La condensación es un fenómeno crucial en diversas aplicaciones tecnológicas, desde la generación de energía hasta la recolección de agua y los sistemas de refrigeración. Sin embargo, las superficies tradicionales que facilitan este proceso suelen experimentar una disminución en su rendimiento cuando se enfrentan a condiciones de subenfriamiento extremo, es decir, cuando la temperatura de la superficie se encuentra significativamente por debajo de la del vapor circundante. Esta situación provoca inundaciones de agua en la superficie, lo que a su vez reduce la transferencia de calor.
Para abordar este desafío persistente, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Taiwán y de la Universidad Nacional Chung Hsing ha desarrollado una innovadora superficie híbrida tridimensional (3D) que mejora notablemente el rendimiento de la condensación y evita el problema de la inundación, incluso bajo condiciones de alto subenfriamiento. Este avance ha sido publicado en la revista Small Structures.
Innovación en superficies para una mejor eficiencia térmica
La nueva superficie combina nanohilos hidrofóbicos cortos y microcanales hidrofílicos en un patrón estructurado. Esta integración permite guiar eficazmente las gotas de agua fuera de la superficie, previniendo la acumulación que normalmente obstaculiza la transferencia de calor. A diferencia de diseños previos, esta superficie mantiene tanto la condensación por goteo, que favorece una alta transferencia de calor, como la condensación por película controlada en regiones específicas para facilitar el drenaje, asegurando un rendimiento estable a lo largo de un amplio rango de temperaturas.
Los resultados experimentales demostraron que la superficie con los microcanales más estrechos, denominada N100, logró el mejor rendimiento, manteniendo un coeficiente de transferencia de calor estable y alto de 38.3 kW/m2·K con un subenfriamiento de 16 K, lo que representa un 216% más que una superficie hidrofílica convencional. En la superficie N100, las grandes gotas de agua se eliminaban de manera eficiente mediante un movimiento deslizante a lo largo de los microcanales, ya que la película confinada ayudaba a reducir la adhesión y promovía la separación de las gotas.
Esta innovación ofrece una solución robusta para mejorar la condensación en aplicaciones prácticas como intercambiadores de calor, climatizadores y unidades de desalación. La estabilidad y el rendimiento de este material a través de un rango de temperaturas representan un avance significativo en el campo de los materiales de transferencia de calor. Según el profesor Ming-Chang Lu, «esta investigación demuestra cómo la ingeniería de superficies inteligentes puede superar las limitaciones de los materiales actuales y mejorar la eficiencia energética en sistemas del mundo real».
Más información:
Ching‐Wen Lo et al, Sustained Condensation Efficiency on 3D Hybrid Surfaces, Small Structures (2024). DOI: 10.1002/sstr.202400406
