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Jueves, 20 agosto 2015
Ciencia de los Materiales

¿Cómo mantener seca una superficie sumergida en agua?

La pregunta puede parecer absurda, ya que aparentemente plantea conseguir algo que es imposible. Sin embargo, los resultados de una asombrosa investigación apuntan a un modo de lograr el portento.

 

El equipo de Neelesh A. Patankar, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad del Noroeste, en Estados Unidos, ha determinado que para mantener secas superficies bajo el agua se requiere darles formas especiales, que ya ha identificado.

 

Estos ingenieros han examinado una amplia gama de superficies que pueden mantenerse secas pese a estar inmersas en agua, y además han averiguado las causas exactas del llamativo fenómeno.

 

El equipo de Patankar es el primero en identificar la “rugosidad” ideal necesaria en la textura de una superficie a fin de poder mantenerla seca durante un largo período de tiempo cuando se la sumerge en agua. Los investigadores han averiguado que los valles en el patrón de rugosidad de la superficie deberán tener normalmente menos de un micrón de diámetro. Pese a las dimensiones microscópicas de este rasgo, es capaz de ejercer un efecto macroscópico.

 

Las superficies rugosas con la química y el tamaño adecuados pueden promover la formación de vapor de agua. Cuando los valles tienen menos de un micrón de ancho, se acumulan en ellos bolsas de vapor de agua o gas debido a la evaporación o efervescencia que se produce bajo el agua, exactamente como una gota de agua se evapora sin tener que calentarla. Estas bolsas de gas desvían el agua, manteniendo la superficie seca.

 

La naturaleza utiliza la misma estrategia de la rugosidad superficial en ciertos insectos acuáticos. Los pequeños pelos en las superficies de sus cuerpos tienen una separación inferior a un micrón, permitiendo que retengan gas entre ellos.

 

[Img #30068]

 

Entender cómo ciertas superficies desvían tan bien el agua implica que tan valiosa característica podría ser reproducida en otros materiales y en cantidades industriales, ahorrando potencialmente miles de millones de dólares en sectores industriales como por ejemplo todos aquellos que se vean perjudicados por el biofouling (la acumulación de material orgánico en superficies húmedas).

 

En el ámbito naval, el biofouling o bioincrustación consiste en la acumulación, en la parte sumergida del casco de un barco, de organismos que se adhieren a él, tales como algas, mejillones, y percebes. Esta masa de "polizones" aumenta en el barco la resistencia al avance por el agua, y, en consecuencia, el consumo de combustible. Esto implica costes económicos adicionales y mayores daños medioambientales como consecuencia de las emisiones extra de dióxido de carbono.

 

Un fenómeno parecido sufren por dentro las tuberías y cañerías por las que circula el agua, en cuyas superficies internas a veces pueden adherirse y proliferar algas.

 

En sus experimentos, Patankar, Kripa Varanasi y sus colegas utilizaron una serie de materiales con y sin la rugosidad superficial clave, y los sumergieron en agua. Las muestras con la rugosidad nanométrica idónea permanecieron secas durante hasta cuatro meses, la duración del periodo de experimentación.

 

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