¿Qué pasaría si el agua pudiera hervirse más rápida y eficientemente? Beneficiaría a muchos procesos industriales al reducir el uso de energía, incluida la mayoría de las plantas generadoras de electricidad, muchos sistemas de producción de productos químicos e incluso sistemas de refrigeración para productos electrónicos.

Ahora, los científicos del MIT han concebido un método para hacer precisamente eso, según un comunicado de prensa de la institución publicado el martes. Los investigadores han encontrado una manera de mejorar al mismo tiempo los dos parámetros clave que conducen al proceso de ebullición, el coeficiente de transferencia de calor (HTC) y el flujo de calor crítico (CHF).

Este es un gran avance, ya que generalmente hay una compensación entre los dos, por lo que cualquier cosa que mejore uno de estos parámetros tiende a empeorar el otro.

“Ambos parámetros son importantes”, dijo el coautor del estudio y recién graduado Youngsup Song Ph.D. ’21, “pero mejorar ambos parámetros juntos es un poco complicado porque tienen una compensación intrínseca”.

“Si tenemos muchas burbujas en la superficie de ebullición, eso significa que la ebullición es muy eficiente, pero si tenemos demasiadas burbujas en la superficie, pueden fusionarse, lo que puede formar una película de vapor sobre la superficie de ebullición”.

Esa película introduce resistencia a la transferencia de calor de la superficie caliente al agua. “Si tenemos vapor entre la superficie y el agua, eso impide la eficiencia de transferencia de calor y reduce el valor de CHF”, agregó el investigador.

Cavidades a microescala trabajando eficientemente

Entonces, ¿cómo lograron los investigadores un proceso de ebullición más eficiente y rápido? Al agregar una serie de cavidades a microescala, o abolladuras, a una superficie, se controla la forma en que se forman las burbujas en esa superficie. Esto mantuvo las burbujas efectivamente adheridas a las ubicaciones de las abolladuras y evitó que se extendieran en una película resistente al calor.

Luego, las microcavidades se colocaron en la longitud ideal para optimizar este proceso.

“Esas microcavidades definen la posición donde surgen las burbujas”, explicó Song. “Pero al separar esas cavidades por 2 milímetros, separamos las burbujas y minimizamos la coalescencia de las burbujas”.

Hasta ahora, el trabajo ha sido prometedor, pero la coautora del estudio, la profesora de ingeniería del MIT Evelyn Wang, argumentó que se llevó a cabo en condiciones de laboratorio a pequeña escala que no podían escalarse fácilmente para su aplicación práctica en dispositivos modernos.

“Este tipo de estructuras que estamos haciendo no están destinadas a ser escaladas en su forma actual”, explicó, sino que se usaron para demostrar que dicho sistema puede funcionar.

Ahora, el equipo se centra en encontrar formas adicionales de crear este tipo de texturas superficiales que se puedan utilizar en dimensiones prácticas.

“Mostrar que podemos controlar la superficie de esta manera para mejorar es el primer paso”, concluyó. “Entonces, el siguiente paso es pensar en enfoques más escalables”.