Vea También
 |
| Agua evaporándose de un hidrogel bajo luz verde, que resultó ser la longitud de onda máxima. Crédito: MIT |
Fenómeno omnipresente en la ciencia y la tecnología, la evaporación del agua bajo la luz solar tiene una importancia tanto básica como práctica. Se ha observado que las tasas de evaporación impulsadas por el sol utilizando absorbentes porosos superan el límite teórico de evaporación térmica; sin embargo, aún se desconoce el mecanismo que subyace a este fenómeno.
Un equipo de investigadores del MIT ha llegado a la sorprendente conclusión de que, en determinadas circunstancias, la luz puede provocar directamente la evaporación en la interfase entre el agua y el aire sin necesidad de calor, y puede hacerlo incluso con más eficacia que éste. Para ello han realizado varios experimentos y simulaciones nuevos. También han reexaminado algunos resultados de varios grupos que afirmaban haber superado el límite térmico. Aunque el agua de estos estudios contenía una sustancia hidrogel, los investigadores plantean la hipótesis de que el fenómeno podría darse en otras situaciones.
Los últimos hallazgos son inesperados porque el agua no puede absorber la luz de forma significativa. Esto explica por qué se puede ver la superficie inferior a través de varios metros de agua cristalina. Por eso, para ayudar a convertir la luz solar en calor, los investigadores añadieron primero partículas de material negro que absorbe la luz a un recipiente con agua cuando investigaban el proceso de evaporación solar para la desalinización.
Los investigadores probaron sus experimentos con hidrogeles, incluyendo un trozo del material del otro grupo.
El catedrático de Ingeniería Mecánica Gang Chen declaró: "Lo probamos en nuestro simulador solar y funcionó, lo que confirma la tasa de evaporación inusualmente alta. Así que ahora nos lo creemos".
Según los investigadores, el exceso de evaporación se debía a la propia luz: los fotones desprendían de la superficie del agua haces de moléculas de agua.
Sólo la superficie del material de hidrogel, la capa límite agua-aire y, posiblemente, la superficie del mar o las superficies de las gotas en las nubes o la niebla experimentarían este impacto.
En el laboratorio observaron la superficie de un hidrogel, que es una matriz parecida a la gelatina, compuesta en su mayor parte por agua unida por un entramado de finas membranas que se asemeja a una esponja. Utilizaron longitudes de onda bien calibradas para reproducir la luz solar y evaluaron sus reacciones.
Los investigadores registraron la velocidad de evaporación al exponer secuencialmente la superficie del agua a distintos tonos de luz. Para ello, observaron la temperatura sobre la superficie del hidrogel y midieron la masa perdida por evaporación de un recipiente de hidrogel lleno de agua colocado sobre una balanza. Las luces estaban aisladas para no generar calor innecesario. Se descubrió que el impacto variaba con el color y alcanzaba su punto máximo en una longitud de onda específica de luz verde. Como esta dependencia del color es independiente del calor, concuerda con la teoría de que al menos parte de la evaporación está causada por la luz.
Utilizando la misma técnica, pero calentando la sustancia con electricidad en lugar de luz, los investigadores intentaron reproducir la tasa de evaporación registrada. La cantidad de agua que se evaporó se mantuvo dentro del límite térmico, aunque el aporte de calor fuera el mismo que en la otra prueba. Pero sí lo hizo cuando se encendió la luz solar artificial, lo que indica que la luz fue la causa del aumento de la evaporación.
Aunque ni el agua ni el material de hidrogel por sí solos pueden absorber mucha luz, Chen afirma que, combinados, pueden absorber una cantidad significativa de luz. Esto elimina la necesidad de tintes oscuros para la absorción y permite al material captar la energía de los fotones solares y superar el límite térmico con eficacia.
Tras descubrir este efecto, que han bautizado como efecto fotomolecular, los investigadores están estudiando cómo utilizarlo con fines prácticos. Además de una beca Bose para investigar las implicaciones del fenómeno en la modelización del cambio climático, cuentan con una subvención del Laboratorio Abdul Latif Jameel de Agua y Alimentos para examinar la aplicación de este fenómeno para aumentar la eficacia de las plantas desalinizadoras alimentadas por energía solar.
Yaodong Tu, investigador postdoctoral del MIT, explica: "En los procesos de desalinización estándar, normalmente hay dos pasos: En primer lugar, evaporamos el agua hasta convertirla en vapor y, a continuación, tenemos que condensarla para licuarla y convertirla en agua dulce. Con este descubrimiento, potencialmente, podemos lograr una alta eficiencia en el lado de la evaporación". El proceso también podría tener aplicaciones en procesos que requieran secar un material".
Según Chen, "en principio, puede ser posible aumentar hasta tres o cuatro veces el límite de agua producida por desalinización solar, que actualmente es de 1,5 kilogramos por metro cuadrado, utilizando este enfoque basado en la luz. Esto podría conducir realmente a una desalinización barata".
"Este fenómeno también podría aprovecharse en los procesos de refrigeración evaporativa, utilizando el cambio de fase para proporcionar un sistema de refrigeración solar altamente eficiente."
Fuentes, créditos y referencias:
Más temas acerca de:
Física