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| Mojtaba Edalatpour deja caer hielo sobre una placa caliente en el Laboratorio de Fluidos e Interfaces Inspirados en la Naturaleza. Foto de Alex Parrish para Virginia Tech. |
Los cambios de fase en el agua son bien conocidos por la mayoría; el calentamiento del hielo (sólido) produce agua (líquido), y el calentamiento del agua produce vapor de agua (gas). El efecto Leidenfrost, descrito por primera vez en una publicación de 1751, se refiere a un fenómeno en el que una gota de agua colocada sobre una placa de aluminio calentada a un mínimo de 150 grados Celsius (302 grados Fahrenheit) no hierve.
A medida que la gota se acerca a la placa, se forma vapor de agua entre ella y la placa, amortiguando el líquido e impidiendo que entre en contacto directo con la placa, lo que le permite deslizarse por la superficie de forma similar a un disco de hockey de aire. El profesor asociado Jonathan Boreyko y su colega Mojtaba Edalatpour trataron de investigar si el hielo produciría un efecto similar
"Hay tantos artículos sobre la levitación de líquidos que queríamos preguntarnos si el hielo podía levitar. Empezó como un proyecto de curiosidad. Lo que impulsó nuestra investigación fue la pregunta de si era posible o no tener un efecto Leidenfrost trifásico con sólido, líquido y vapor", dijo Boreyko.
Descubrieron que para recrear el efecto Leidenfrost con hielo, la temperatura de la placa de aluminio tenía que ser de al menos 550 grados Celsius (1022 grados Fahrenheit). Antes de esa temperatura, el hielo descansaba sobre la capa de agua líquida derretida, manteniendo la cara inferior en contacto con la placa de aluminio y haciéndola hervir a 100°C (212°F) mientras se mantenía una temperatura de 0°C (32°F) en la cara en contacto con el hielo. Se necesitó mucha más energía para crear la levitación después de superar el diferencial de temperatura en esta capa.
"El diferencial de temperatura que el hielo está creando de forma única a través de la capa de agua ha cambiado lo que ocurre en el agua misma, porque ahora la mayor parte del calor de la placa caliente tiene que ir a través del agua para mantener ese diferencial extremo. Así que solo una pequeña fracción de la energía puede utilizarse para producir vapor", dijo Boreyko.
"Es mucho más difícil hacer levitar el hielo que hacer levitar la gota de agua. La transferencia de calor cae en picado en cuanto comienza la levitación, porque cuando el líquido levita, ya no hierve. Está flotando sobre la superficie en lugar de tocarse, y el contacto es lo que hace que hierva el calor. Así que, para la transferencia de calor, la levitación es terrible. La ebullición es increíble", continúa Boreyko.
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente: VirginiaTech