Cuando el agua caliente entra en contacto con las superficies, la cal se acumula con el tiempo. Este efecto lo conocemos en el hogar gracias a hervidores, lavadoras, etc. Es particularmente importante en las centrales térmicas, donde los depósitos reducen significativamente la eficiencia. Como posible solución, los investigadores han desarrollado un recubrimiento repelente de cal que utiliza ranuras microscópicas para evitar que los cristales de piedra caliza se asienten. La piel de tiburón sirvió de modelo.
Regularmente podemos observar los efectos en nuestro hervidor: a medida que pasa el tiempo, se forma una capa cada vez más espesa de cal blanca en el interior del aparato. Si la cal cubre los elementos calefactores, el agua tardará más en calentarse. Con un poco de vinagre u otro descalcificador, los depósitos se podrán disolver nuevamente y el hervidor recuperará su eficacia. Sin embargo, a escala industrial, la calcificación representa un gran problema: especialmente en las centrales termoeléctricas, que se utilizan, por ejemplo, para producir electricidad, las pérdidas de eficiencia conducen a mayores necesidades de combustible, mayores costes y más emisiones. Los métodos actuales para descalcificarlos suelen ser costosos y requieren el uso de productos químicos nocivos para el medio ambiente.
Evite pérdidas de eficiencia
«Los depósitos de cal pueden provocar enormes pérdidas de energía, al menos el dos por ciento de la producción total de energía mundial por año, a medida que disminuyen la eficiencia de la transferencia de calor y el rendimiento del flujo», informa un equipo dirigido por Julian Schmid del Instituto Federal de Tecnología de Zurich. Zúrich. Esto significa que habrá que quemar millones de toneladas adicionales de hulla. Los investigadores han desarrollado ahora una posible solución al problema: un revestimiento que evita la acumulación de cristales de piedra caliza.
Aunque numerosos grupos de investigación ya han trabajado en estas superficies, todavía no se ha creado ningún material eficaz que pueda utilizarse a escala industrial. «Esto se debe en parte a una falta de comprensión de cómo los microcontaminantes se asientan y se adhieren en ambientes acuosos dinámicos», explican Schmid y sus colegas. Antes de comenzar a desarrollar la superficie correspondiente, examinaron en detalle cómo interactúan a nivel microscópico los cristales de cal individuales en crecimiento, el flujo de agua circundante y la superficie.
Llegaron a la conclusión de que, en lugar de un revestimiento sólido, un material de superficie blando probablemente sea más eficaz contra la acumulación de cal. Por lo tanto, el equipo eligió un hidrogel polimérico que fuera flexible debido a su alto contenido de agua. Para evitar la acumulación de cristales de piedra caliza, la microestructura del material debe ser más fina que el diámetro de un solo cristal de piedra caliza, según muestran análisis preliminares. «Variamos la estructura de la superficie del material para lograr la máxima eficiencia y realizamos los experimentos con cristales con este tamaño estructural óptimo», informa Schmid.
Revestimiento basado en un modelo natural.
La superficie del revestimiento se inspira en un patrón natural: presenta surcos microscópicos, similares a escamas de tiburón, que utilizan el mismo truco para evitar la acumulación de suciedad o algas. Los cristales de piedra caliza se adhieren poco a las superficies adecuadamente recubiertas y se eliminan en gran medida con el flujo de agua. Esto significa que no pueden formar una sola capa.
“Con este recubrimiento se pueden prevenir hasta el 98 % de los depósitos de cal”, escriben los investigadores. «Suponemos que estos resultados proporcionan información importante para el diseño de superficies repelentes de cal». El recubrimiento también podría aplicarse a gran escala mediante procesos industriales comunes. Además, el hidrogel es biocompatible y, por tanto, podría ofrecer una alternativa más respetuosa con el medio ambiente a los métodos de descalcificación habituales hasta ahora.
Fuente: Julian Schmid (ETH Zurich) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.adj0324
