpido para causar este efecto.Esto es debido a que a temperaturas por encima del punto Leidenfrost, la parte inferior de la gotita de agua se vaporiza inmediatamente en contacto con la placa caliente. El gas resultante eleva el resto de la gota de agua justo encima de l, impidiendo cualquier contacto directo entre el agua lquida y la placa caliente. Como el vapor tiene unaconductividad trmicamucho menor, la transferencia de calor entre la bandeja y la gota se ralentiza considerablemente. Adems esto permite a la gota deslizarse con muy poco rozamiento sobre la capa de vapor bajo ella.

Transferencia de calor con la temperaturaLa temperatura a la cual el efecto Leidenfrost comienza a ocurrir no es fcil de predecir. Incluso si el volumen de la gota de lquido permanece igual, el punto Leidenfrost puede ser bastante diferente, con una dependencia complicada en las propiedades de la superficie, as como cualesquiera impurezas en el lquido. Algunas investigaciones han llevado a cabo en un modelo terico del sistema, pero es bastante complicado.1Como un clculo muy aproximado, el punto de Leidenfrost de una gota de agua en una sartn puede ocurrir a 193 C.El efecto fue descrito tambin por el eminente diseador de caldera de vapor de lapoca victoriana,Sir William Fairbairn, en referencia a su efecto sobre la reduccin masiva transferencia de calor desde una superficie de hierro caliente al agua, tal como dentro de una caldera. En un par de conferencias sobre el diseo de la caldera,2cit el trabajo de M. Boutigny del profesor Bowman, delKing's College, de Londres donde se estudiaba esto. Una gota de agua que se evapora casi de inmediato a 168 C persisti durante 152 segundos a 202 C. Como resultado paradjico las temperaturas ms bajas en una caja de fuegos de la caldera puede evaporar el agua ms rpidamente, comparar elefecto Mpemba. Un enfoque alternativo es aumentar la temperatura ms all del punto Leidenfrost. Fairbairn considera esto tambin, y puede haber considerado la caldera de vapor flash, pero consider que los aspectos tcnicos insuperables para la poca.El punto Leidenfrost tambin se puede definir como la temperatura para la cual la gota flotando dura ms tiempo.3El punto Leidenfrost[editar]El punto Leidenfrost significa el comienzo de la ebullicin estable sobre pelcula. Representa el punto de la curva de ebullicin donde el flujo de calor est en el mnimo y la superficie est completamente cubierta por un manto de vapor. La transferencia de calor desde la superficie hasta que el lquido se produce por conduccin y radiacin a travs del vapor. En 1756, Leidenfrost observ que las gotas de agua apoyados por la pelcula de vapor se evaporan lentamente a medida que avanzan sobre la superficie caliente. A medida que la temperatura de la superficie se incrementa, la radiacin a travs de la pelcula de vapor se vuelve ms significativo y el aumento de temperatura hace aumentar el flujo de calor por radiacin.El flujo de calor mnima de una placa horizontal de gran tamao puede obtenerse de la ecuacin de Zuber,3

donde las propiedades son evaluadas a temperatura de saturacin. Constante Zuber, C es aproximadamente 0,09 para la mayora de los lquidos a presiones moderadas.Correlaciones empleadas en la transferencia de calor[editar]El coeficiente de transferencia de calor se puede aproximar utilizando la ecuacin de Bromley,3

Donde,es el dimetro exterior del tubo. El C constante de correlacin es de 0,62 para los cilindros y las placas verticales horizonatal y 0,67 para las esferas. Propiedades de vapor se evalan en temperatura de la pelcula.Por pelcula estable hirviendo sobre una superficie horizontal, Berenson ha modificado la ecuacin de Bromley a ceder,4

Para tubos verticales, Hsu y Westwater han correlacionado la siguiente ecuacin,4

Cuando, m es la tasa de flujo de masaen el extremo superior del tuboA temperaturas por encima de ese exceso en el flujo de calor mnimo, la contribucin de la radiacin se convierte en apreciable y se convierte en dominante a altas temperaturas en exceso. El coeficiente de transferencia de calor total puede ser tanto, es una combinacin de los dos. Bromley ha sugerido las siguientes ecuaciones para ebullicin ebullicin de la pelcula de la superficie exterior de los tubos horizontales.

Si,

El coeficiente de radiacin efectiva,se puede expresar como,

Donde,es la emisividad de la slida yes laconstante de Stefan-Boltzmann.Trivia[editar]