Hacer que las incrustaciones en intercambiadores de calor se desprendan solas

Según algunas estimaciones, alrededor de una cuarta parte del producto interior bruto de los países industrializados se pierde por un único problema técnico: el ensuciamiento de las superficies de los intercambiadores de calor por sales y otros minerales disueltos. Esta acumulación de incrustaciones va formando una costra y ello acarrea una disminución de la eficiencia de múltiples procesos, en la fábrica y en el hogar, perjudicando a aparatos que van desde máquinas industriales a electrodomésticos. El problema afecta además a las tuberías de los sistemas de distribución de agua, las instalaciones agrícolas, las plantas desalinizadoras y otras infraestructuras.

Ahora, una investigación realizada por un equipo que incluye a Samantha McBride, Henri-Louis Girard y Kripa Varanasi, los tres del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, ha cosechado un descubrimiento asombroso, que promete conducir a un método eficaz para impedir esa acumulación de incrustaciones.

Los resultados de la investigación indican que con la combinación adecuada de superficies hidrofóbicas (que repelen el agua) y calor, las sales disueltas pueden cristalizarse de una manera que haga fácil eliminarlas de la superficie, en algunos casos bastando para ello la mera fuerza de la gravedad.

Cuando los investigadores empezaron a estudiar el modo en que las sales se cristalizan en este tipo de superficies, descubrieron que las sales precipitadas formaban inicialmente una cáscara esférica parcial alrededor de una gota. Inesperadamente, esta cáscara comenzaba a elevarse sobre un conjunto de extensiones en forma de patas que crecían durante la evaporación. El proceso producía repetidamente formas multipatas, que se asemejaban a elefantes y otros animales, e incluso a seres inexistentes, dignos de la ciencia-ficción. Los investigadores bautizaron estas formaciones como “bichos de cristal” o más concretamente "critters de cristal”.

Cuando los investigadores empezaron a estudiar el modo en que las sales se cristalizan en determinadas superficies, descubrieron que el proceso producía repetidamente formas predecibles con múltiples “patas”. (Foto: Cortesía de los investigadores. CC BY-NC-ND 3.0)

Tras muchos experimentos y análisis detallados, el equipo dilucidó el mecanismo que produce estas protuberancias en forma de patas. También demostró cómo las protuberancias varían en función de la temperatura y la naturaleza de la superficie hidrofóbica. Descubrió además que las estrechas patas que sostienen a estos “bichos” o “critters” de cristal siguen creciendo hacia arriba desde el fondo. Al final, las patas se vuelven tan largas y delgadas que no pueden soportar el peso del “bicho”, y la gota de cristal de sales se desprende y cae o es arrastrada.

Este proceso de autoexpulsión, basado simplemente en la evaporación desde una superficie cuya textura puede controlarse fácilmente mediante el grabado, la abrasión o el recubrimiento, podría ser de gran ayuda para una amplia gama de procesos.

Los investigadores descubrieron que, variando la cantidad de calor a lo largo de la superficie, es posible incluso conseguir que las formaciones de cristal rueden en una dirección específica. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápido se produce el crecimiento y el despegue de estas formas, minimizando el tiempo que los cristales bloquean la superficie. (Fuente: NCYT de Amazings)