Hirviendo

El flujo de calor mínimo observado durante la ebullición solo es suficiente para provocar convección natural , donde el fluido más caliente asciende debido a su densidad ligeramente menor . Esta condición se produce únicamente cuando el sobrecalentamiento es muy bajo, es decir, cuando la superficie caliente cercana al fluido tiene una temperatura casi idéntica a la del punto de ebullición.

La ebullición nucleada se caracteriza por el crecimiento de burbujas o estallidos en una superficie calentada (nucleación heterogénea), que se originan en puntos discretos de la superficie, cuya temperatura es ligeramente superior a la del líquido. En general, el número de puntos de nucleación aumenta al incrementarse la temperatura de la superficie.

Una superficie irregular del recipiente de ebullición (es decir, mayor rugosidad superficial) o aditivos al fluido (es decir, tensioactivos y/o nanopartículas ) facilitan la ebullición nucleada en un rango de temperatura más amplio, ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} mientras que una superficie excepcionalmente lisa, como el plástico, se presta al sobrecalentamiento . En estas condiciones, un líquido calentado puede mostrar un retraso en la ebullición y la temperatura puede superar ligeramente el punto de ebullición sin hervir.

La nucleación homogénea, en la que las burbujas se forman a partir del líquido circundante en lugar de en una superficie, puede ocurrir si el líquido está más caliente en su centro y más frío en las superficies del recipiente. Esto puede suceder, por ejemplo, en un horno de microondas, que calienta el agua y no el recipiente.

El flujo crítico de calor (FCC) describe el límite térmico de un fenómeno en el que se produce un cambio de fase durante el calentamiento (como la formación de burbujas en una superficie metálica utilizada para calentar agua ), lo que reduce repentinamente la eficiencia de la transferencia de calor , provocando así un sobrecalentamiento localizado de la superficie de calentamiento. A medida que la superficie de ebullición se calienta por encima de una temperatura crítica, se forma una película de vapor sobre ella. Dado que esta película de vapor tiene mucha menos capacidad para disipar el calor de la superficie, la temperatura aumenta muy rápidamente más allá de este punto, entrando en el régimen de ebullición de transición . El punto en el que esto ocurre depende de las características del fluido en ebullición y de la superficie de calentamiento en cuestión. ^{[ 3 ]}

La ebullición de transición puede definirse como la ebullición inestable que se produce a temperaturas superficiales comprendidas entre la máxima alcanzable en la ebullición nucleada y la mínima alcanzable en la ebullición en película.

La formación de burbujas en un líquido calentado es un proceso físico complejo que a menudo implica cavitación y efectos acústicos, como el silbido de amplio espectro que se escucha en una tetera que aún no se ha calentado lo suficiente como para que las burbujas hiervan y suban a la superficie.

Si una superficie que calienta el líquido está significativamente más caliente que el propio líquido, se producirá ebullición en película. Una fina capa de vapor, de baja conductividad térmica , aísla la superficie del líquido. Esta condición de una película de vapor que aísla la superficie del líquido caracteriza la ebullición en película .

La ebullición en piscina se refiere a la ebullición en la que no existe flujo convectivo forzado. En cambio, el flujo se produce debido a gradientes de densidad . Puede experimentar cualquiera de los regímenes mencionados anteriormente.

La ebullición en flujo ocurre cuando el fluido en ebullición circula, generalmente a través de tuberías. ^{[ 5 ]} Su movimiento puede ser impulsado por bombas, como en centrales eléctricas, o por gradientes de densidad, como en un termosifón o un tubo de calor. Los flujos en ebullición en flujo a menudo se caracterizan por un parámetro de fracción de vacío, que indica la fracción del volumen en el sistema que es vapor. Se puede usar esta fracción y las densidades para calcular la calidad del vapor , que se refiere a la fracción de masa que está en la fase gaseosa. La ebullición en flujo puede ser muy compleja, con fuertes influencias de la densidad, los caudales y el flujo de calor, así como la tensión superficial. Un mismo sistema puede tener regiones que son líquidas, gaseosas y de flujo bifásico. Estos regímenes bifásicos pueden dar lugar a algunos de los mejores coeficientes de transferencia de calor de cualquier sistema.

La ebullición confinada se refiere a la ebullición en geometrías confinadas, típicamente caracterizadas por un número de Bond que compara el espaciado del espacio con la longitud capilar. Los regímenes de ebullición confinada comienzan a desempeñar un papel importante cuando Bo < 0,5. Este régimen de ebullición está dominado por las "burbujas de tallo de vapor" que quedan después de que el vapor se va. ^{[ 6 ]} Estas burbujas actúan como semillas para el crecimiento del vapor. La ebullición confinada generalmente tiene un coeficiente de transferencia de calor más alto pero un CHF más bajo que la ebullición en piscina. El CHF ocurre cuando la fuerza de momento del vapor en la interfaz de dos fases equilibra la tensión superficial combinada y las fuerzas hidrostáticas, lo que lleva al crecimiento irreversible del punto seco. ^{[ 7 ]} La ebullición confinada es particularmente prometedora para la refrigeración de componentes electrónicos.

Las mezclas de líquidos volátiles tienen un punto de ebullición específico que produce vapor con una proporción constante de componentes: la mezcla de ebullición constante . Esta característica permite separar, total o parcialmente, las mezclas de líquidos mediante ebullición, y es especialmente conocida como método para separar el etanol del agua.

La mayoría de los sistemas de refrigeración y algunos sistemas de aire acondicionado funcionan comprimiendo un gas hasta convertirlo en líquido y luego dejándolo hervir. Esto absorbe el calor del entorno, enfriando el refrigerador o congelador, o bien, enfriando el aire que ingresa a un edificio. Los líquidos típicos incluyen propano , amoníaco , dióxido de carbono o nitrógeno .

Como método de desinfección del agua, llevarla a su punto de ebullición a 100 °C (212 °F) es la forma más antigua y eficaz, ya que no afecta el sabor, es eficaz a pesar de los contaminantes o partículas presentes y es un proceso de un solo paso que elimina la mayoría de los microbios responsables de causar enfermedades relacionadas con el intestino . ^{[ 8 ]} El punto de ebullición del agua es de 100 °C (212 °F) a nivel del mar y a presión barométrica normal. ^{[ 9 ]} En lugares con un sistema de purificación de agua adecuado , se recomienda solo como método de tratamiento de emergencia o para obtener agua potable en zonas remotas o rurales, ya que no puede eliminar toxinas químicas ni impurezas. ^{[ 10 ] [ 11 ]}    

La eliminación de microorganismos mediante ebullición sigue una cinética de primer orden : a altas temperaturas, se logra en menos tiempo y a bajas temperaturas, en más tiempo. La sensibilidad al calor de los microorganismos varía: a 70 °C (158 °F) , las especies de Giardia (que causan giardiasis ) pueden tardar diez minutos en inactivarse por completo; la mayoría de los microbios que afectan al intestino y la E. coli ( gastroenteritis ) tardan menos de un minuto; en el punto de ebullición, el Vibrio cholerae ( cólera ) tarda diez segundos y el virus de la hepatitis A (que causa el síntoma de ictericia ), un minuto. La ebullición no garantiza la eliminación de todos los microorganismos; las esporas bacterianas de Clostridium pueden sobrevivir a 100 °C (212 °F) , pero no se transmiten por el agua ni afectan al intestino. Por lo tanto, para la salud humana, no se requiere la esterilización completa del agua. ^{[ 8 ]}     

El consejo tradicional de hervir el agua durante diez minutos se debe principalmente a la necesidad de mayor seguridad, ya que los microbios comienzan a eliminarse a temperaturas superiores a 60 °C (140 °F) y llevarla a su punto de ebullición también es un indicador útil que se puede observar sin necesidad de un termómetro ; para entonces, el agua ya está desinfectada. Si bien el punto de ebullición disminuye con la altitud, esto no afecta significativamente el proceso de desinfección. ^{[ 8 ] [ 12 ]}  

Hervir es el método de cocinar alimentos en agua hirviendo u otros líquidos a base de agua, como caldo o leche . ^{[ 13 ]} Cocinar a fuego lento es hervir suavemente, mientras que en escalfar el líquido de cocción se mueve pero apenas burbujea. ^{[ 14 ]}

El punto de ebullición del agua se considera típicamente 100 °C (212 °F; 373 K) , especialmente a nivel del mar. La presión y un cambio en la composición del líquido pueden alterar el punto de ebullición del líquido. Cocinar a gran altitud generalmente lleva más tiempo ya que el punto de ebullición es función de la presión atmosférica . A una altitud de aproximadamente una milla (1600 m) , el agua hierve a aproximadamente 95 °C (203 °F; 368 K) . ^{[ 15 ]} Dependiendo del tipo de alimento y la altitud, el agua hirviendo puede no estar lo suficientemente caliente para cocinar los alimentos adecuadamente. ^{[ 16 ]} De manera similar, aumentar la presión como en una olla a presión eleva la temperatura del contenido por encima del punto de ebullición al aire libre.       

También conocido como "cocción en bolsa", este método consiste en calentar o cocinar alimentos precocinados sellados en una bolsa de plástico gruesa. La bolsa, que contiene el alimento (a menudo congelado), se sumerge en agua hirviendo durante un tiempo determinado. ^{[ 17 ]} Los platos resultantes se pueden preparar con mayor comodidad, ya que no se ensucian ollas ni sartenes durante el proceso. Este tipo de comidas son ideales tanto para acampar como para consumir en casa.