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Nuevos hallazgos muestran que la nano-texturas de las superficies puede prevenir la formación de hielo

Published on January 24, 2011 at 6:01 AM

Las personas que viven en edificios antiguos con frecuencia escuchan ruidos fuertes en sus cañerías o tubos del radiador - que es un efecto bien conocido llamado golpe de ariete, que puede ocurrir cuando una válvula se abre, se cerró en una tubería que transporta agua o vapor, causando una onda de presión viajar por el tubo con la fuerza suficiente que a veces pueden causar las tuberías a punto de estallar.

Ahora, nuevas investigaciones muestran que un efecto similar tiene lugar en una escala pequeña cada vez que una gota de agua golpea una superficie.

Esta imagen en color mejorada muestra una gota de agua que se deposita sobre una superficie superhidrófobas, justo antes de que lo separa de la punta del gotero utilizado para depósito.

Kripa MIT Varanasi, co-autor de un informe sobre el nuevo hallazgo publicado esta semana en la revista Physical Review Letters, afirma que este fenómeno podría ayudar a los ingenieros diseñar superficies de condensación más duraderos, que se utilizan en plantas de desalinización y en base a vapor plantas de energía. Otros co-autores incluyen a MIT de ingeniería mecánica estudiantes de posgrado Hyuk-Min Kwon y Paxson Adán, y profesor asociado Neelesh Patankar de la Universidad de Northwestern.

Varanasi, la d'Arbeloff profesor adjunto de Ingeniería Mecánica, dice que el efecto explica por qué las hojas utilizadas en las turbinas de la planta de energía tienden a degradarse tan rápidamente y necesitan ser reemplazados con frecuencia, y podría conducir al diseño de turbinas más durable. Dado que aproximadamente la mitad de toda la electricidad generada en el mundo proviene de las turbinas de vapor - ya sea calentado por carbón, el combustible nuclear, gas natural o petróleo - la mejora de su longevidad y eficiencia podrían reducir el tiempo de inactividad y aumentar la producción total de estas plantas, y así ayudar a reducir las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.

Ha habido un gran interés en el desarrollo de superhidrófobas (repele el agua) las superficies, Varanasi, dice, que en algunos casos imitan superficies texturadas en la naturaleza, tales como hojas de loto y la piel de los geckos. Pero la mayoría de las investigaciones realizadas hasta ahora sobre cómo se comportan estas superficies han sido las pruebas estáticas: Para ver las gotas de medio de diferentes tamaños hacia fuera sobre una superficie, (llamado mojado) o cómo se forman gotas para formar gotas más grandes, el método habitual consiste en añadir o restar el agua poco a poco en una gota estacionaria. Pero esto no es una simulación realista de cómo las gotas de reaccionar en las superficies, Varanasi, dice.

"En cualquier aplicación real, las cosas son dinámicas", dice. Y la investigación de Varanasi muestra la dinámica de las gotas en movimiento golpee contra una superficie son muy diferentes de las gotas formadas en su lugar.

En concreto, dichas gotas someterse a una rápida desaceleración interna que produce una fuerte presión - una versión a pequeña escala del efecto de los golpes de ariete. Es esta explosión pequeña pero intensa de la presión que da cuenta de las picaduras y la erosión se encuentran en las hojas de turbinas de centrales eléctricas, dice, lo que limita su vida útil.

"Este es uno de los mayores problemas no resueltos" en el diseño de plantas de energía, dice. Además de dañar las hojas, la formación y el crecimiento de las gotas de agua mezclada con el flujo de vapor agota gran parte del poder, que representa hasta un 30 por ciento de las pérdidas del sistema en dichas plantas. Dado que algunas centrales eléctricas que utilizan vapor, como el gas natural, centrales de ciclo combinado, ya puede tener una eficiencia de hasta un 85 por ciento en la conversión de la energía del combustible en electricidad, si estas pérdidas gota podría ser eliminada podría proporcionar casi un 5 por ciento aumento en la potencia.

"Este es un hallazgo nuevo, de hecho," dice David Quéré, directora de investigación en el laboratorio de física y mecánica de materiales heterogéneos en ESPCI, París. Él explica que los materiales "superhidrófobas, en la que el agua pueda deslizarse y rodar de una manera única, tienen propiedades interesantes, el agua siempre se mantiene en la cima de las decoraciones que encontramos en ellos. (Me gusta llamar a que el efecto fakir, ya que el agua se sienta en la parte superior de una cama de micro-uñas). "

Esta investigación, Quéré dice, explica por qué las gotas a menudo no logran mantenerse en la cima y en su lugar se empalado en las "uñas", por lo que los nuevos hallazgos son "interesantes en el contexto de los materiales superhidrófobas, ya que ayuda a diseñar materiales capaces de resistir esta tipo de efecto negativo. "

Last Update: 18. October 2011 21:01

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