Los científicos han encontrado una manera de ahorrar energía y hervir el agua de manera más eficiente

El agua se hierve mucho, ya sea una taza de té que se prepara en la cocina o una planta de energía que genera electricidad. Cualquier mejora en la eficiencia de este proceso tendrá un gran impacto en la cantidad total de energía utilizada cada día.

Una de estas mejoras podría venir con un tratamiento recientemente desarrollado para superficies involucradas en el calentamiento y la evaporación del agua. El tratamiento mejora dos parámetros clave que determinan 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: a medida que uno mejora, el otro empeora. Después de años de investigación, el término de búsqueda subyacente a la técnica ha encontrado una manera de mejorar ambos.

«Ambos parámetros son importantes, pero mejorar ambos parámetros juntos es bastante complicado porque tienen una compensación inherente», dice el científico bioinformático Youngsup Song del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California.

«Si tenemos muchas burbujas en la superficie de ebullición, significa que la ebullición es muy eficiente, pero si tenemos demasiadas burbujas en la superficie, pueden fusionarse y formar una película de vapor en la superficie de ebullición».

Cualquier película de vapor entre la superficie caliente y el agua introduce resistencia, lo que reduce la eficiencia de transferencia de calor y el valor CHF. Para evitar esto, los investigadores idearon tres tipos diferentes de modificación de la superficie.

En primer lugar, se añaden una serie de tubos a microescala. Esta serie de tubos de 10 micrómetros de ancho, separados aproximadamente 2 milímetros, controla la formación de burbujas y las mantiene atrapadas en las cavidades. Esto evita la formación de una película de vapor.

Al mismo tiempo, reduce la concentración de burbujas en la superficie, reduciendo la eficiencia de ebullición. Para abordar esto, los investigadores introdujeron un tratamiento a una escala aún más pequeña como una segunda modificación, agregando protuberancias y crestas de solo nanómetros dentro de la superficie de los tubos huecos. Esto aumenta la superficie disponible y promueve las tasas de evaporación.

Finalmente, las cavidades a microescala se alojaron en el centro de una serie de pilares en la superficie del material. Estos pilares aceleran el proceso de extracción de líquidos al agregar más superficie. En combinación, la eficiencia de ebullición aumenta significativamente.

(Canzone et al.)

Arriba: un video ralentizado de la configuración de los investigadores muestra agua hirviendo en una superficie especialmente tratada que hace que se formen burbujas en puntos específicos separados.

Dado que las nanoestructuras también promueven la evaporación debajo de las burbujas y los pilares mantienen un suministro constante de líquido a esa base de las burbujas, es posible mantener una capa de agua entre la superficie de ebullición y las burbujas, mejorando el máximo flujo de calor.

“Demostrar que podemos controlar la superficie de esta manera para mejorar es un primer paso”, dice la ingeniera mecánica Evelyn Wang del Instituto de Tecnología de Massachusetts. «Entonces, el siguiente paso es pensar en enfoques más escalables».

«Este tipo de estructuras que estamos construyendo no están destinadas a ser reducidas a su forma actual».

Transformar el trabajo de un entorno de laboratorio a pequeña escala en algo que pueda usarse en industrias comerciales no será tan simple, pero los investigadores confían en que se puede hacer.

Un desafío será encontrar formas de crear las texturas superficiales y las tres «capas» de modificaciones. La buena noticia es que hay varios enfoques que se pueden explorar, y el procedimiento también debería funcionar para diferentes tipos de líquidos.

«Este tipo de detalle se puede cambiar y este puede ser nuestro siguiente paso», La canción dice.

La investigación fue publicada en material avanzado.