Efecto de la microestructuración de superficies metálicas sobre la ebullición nucleada en piscina

Resumen

Introducción. La ebullición nucleada ocurre cuando la temperatura superficial supera la temperatura de saturación del líquido, generando burbujas de vapor. La rugosidad superficial influye significativamente en la nucleación y dinámica de las burbujas, mejorando la eficiencia de la transferencia de calor durante la ebullición nucleada. Objetivos. Caracterizar la nucleación, el crecimiento y el desprendimiento de burbujas durante la ebullición nucleada en piscina utilizando dos superficies micropatronadas: 1) una superficie con patrón vertical (VPS) y 2) una superficie con patrón cuadrado (SPS), y comparar su desempeño con el de una superficie lisa (SS). Materiales y Métodos. Se fijó un recipiente acrílico a superficies metálicas para estudiar la ebullición en piscina. Una novedosa metodología basada en el efecto Peltier permitió controlar las variables del proceso y asegurar la reproducibilidad de la experimentación. La dinámica de las burbujas se registró mediante una cámara de alta velocidad, mientras que las respuestas térmicas se monitorearon con termopares ubicados en el líquido y en la superficie metálica. Resultados. Las superficies microestructuradas redujeron el diámetro de las burbujas en un 32 % e incrementaron tres veces los sitios de nucleación en comparación con las superficies lisas. El mayor coeficiente de convección se obtuvo en la superficie con estructura cuadrada (11,45 Wcm⁻²K⁻¹), seguida de la superficie con estructura vertical (7,7 Wcm⁻²K⁻¹) y la superficie lisa (5,4 Wcm⁻²K⁻¹). Estos valores son poco comunes en la literatura, ya que el estudio se realizó a escala micrométrica, lo que sugiere un análisis relevante para aplicaciones de refrigeración a microescala. Conclusiones. Una rugosidad superficial definida mediante microestructuración permite controlar la ebullición nucleada y mejorar la disipación de calor en aplicaciones que requieren alta densidad de potencia, como dispositivos electrónicos de nueva generación y tecnologías aeroespaciales.