Analizar y comparar, el fenómeno de condensación por contacto directo, mediante simulación por CFD entre una tobera convergente - divergente de vapor y una flauta de flujo de vapor.

Abstract

Se presenta un modelo de simulación de condensación por contacto directo DCC, de chorros de vapor en agua líquida estacionaria. El análisis toma como línea base los estudios de cambio de fase por nucleación dados por Borishanski y el comportamiento térmico del fluido que se respalda con la teoría térmica de Clausius Clapeyron. Se logra determinar el cambio de fase de vapor a líquido mediante la formación de flujo anular entre la superficie del vapor y agua, la dependencia del cambio de fase se cumple mientras el diferencial de temperatura se mantenga, según se cumplan las leyes de Fick de transporte de masa. El estudio numérico se realizó con herramientas CFD, computational fluids dynamics, respaldadas con las ecuaciones de Navier-Stokes usando el modelo de Lee de evaporación y condensación, de esa manera, se obtuvo la relación térmica y másica de un nuevo flujo bifásico. El resultado se valida con la evidente dependencia del chorro de vapor a la diferenciación del número de Reynolds, la cual permite relacionar la tasa de variación de masa con la difusividad térmica evaluada en Prandtl. El estudio numérico corrobora los avances existentes del factor de fricción interfacial en el cambio de fase, permitiendo así conocer los parámetros termodinámicos del fenómeno bajo condiciones iniciales establecidas. Los inyectores de vapor usados para comprobar el fenómeno son tobera convergente – divergente y flauta de vapor, modelos IN15 e IN40M fabricados por SpiraxSarco®. Las velocidades estables de trabajo son 2836,66 ms-1 y 500 ms-1, se realizaron 8 casos comparativos con distintas velocidades fuera de las recomendaciones del fabricante. Los resultados se corroboran con análisis de contornos de fracción de volumen de vapor, densidad, presión y velocidad, comparados entre todos los casos asignados.