Para ahorrar energía, los científicos han encontrado una forma más eficiente de hervir el agua
El consumo de energía ha estado aumentando continuamente a nivel global, con una estimación del ≈3% anual durante la última década. Mejorar la eficiencia de los sistemas que calientan y evaporan el agua puede reducir notablemente el consumo de energía. Para ello, los investigadores del MIT «han encontrado una forma de hacerlo, con un tratamiento superficial especialmente adaptado a los materiales utilizados en estos sistemas», explica el comunicado de prensa de un estudio reciente.
La mejora consiste en dos parámetros clave que describen el proceso de ebullición: el coeficiente de transferencia de calor (HTC) y el flujo crítico de calor (CHF). Por lo general hay una compensación entre los dos, de tal manera que, si uno de estos parámetros mejora, el otro tiende a empeorar. Pero ambos son cruciales para la eficiencia del sistema, y ahora, después de años de trabajo el equipo de científicos ha encontrado una manera de mejorar significativamente ambas propiedades.
«Ambos parámetros son importantes, pero la mejora de ambos parámetros juntos es algo complicado porque ellos tienen intercambios intrínsecos», dijo en un comunicado Youngsup Song, posdoctorado en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Por esta razón, Song explica que, «si tenemos muchas burbujas en la superficie de la ebullición, significa que esta es muy eficiente, pero si tenemos demasiadas de ellas, pueden incorporarse juntas, lo cual puede formar una película de vapor encima de su superficie», algo que introduce resistencia a la transferencia de calor desde la superficie caliente al agua.
Para solucionar el problema, los investigadores idearon tres tipos diferentes de modificación de la superficie. Crearon una serie de abolladuras de 10 micrómetros de ancho separadas por unos 2 milímetros para evitar la formación de una película. La separación también reduce la concentración de burbujas en la superficie, lo que puede reducir la eficacia de la ebullición, pero el equipo ideó una forma de compensarlo introduciendo un tratamiento superficial a escala mucho menor, creando pequeñas protuberancias y crestas a escala nanométrica, lo que aumenta la superficie y favorece la velocidad de evaporación bajo las burbujas, explican los autores.
Durante la parte experimental, las abolladuras se hicieron en los centros de una serie de pilares en la superficie del material. «Estos pilares, combinados con las nanoestructuras, promueven la mecha del líquido desde la base hasta su parte superior, y esto mejora el proceso de ebullición al proporcionar más superficie expuesta al agua. En combinación, los tres «niveles» de la textura de la superficie -la separación de las cavidades, los pilares y el texturizado a nanoescala- proporcionan una gran eficacia al proceso de ebullición», dijo Song.
Aunque el trabajo ha confirmado que la combinación del tratamiento de este tipo de superficies puede funcionar y lograr los efectos deseados, los investigadores destacan que este descubrimiento inicial está investigándose a nivel laboratorio, y aún se necesita más trabajo para dar el siguiente paso a escalas industriales.
«Este tipo de estructuras que estamos haciendo no están hechas para ser escaladas en su forma actual», dijo la profesora de ingeniería de Ford Evelyn Wang y otras cuatro personas del MIT. Un paso será encontrar maneras alternas de creer este tipo de texturas en superficies para que estos métodos puedan ser trabajados en escala y sean diseñados más prácticamente.
Este estudio ha sido publicado en la revista Avanced Materials.
