Materiales para generación de energía eléctrica: superficies optimizadas para la transmisión de calor

Una de las etapas importantes en las centrales de producción de energía eléctrica es la condensación de vapor de agua. Un reciente estudio, pubicado en Scientific Reports, describe cómo puede mejorarse en un 100% la eficiencia de la transmisión de calor en esta etapa con una superficie heterogénea combinando diferentes materiales.

En las centrales termoeléctricas actuales se convierte calor en energía mecánica y después eléctrica mediante un ciclo termodinámico realizado por agua. Primeramente, se aumenta la presión de agua líquida en una bomba. Después, el agua se calienta, haciendo que pase a estado vapor y aumente su temperatura (a partir del calor generado mediante combustibles fósiles, mediante energía nuclear o incluso mediante energía solar). Después este vapor de agua a alta presión se emplea para hacer girar una turbina y posteriormente el vapor debe enfriarse y condensarse en un condensador. Típicamente se emplea el agua fría de un río para enfriar el condensador.

En el condensador, se consigue una buena eficiencia (lo cual supone un menor tamaño y coste del condensador) si se realiza fácilmente el intercambio de calor entre el vapor de agua que se quiere condensar y los materiales del condensador. Pues bien, en este intercambio de calor influye el proceso de formación y desprendimiento de las gotas de agua condensada en la superficie. Una buena eficiencia se consigue si la superficie favorece la nuceación de muchas gotas de agua, un mayor contacto entre cada gota y la superficie (mejor transmisión de calor) y el desprendimiento de las gotas cuando tienen un tamaño pequeño (frente al crecimiento hasta grandes tamaños) para permitir la condensación de nuevas gotas.

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Condenación de vapor en una tubería de cobre optimizada con pequeñas zonas hidrófilas, superficie nanoestructurada y recubrimiento de aceite, obtenida por el grupo de la Pfrof. Evelyn N. Wang.

En épocas recientes se habían hecho los mayores esfuerzos para conseguir superficies hidrófobas que favorecieran el desprendimiento de las gotas. El trabajo mencionado, liderado por la Profesora de Ingeniería Mecánica Evelyn N. Wang, ha pretendido la mejora de la superficie en los tres aspectos. De este modo, la superficie diseñada por su equipo contiene pequeñas zonas hidrófilas que favorecen la nucleación de gotas, una nanorugosidad combinada con micropilares que favorecen el deslizamiento de las gotas y una capa de aceite que favorece el mayor contacto entre las gotas y la superficie, mejorando la transmisión de calor en las gotas.