Hervir el agua sin burbujas

El médico alemán J. G. Leidenfrost observó en 1756 que las gotas de agua que se depositan en una sartén caliente no se evaporan, sino que levitan durante un tiempo sobre una fina lámina de vapor. Es el denominado efecto Leidenfrost, donde la capa de vapor inhibe que el calor se transfiera de la superficie caliente al líquido.

Estas películas solo son estables cuando la temperatura está por encima de un punto crítico, pero si baja, curiosamente, la capa de vapor colapsa y el sistema entra en un régimen de ebullición nucleada, es decir, comienzan a formarse burbujas y chorros. Ahora, sin embargo, un equipo de científicos de Arabia Saudí, EE UU y Australia ha logrado romper este pilar central de la ebullición.

Los investigadores han comprobado que si se utilizan superficies ‘superhidrofóbicas’ con una textura especial, se puede estabilizar la capa de vapor Leidenfrost, que se mantiene, y no se produce el burbujeo. Para demostrarlo, han sumergido en agua hirviendo esferas metálicas recubiertas con un repelente para la lluvia que se aplica en los retrovisores de los coches. Así lo publican esta semana en la revista Nature.

“En otras palabras, uno puede fabricar superficies en las cuales un líquido nunca burbujea cuando empieza a hervir, un fenómeno contrario a la experiencia de cualquiera que haya cocinado”, destaca a SINC el autor principal, Ivan U. Vakarelski, de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología en Arabia Saudí.

Evitar explosiones y reducir la fricción

Según el estudio, la supresión de la fase de burbujeo podría ayudar a reducir el daño que sufren las materiales que se emplean en la industria, e incluso las explosiones. Esto es especialmente relevante en las plantas de energía nuclear.

“Además, el trabajo puede ayudar al desarrollo de tecnologías que, mediante superficies superhidrófobicas, reduzcan la fricción de sólidos que se mueven en líquidos o en la fabricación de recubrimientos especiales”, explica otro de los autores, Neelesh Patankar, de la Universidad del Noroeste (EE UU).

Los resultados también muestran que, por el contrario, las superficies ‘superhidrófilicas’ –con afinidad por el agua– mantienen la fase de ebullición burbujeante hasta temperaturas muy altas, aumentando la velocidad de transferencia de calor de forma significativa.

Estos descubrimientos se podrían aplicar para controlar otras fases de transición, no solo la de líquido a capa de vapor, también de líquido a solido –como sucede con el agua y el hielo– y de gas a sólido, como ocurre en la formación de escarchas.

Una de las líneas de investigación del equipo es mantener la lámina de vapor cerca de un sólido a temperatura ambiente. “Si esto fuera posible, en teoría, podríamos cubrirnos con un revestimiento, saltar a la piscina y mantenernos secos bajo el agua”, plantea Patankar.

Otras posibles aplicaciones se dirigen al desarrollo de nuevos materiales o texturas que ofrezcan menos resistencia o que actúen contra la formación de hielo o escarcha en los aviones, además de intercambiadores de calor más eficientes e incluso recolectores de rocío que acumulen agua en zonas semiáridas.

Referencia bibliográfica:

Ivan U. Vakarelski, Neelesh A. Patankar, Jeremy O. Marston, Derek Y. C. Chan,  Sigurdur T. Thoroddsen. “Stabilization of Leidenfrost vapour layer by textured superhydrophobic surfaces”. Nature 489 (7415), 13 de septiembre de 2012. Doi: doi:10.1038/nature11418.