Las burbujas que rebotan aumentan la ebullición
Una nueva superficie utiliza pequeños espacios para potenciar la formación de burbujas y transferir calor
Vsevolod Vlasenko/Getty Images
Las burbujas que se elevan a través del agua hirviendo se encuentran entre las mejores herramientas de la naturaleza para alejar el exceso de calor de una superficie. Y ahora hay una mejor manera de hervir: hacer burbujas más pequeñas y rápidas que funcionen en pares.
No te ayudará a preparar una taza de té más rápido. Pero una nueva superficie microestructurada, creada por el ingeniero de Virginia Tech Jonathan Boreyko y sus colegas para producir estas burbujas especializadas, podría ayudar a mejorar la eficiencia de la transferencia de calor en sistemas de refrigeración líquida para centros de datos y plantas de energía.
Cuando el líquido se calienta en un recipiente de metal, se forman burbujas flotantes de manera irregular en la superficie lisa del fondo del recipiente y se desprenden cuando tienen varios milímetros de diámetro, luego se elevan y liberan calor en forma de vapor. Boreyko descubrió que una serie de cavidades de 80 micrones de diámetro y ranuras de 40 micrones de ancho en el fondo de una cámara de ebullición daban a las burbujas sitios específicos para formarse y crecer, lo que daba como resultado burbujas más pequeñas y más compactas que rápidamente se fusionaban con una cercana. vecino. Los cambios en la energía superficial hicieron que estos diminutos pares se liberaran, impulsando su ascenso y proporcionando vehículos más numerosos y frecuentes para transferir calor.
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El diseño, descrito. en Materiales funcionales avanzados, también abordó un problema en la ebullición a alta temperatura: las burbujas relativamente grandes a menudo forman una película de vapor sobre una superficie calentada, aislándola y provocando que la superficie se “seque”. “Este innovador mecanismo de burbuja saltarina es prometedor para prevenir eficazmente la desecación y promover la transferencia de calor”, dice Xianming Dai, ingeniero mecánico de la Universidad de Texas en Dallas que estudia el diseño de superficies para sistemas de energía.
Según Boreyko, “lo bueno de saltar burbujas es que se pueden lograr con microestructuras relativamente grandes” que son más duraderas que las nanoestructuras de escala más fina. Y el patrón podría estamparse fácilmente o imprimirse en 3D en diversos materiales, dice Amy Betz, ingeniera de microfluidos de la Universidad Estatal de Kansas. “Podría tener implicaciones de gran alcance en los intercambiadores de calor, las calderas y la refrigeración de dispositivos electrónicos”, añade.
Aún así, la tecnología aún no está lista para la industria, advierte Guanyu Su, que trabaja en almacenamiento térmico a alta temperatura en la Universidad de California, Berkeley. Está de acuerdo en que una mayor salida de burbujas podría ayudar a transferir más calor durante la ebullición. “¿Pero cuanto? Eso aún está por medirse”, afirma Su.