¿Qué es la fuerza electromagnética?
Los campos electromagnéticos son una combinación de campos de fuerza eléctricos y magnéticos invisibles que se describen matemáticamente mediante las ecuaciones de Maxwell. Son generados por fenómenos naturales, pero también por actividades humanas, principalmente mediante el uso de la electricidad.
Desde el punto de vista de la seguridad, los campos electromagnéticos dinámicos suelen denominarse radiaciones no ionizantes e ionizantes, siendo estas últimas las que pueden provocar daños en las células y el ADN.
¿Cómo nos ayuda la aplicación de fuerzas electromagnéticas a superar los problemas de transferencia de calor?
La transferencia de calor es un proceso fundamental que interviene en diversas aplicaciones de ingeniería, como la refrigeración de dispositivos electrónicos, los intercambiadores de calor y los sistemas de gestión térmica. Los métodos tradicionales de mejora de la transferencia de calor suelen implicar la modificación de la geometría de las superficies de transferencia de calor o la alteración de las propiedades del fluido. Sin embargo, estos métodos convencionales tienen limitaciones a la hora de conseguir mejoras sustanciales en los índices de transferencia de calor.
Los enfoques de mejora de la transferencia de calor suelen incluir enfoques activos y pasivos. Por un lado, los métodos pasivos no necesitan energía externa y suelen utilizar superficies modificadas o la inserción de elementos promotores de turbulencias en el flujo. Por otro lado, en el método activo, se necesita algún aporte de energía externa para mejorar la tasa de transferencia de calor. La mejora activa de la transferencia de calor incluye la agitación mecánica, la vibración de la superficie, la pulsación del fluido y la aplicación de campos eléctricos o magnéticos. Sin embargo, ambos métodos no cambian la naturaleza del fluido de trabajo, sino que producen una convección caótica.
La utilización de campos electromagnéticos externos proporciona un enfoque alternativo para mejorar la transferencia de calor manipulando el comportamiento térmico del sistema.
Así, es bien sabido que el flujo de fluidos, y por tanto la transferencia de calor por convección, pueden verse influidos si el fluido conductor de la electricidad se somete a campos magnéticos, eléctricos o combinados.
La aplicación de campos electromagnéticos externos puede influir en la transferencia de calor a través de varios mecanismos. Algunos de los principales mecanismos son:
- Electrohidrodinámica: El campo eléctrico induce el movimiento del fluido, mejorando la transferencia de calor convectiva a través de una mayor mezcla y promoviendo la disrupción de la capa límite.
- Magnetohidrodinámica: El campo magnético afecta a las características del flujo de fluido induciendo fuerzas de Lorentz, lo que mejora la transferencia de calor convectiva y suprime las inestabilidades del flujo.
- Radiación electromagnética: Los campos electromagnéticos pueden modificar las propiedades de transferencia de calor radiativo alterando la absorción, emisión y dispersión de la radiación térmica.
- Potenciación del cambio de fase: Los campos externos pueden influir en los procesos de cambio de fase, como la ebullición y la condensación, alterando la dinámica de las burbujas, el espesor de la película y los fenómenos interfaciales, lo que mejora el rendimiento de la transferencia de calor.
Aplicaciones reales
Las investigaciones más recientes se han centrado en explorar nuevas técnicas y configuraciones para intensificar la transferencia de calor mediante campos electromagnéticos externos. Algunos avances notables son:
- Campos eléctricos para mejorar la convección forzada en microcanales, con la consiguiente mejora de la refrigeración de componentes electrónicos.
- Campos magnéticos para mejorar la transferencia de calor en piscinas en ebullición, aumentando el flujo de calor crítico y los coeficientes de transferencia de calor en ebullición.
- Campos eléctricos y magnéticos combinados para intensificar la transferencia de calor convectivo en intercambiadores de calor, proporcionando un rendimiento superior en comparación con los métodos convencionales.
- Técnicas de secado asistidas por campos electromagnéticos para la eliminación eficaz y rápida de la humedad de diversos materiales.
Aplicación de la electrohidrodinámica (EHD)
La energía eléctrica aplicada en forma de campo eléctrico se convierte en energía cinética del fluido cuando el fluido dieléctrico interactúa con el campo eléctrico. La mejora en la transferencia de calor se logró debido a un aumento en el movimiento del fluido en la dirección radial, lo que lleva a la interrupción de la capa límite. Por ejemplo, en la siguiente figura se muestra el efecto del campo eléctrico sobre la corriente de aire. En el caso de 16kV, se puede observar el viento corona debido al campo eléctrico de efecto superior, tan grande que incluso invierte la corriente de aire destinada a fluir hacia el haz de tubos.
