Documentos sobre equipos de refrigeración
El agua puede existir en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Cuando un sólido congelado se calienta, se convierte en líquido. Cuando un líquido se calienta, se convierte en vapor.
Cuando la fuente de calor está lo suficientemente caliente, el comportamiento del agua cambia drásticamente. Según los científicos, cuando las gotas de agua depositadas sobre placas de aluminio se calientan a 150 grados centígrados o más, ya no hervirán. Por el contrario, el vapor que se formará quedará atrapado debajo de las gotas de agua, formando un amortiguador para evitar que el líquido entre en contacto directamente con la superficie de la placa de aluminio. El vapor atrapado hace que el líquido se suspenda y rebote alrededor de la superficie de aluminio. Este fenómeno se conoce como efecto Leidenfrost, en honor al médico y teólogo alemán que lo describió por primera vez en una publicación de 1751.
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El hielo se está derritiendo lentamente: Efecto Leidenfrost. El hielo se derrite hasta convertirse en un líquido, que luego flota sobre la superficie calentada, suspendido por una capa de vapor debajo.
Este principio científico generalmente aceptado se aplica al agua como líquido, pero ¿se aplica lo mismo al hielo, piensa el equipo? ¿Es posible tener un efecto de escarcha de Leiden trifásico sólido, líquido y vapor?
La curiosidad llevó al laboratorio de Breco a realizar su primera investigación hace unos cinco años. En ese momento, los investigadores observaron que incluso cuando el aluminio se calentaba a más de 150 grados Celsius, el hielo no permanecía suspendido en vapor de agua como un líquido. A medida que los investigadores continuaron aumentando la temperatura, observaron cómo se comportaba el hielo a medida que aumentaba la temperatura. Descubrieron que la temperatura de la suspensión era significativamente más alta: 550 grados Celsius (1022 grados Fahrenheit) en lugar de 150 grados Celsius.
¿Qué pasa debajo del hielo para alargar el tiempo de ebullición? El equipo de investigación colaboró para desarrollar nuevos métodos de transferencia de calor y aplicó este conocimiento para resolver el problema. Descubrieron que la respuesta era la diferencia de temperatura en la capa de agua de deshielo debajo del hielo. La capa de agua de deshielo tiene dos extremos diferentes: su fondo está hirviendo, lo que mantiene la temperatura fija en unos 100 grados Celsius, pero su parte superior está adherida al hielo, lo que la mantiene fija en unos 0 grados Celsius;
La diferencia de temperatura única que crea el hielo a través de la capa de agua cambia las condiciones del agua misma, porque gran parte del calor de las placas de aluminio calientes debe pasar a través del agua para mantener esta diferencia de temperatura extrema, según los investigadores. explicado. Por lo tanto, sólo una pequeña fracción de la energía está disponible para producir vapor de agua.
"Los cubitos de hielo flotantes son mucho más difíciles que las gotas de agua", continúa el investigador. "Una vez que comienza la levitación, la transferencia de calor disminuye drásticamente porque cuando un líquido está suspendido, ya no hierve. Salta alrededor de la superficie en lugar de en contacto directo, y el contacto es la razón por la que hierve. Por lo tanto, la levitación no favorece la transferencia de calor. y hervir es aún más increíble. ”
Para escenarios de aplicación, los investigadores dicen que la transferencia de calor juega un papel muy importante en la refrigeración de objetos como servidores de computadoras o motores de automóviles. Porque requieren una sustancia o mecanismo que pueda eliminar energía de las superficies calientes y redistribuir el calor rápidamente para reducir el desgaste de las piezas metálicas.
Además, en las centrales nucleares, el hielo también se puede utilizar como refrigerante para inducir un enfriamiento rápido. Sería posible evitar los problemas experimentados en la refrigeración de los reactores nucleares tras el desastre de Fukushima.
El efecto Leiden Frost causado por la rápida evaporación del líquido sin duda interfirió con la eficiencia de enfriamiento de los reactores nucleares después del desastre nuclear de Fukushima, pero el hielo refrigerante puede evitarlo. Además, los refrigerantes helados también tienen aplicaciones potenciales en la metalurgia. Esto se debe a que si el metal se enfría demasiado lentamente después de formarse, la herramienta metálica puede volverse quebradiza. Por lo tanto, para hacer que el metal sea más fuerte y menos quebradizo, se requiere calor para templar el metal en un período de tiempo muy corto.
El artículo de investigación titulado "Agua hirviendo con hielo: los investigadores descubren el principio de expansión del siglo XVIII" ha sido publicado en la revista Physical Review Fluids.
Fuente: Red de Energía Nuclear de China