Gran avance nanotecnológico en la transferencia de calor 


Estos recubrimientos pueden eliminar el calor cuatro veces más rápido que los mismos materiales no recubiertos, utilizando materiales de bajo costo y los procedimientos aplicativos.

Este descubrimiento tiene potencial para revolucionar la tecnología de la refrigeración, según los expertos.

Los resultados acaban de ser anunciados en el International Journal of Heat and Mass Transfer, con la correspondiente patente archivada. "Para las configuraciones que investigamos, este enfoque de transferencia de calor consigue acercarse a los máximos teóricos", comentó Terry Hendricks, jefe de proyecto de la Pacific Northwest National Laboratory. "Esto es muy significativo".

La mejora obtenida en la transferencia de calor a través de la modificación de superficies a nanoescala, tiene posibles aplicaciones en los sistemas industriales a escalas micro y macro. Los recubrimientos produjeron un "coeficiente de transferencia de calor" 10 veces mayor que la superficie no cubierta.

Desde la Revolución Industrial, el intercambio de calor ha sido un problema importante en muchos dispositivos mecánicos. De hecho, el radiador y la circulación de agua en el motor de automóvil existen para abordar este problema. Los intercambiadores de calor son los que hacen que funcionen los acondicionadores de aire y refrigeradores modernos, y una refrigeración inadecuada es un factor limitante para muchas aplicaciones de la tecnología avanzada, que van desde ordenadores portátiles a sistemas avanzados de radar.

"Muchos aparatos electrónicos necesitan eliminar una gran cantidad de calor rápidamente, y eso siempre ha sido difícil de conseguir", señaló Chih-hung Chang, profesor adjunto en la Facultad de Químicas, Biológicas y de Ingeniería Ambiental, de la Universidad Estatal de Oregon. "La combinación de una nanoestructura encima de una microestructura, tiene el potencial de transferir el calor mucho más eficientemente que cualquier cosa que hayamos tenido antes".

Hay bastante ineficiencia en la transferencia de calor, por ejemplo, para que el agua llegue al punto de ebullición de 100 ºC, la temperatura de las placas adyacentes a menudo tiene que estar alrededor de 140 ºC. Sin embargo, con este nuevo enfoque, ya sea que a través de su temperatura y una nanoestructura que, literalmente, anima el desarrollo de burbujas, el agua hierve cuando placas similares están a sólo unos 120 ºC.

Para ello, las superficies de transferencia de calor están recubiertas con una aplicación nanoestructurada de óxido de zinc, que para este uso se desarrolla con una superficie multi-textura, pudiendo tener formas adicionales y fuerzas capilares que favorezcan la creación rápida y eficazmente de burbujas que repongan los lugares activos de ebullición.

En estos experimento se utilizó el agua, pero también podrían usarse otros líquidos con distintas o mejores características de refrigeración, según los investigadores. El recubrimiento de óxido de zinc sobre el aluminio y el sustrato de cobre es barato y asequible y podría aplicarse a grandes áreas.

Debido a eso, esta tecnología tiene el potencial no sólo de abordar los problemas de refrigeración en la electrónica avanzada, sino que podría ser utilizada en las más convencionales calefacción, refrigeración y aplicaciones de aire acondicionado. Entre otras cosas, se podrían encontrar aplicaciones, desde un láser de pulso corto a un aparato de aire acondicionado en casa, o en sistemas más eficientes para bombas de calor; incluso, es probable que en aplicaciones militares electrónicas que utilizan grandes cantidades de energía, explicaron los investigadores.

Esta investigación ha sido apoyada por el Laboratorio de Investigación del Ejército. Y otros estudios están desarrollando aplicaciones comerciales más amplias.

"Estos resultados sugieren la posibilidad de muchos clases de ingeniería selectiva, patrones nanoestructurados para mejorar la ebullición usando soluciones químicas y procesos de coste reducido", declaraban los científicos en su estudio. "Como solución de procesos, estos microrreactores asistidos, es menos costoso que los nanotubos de carbono, y lo más importante, las temperaturas de procesamiento también son bajas."

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