Descubrieron una forma de hacer levitar el agua

Si alguna vez ha salpicado agua en una sartén caliente, seguramente haya visto cómo las gotas parecen danzar y levitar sobre la superficie. Aunque pueda parecer un truco visual, estas gotas realmente levitan gracias a un fenómeno conocido como efecto Leidenfrost.

Este efecto, nombrado en honor al médico alemán Johann Gottlob Leidenfrost, ha sido estudiado por los físicos desde el siglo XVIII. Se produce cuando una superficie está lo suficientemente caliente como para vaporizar la base de las gotas de agua, creando un colchón de vapor que las mantiene flotando.

Generalmente, este fenómeno se observa a temperaturas superiores a los 230 grados Celsius, pero investigaciones recientes, publicadas en Nature Physics, han puesto en duda estos límites establecidos.

Un equipo dirigido por Jiangtao Cheng, profesor asociado de Ingeniería Mecánica en Virginia Tech, ha conseguido inducir el efecto Leidenfrost a temperaturas mucho más bajas, alrededor de los 130 grados Celsius.

Esto ha sido posible gracias al desarrollo de superficies recubiertas con micropilares. Estas estructuras microscópicas, de apenas 0,08 milímetros de altura (aproximadamente el grosor de un cabello humano), están dispuestas en un patrón regular con una separación de 0,12 milímetros, según informa un comunicado de prensa.

Cada gota de agua se extiende sobre 100 o más de estos micropilares. Estos pequeños pilares aumentan la transferencia de calor hacia las gotas de agua, permitiendo que hiervan más rápido y haciendo que el fenómeno se observe en cuestión de milisegundos.

"Como las papilas de una hoja de loto, los micropilares hacen algo más que decorar la superficie", explicó Cheng. "Confieren a la superficie nuevas propiedades".

Transferencia de calor eficiente

Esta innovación no solo redefine el efecto Leidenfrost, sino que también tiene importantes implicaciones prácticas, especialmente en campos que requieren una transferencia de calor eficiente, como la refrigeración de maquinaria industrial y las torres de enfriamiento nuclear.

Según Wenge Huang, estudiante de doctorado y miembro del equipo de investigación, la superficie de micropilares permite un mecanismo de transferencia de calor más eficaz, que podría prevenir incidentes como las explosiones de vapor.

"Pensábamos que los micropilares cambiarían el comportamiento de este conocido fenómeno, pero nuestros resultados desafiaron incluso nuestras propias expectativas", comentó el profesor Jiangtao Cheng, director del estudio.

Estas explosiones representan un grave riesgo en entornos industriales y nucleares, ya que ocurren cuando las burbujas de vapor dentro de un líquido se expanden rápidamente debido a una fuente de calor intensa. La estructura de las superficies de los intercambiadores de calor puede influir significativamente en el crecimiento de estas burbujas.

Limpieza en entornos industriales

Además, esta estrategia de superficies micropilares no solo mejora la transferencia de calor, sino que también facilita la limpieza de las superficies. Las burbujas de vapor generadas pueden desalojar partículas y residuos de las texturas superficiales, mejorando la eficiencia de los procesos de limpieza en entornos industriales.

"Pensábamos que los micropilares cambiarían el comportamiento de este conocido fenómeno, pero nuestros resultados desafiaron incluso nuestras propias expectativas", comentó Cheng. "Las interacciones observadas entre burbujas y gotas son un gran descubrimiento para la transferencia de calor en ebullición", agregó.