El agua es a menudo el recurso preferido para la transferencia de calor, y se utiliza en operaciones de refrigeración a gran escala, como centros de datos que alimentan Internet y plantas de energía nuclear que alimentan a las ciudades. Descubrir fenómenos dinámicos para hacer que la transferencia de calor a base de agua sea más energética y rentable es el trabajo en curso de Jonathan Boreyko, profesor asociado y miembro de la facultad John R. Jones III en ingeniería mecánica.

Boreyko y su equipo han publicado extensamente sobre el tema del agua y la forma en que puede moverse, y los miembros de su laboratorio de interfaces y fluidos inspirados en la naturaleza producen gotas de agua que saltan impulsadas por la tensión superficial y la escarcha que salta mediante electrostática. Habiendo incorporado las dos fases líquida y sólida en los dos primeros volúmenes, su tercer volumen investiga una tercera fase con agua hirviendo.

"Durante mi investigación doctoral en la Universidad de Duke, descubrí gotas de agua que saltaban", dijo Boreyko. "Una década más tarde, mi propio estudiante de posgrado descubrió el hielo saltarín durante su investigación sobre el crecimiento de las heladas. Esto me hizo decidirme a completar una 'trilogía' de tres fases para saltar el agua, lo que logramos aquí con este artículo sobre burbujas saltarinas durante la ebullición del agua. Cuando Hyunggon me mostró los primeros videos de estas burbujas saltarinas que completan la trilogía, no hace falta decir que estaba saltando de emoción."

El estudiante de posgrado Hyunggon Park creó una caldera microestructurada capaz de liberar burbujas de una décima parte del tamaño habitual, desplegando un aluvión constante de burbujas para transportar energía. El resultado es un método más eficaz para eliminar el calor de una superficie. El estudio se publica en Advanced Functional Materials .

Construyendo sobre la ebullición

La ebullición es la forma más eficiente de transferir calor continuamente a través del agua. Si la ebullición permanece constante, también lo hace la salida de energía. La energía se transporta en burbujas, como coches esféricos que transportan pasajeros calientes. Esas burbujas normalmente se separan cuando su propia flotabilidad se vuelve más fuerte que la adhesión a la superficie, lo que hace que suban a la superficie y liberen energía.

El nuevo método de Park y Boreyko mejora ese principio al hacer que la flota de coches burbuja sea más pequeña y más numerosa. Debido a que hay una salida más constante de burbujas, también se van más pasajeros con energía. Las burbujas no esperan a que su propia flotabilidad haga el trabajo, sino que se alejan de la superficie calentada a un ritmo más rápido. Debido a que las burbujas también son microscópicamente pequeñas, el equipo ha resuelto una falla que ocurre con burbujas más grandes y detiene la eliminación del calor.

"Normalmente, la flotabilidad desprende estas burbujas superficiales cuando tienen un diámetro de milímetros, permitiéndoles escapar y llevarse el calor en forma de vapor", dijo Boreyko. "Cuando se hierve a temperaturas más altas, estas grandes burbujas superficiales se fusionan para formar una película de vapor continua. Esta película aísla el líquido de la superficie caliente, provocando una interrupción en la transferencia de calor".