¿Cómo cuantificar la refrigeración evaporativa?

Question

El agua tiene un calor latente de vaporización igual a $2,260\ \mathrm{kJ/kg}$. Mientras que el alcohol etílico tiene un calor latente de vaporización igual a $846\ \mathrm{kJ/kg}$.

A pesar de que el calor latente del etanol es casi $1/3$ero que el del agua, el etanol tiene un efecto de enfriamiento por evaporación más fuerte. En mi entendimiento es porque el etanol es más volátil, por lo que, aunque absorbe menos calor (que el agua) durante la evaporación, lo hace más rápido, lo que causa el efecto de enfriamiento más fuerte.

¿Hay alguna forma de cuantificar este fenómeno, como un poder latente de evaporación o algo así?

Answer 1

La velocidad con la que un líquido dado se evapora depende de su presión de vapor y la cantidad de calor requerida para que una cierta cantidad de este cambie de fase de líquido a gas se expresa mediante su calor de vaporización. El mejor líquido para la refrigeración evaporativa sería aquel con alta presión de vapor, un gran calor de vaporización y costo cero (ya que el líquido se pierde al evaporarse). El agua tiene una presión de vapor más baja que el alcohol pero su calor de evaporación es grande y su costo es extremadamente bajo, por lo que es el único refrigerante evaporativo en uso a gran escala.

Answer 2

La tasa de evaporación depende de demasiados factores. Una manera simple de cuantificar el efecto de enfriamiento (solo para comparar dos líquidos) sería la proporción

Masa de líquido evaporado: caída de la temperatura del cuerpo

Por supuesto, los líquidos tendrán que ser estudiados bajo condiciones exactamente similares.

Answer 3

La tasa de transferencia de masa está controlada por la difusión de la especie evaporante lejos de la interfaz, su presión parcial en el gas circundante, y la velocidad a la cual se conduce la transferencia de calor a la interfaz a través del aire. Por lo tanto, para modelar esto adecuadamente, es necesario incluir tanto la difusión de masa como la transferencia de calor conductiva y el calor de vaporización. Consulte Operaciones de Transferencia de Masa por Treybel

Answer 4

Teniendo en cuenta el refrigerante que se está utilizando, también se debe considerar Temperatura de saturación y Presión del refrigerante que se está utilizando.

Cuando los líquidos se evaporan básicamente absorben calor de su entorno equivalente a su Calor latente de Vaporización, cambian de estado (estado gaseoso) y escapan del cuerpo líquido.

El líquido que absorbe calor de su entorno implica que el entorno pierde calor, reduciendo así la temperatura del entorno.

El cambio de fase es solo una parte de la transacción de energía, para que el refrigerante pueda evaporarse primero debe alcanzar su temperatura de saturación a la presión del entorno, lo cual nuevamente requiere que se agregue calor al refrigerante, lo cual es directamente proporcional a su Capacidad de Calor y Masa del refrigerante.

Además, teniendo en cuenta que la transferencia de calor (conducción de calor entre el refrigerante y el entorno) es un fenómeno de superficie, el Área de contacto (Área de superficie) del refrigerante y el objeto que se está enfriando también es necesario.

La Conductividad Térmica del refrigerante y el objeto a enfriar también juegan un papel importante en la tasa de enfriamiento.

Ley de la conducción del calor de Fourier:

$\frac{dQ}{dt}=-KA(\frac{dT}{dx})$

O:

Resolver la ecuación anterior te dará valores de transferencia de calor entre la superficie de contacto del refrigerante y el objeto a enfriar, el resto de los cálculos son básicamente conservación de energía.

Teniendo en cuenta todos estos hechos, ya tenemos suficientes términos para predecir de manera satisfactoria y precisa la tasa y el alcance del enfriamiento dado que conocemos los datos necesarios.

Y teniendo en cuenta que hay muchas variables a considerar, es difícil aunque quizás no imposible cuantificar este fenómeno con alguna nueva constante en condiciones dadas. Y también tenemos las herramientas necesarias para calcular y predecir los resultados, así que no creo que realmente haya necesidad de definir un término nuevo por completo para la causa.