El agua se hierve mucho, ya sea una taza de té preparada en la cocina o en la central eléctrica. Cualquier mejora en la eficiencia de este proceso tendrá un impacto significativo en la cantidad total de energía utilizada para ello cada día.
Una de esas mejoras podría venir con un tratamiento recientemente desarrollado de superficies utilizadas para calentar y evaporar agua. El procesamiento mejora dos parámetros clave que definen el proceso de ebullición: el coeficiente de transferencia de calor (HTC) y el flujo de calor crítico (CHF).
La mayoría de las veces, hay una compensación entre los dos: cuanto mejor uno, peor el otro. Después de años de búsqueda, el término de búsqueda detrás de esta técnica ha encontrado una manera de mejorar ambos.
“Ambos parámetros son importantes, pero optimizar ambos parámetros juntos es un poco difícil porque tienen una compensación intrínseca”. El científico de bioinformática Yongsap Song dice Del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California.
“Si tenemos muchas burbujas en la superficie de ebullición, entonces la ebullición es muy eficiente, pero si tenemos demasiadas burbujas en la superficie, pueden fusionarse, lo que podría formar una capa de vapor sobre la superficie de ebullición”.
Cualquier película de vapor entre la superficie caliente y el agua presenta resistencia, lo que reduce la eficiencia de transferencia de calor y el valor CHF. Para solucionar este problema, los investigadores idearon tres tipos diferentes de modificación de la superficie.
Primero, se agregan una serie de microtúbulos. Este grupo de tubos de 10 µm de ancho, separados unos 2 mm, controla la formación de burbujas y las mantiene fijas en las cavidades. Esto evita que se forme una película de vapor.
Al mismo tiempo, reduce la concentración de burbujas en la superficie, lo que reduce la eficiencia de ebullición. Para abordar esto, los investigadores introdujeron un tratamiento a menor escala como una segunda modificación, agregando solo protuberancias y bordes de tamaño nanométrico dentro de la superficie de los tubos huecos. Esto aumenta el área de superficie disponible y mejora las tasas de evaporación.
Finalmente, se colocaron microcavidades en el centro de una serie de columnas en la superficie del material. Estos penachos aceleran el proceso de extracción de fluidos al agregar más área de superficie. Combinados, la eficiencia de ebullición aumenta significativamente.
Arriba: un video ralentizado por los investigadores muestra agua hirviendo en una superficie especialmente tratada que hace que se formen burbujas en puntos separados específicos.
Dado que las nanoestructuras también promueven la evaporación debajo de las burbujas y las columnas mantienen un suministro constante de líquido a la base de la burbuja, se puede mantener una capa de agua entre la superficie de ebullición y las burbujas, lo que promueve el máximo flujo de calor.
“Demostrar nuestra capacidad de manipular la superficie de esta manera para obtener la optimización es el primer paso”. La ingeniera mecánica Evelyn Wang dice: del Instituto de Tecnología de Massachusetts. “Entonces, el siguiente paso es pensar en enfoques más escalables”.
“Este tipo de estructuras que hacemos no están destinadas a escalar a su forma actual”.
Mover el trabajo de un laboratorio a pequeña escala a algo que pueda usarse en industrias comerciales no será muy fácil, pero los investigadores confían en que se puede hacer.
Un desafío es encontrar formas de crear la textura de la superficie y los “tres niveles” de ajustes. La buena noticia es que existen diferentes métodos que se pueden explorar, y el procedimiento también debería funcionar para diferentes tipos de fluidos.
“Este tipo de detalles se pueden cambiar, y ese podría ser nuestro próximo paso”. cantado dice.
La búsqueda fue publicada en materiales avanzados.
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