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Las Superficies de Nanotextured Refuerzan el Funcionamiento de Condensadores en Sistemas de la Producción de Energía

Published on October 22, 2012 at 8:07 AM

Los Condensadores son una parte crucial de sistemas de hoy de la producción de energía: El Cerca De 80 por ciento de los sistemas motopropulsores de todo el mundo los utiliza para girar el vapor de nuevo al agua después de que salga de las turbinas que giran los generadores. Él es también un elemento clave en las desalinizadoras, contribuidor de rápido crecimiento a la fuente del mundo de agua dulce.

Ahora, una nueva configuración superficial diseñada por los investigadores en el MIT mantiene la promesa importante de reforzar el funcionamiento de tales condensadores. La investigación se describe en un papel apenas publicado en línea en el gorrón ACS Nano por el postdoc Sushant Anand del MIT; Kripa Varanasi, el Profesor Adjunto de Doherty de la Utilización del Océano; y el estudiante de tercer ciclo Adán Paxson, el postdoc Rajeev Dhiman y la investigación se afilían a Dave Smith, todo el grupo de la investigación de Varanasi en el MIT.

El clave a la superficie (de agua-vertimiento) hidrofóbica mejorada es una combinación de modelar microscópico - una superficie revestida con los topetones o los postes minúsculos apenas 10 micrómetros (millionths de un contador) a través, sobre la talla de un glóbulo rojo - y de una capa de un lubricante, tal como aceite. Los espacios minúsculos entre los postes celebran la acción capilar directa en el lugar del aceite, los investigadores encontrados.

Las personas descubrieron que las gotitas del agua que condensaban en esta superficie movieron 10.000 veces más rápidamente que en superficies con apenas modelar hidrofóbico. La velocidad de este movimiento de la gotita es dominante a permitir que las gotitas caigan de la superficie de modo que los nuevos puedan formar, aumentando la eficiencia de la transferencia de calor en un condensador del sistema motopropulsor, o el índice de producción del agua en una desalinizadora.

Con este nuevo tratamiento, las “caídas pueden deslizarse en la superficie,” Varanasi dice, conectando como tejos en un vector del aire-hockey y pareciendo UFOs de cernido - un comportamiento Varanasi dice que él nunca ha visto en más que una década de trabajo sobre superficies hidrofóbicas. “Éstas son apenas velocidades locas.”

La cantidad de lubricante requerida es mínima: Forma una capa fina, y es fijada asegurado en el lugar por los postes. Cualquier lubricante se pierda que se reemplaza fácilmente de un pequeño depósito en el borde de la superficie. El lubricante se puede diseñar para tener tal presión de vapor inferior que, Varanasi diga, “Usted puede incluso ponerla en un vacío, y no se evaporará.”

Otra ventaja del nuevo sistema es que no depende de ninguna configuración determinada de las texturas minúsculas en la superficie, mientras tengan sobre las dimensiones correctas. “Puede ser fabricada fácilmente,” Varanasi dice. Después De Que se texturice la superficie, el material puede ser sumergido mecánicamente en el lubricante y ser sacado; la mayor parte del lubricante elimina simple, y “solamente el líquido en las cavidades es sujetado hacia adentro por las fuerzas capilares,” Anand dice. Porque la capa está tan ligeramente, él dice, él lleva solamente alrededor de un cuarto una mitad-cucharilla de lubricante para recubrir una yarda cuadrada del material. El lubricante puede también proteger la superficie de metal subyacente contra la corrosión.

Varanasi proyecta la investigación adicional para cuantificar exactamente cuánta mejoría es posible usando la nueva técnica en sistemas motopropulsores. Porque las turbinas vapor-movidas por motor son ubicuas en los sistemas motopropulsores del combustible fósil del mundo, él dice, “incluso si salva el 1 por ciento, que es enorme” en su impacto potencial en emisiones globales de los gases de efecto invernadero.

Los nuevos trabajos de la aproximación con una amplia variedad de texturas y de lubricantes de la superficie, los investigadores dicen; proyectan enfocar la investigación en curso sobre encontrar las combinaciones óptimas para el costo y la durabilidad. “Hay mucha ciencia en cómo usted diseña estos líquidos y texturas,” Varanasi dice.

Daniel Beysens, director de investigación de la Física y Mecánicos del Laboratorio Heterogéneo de los Media en ESPCI en París, dice el concepto detrás de usar un líquido del lubricante atrapado por una superficie nanopatterned, es “simple y hermoso. Las caídas quieren nucleado y entonces deslizar hacia abajo muy fácilmente. Y trabaja!”

Que la investigación adicional será ayudada por una nueva técnica Varanasi se ha convertido en colaboración con investigadores incluyendo Conrado Rykaczewski, científico de la investigación del MIT basado actualmente en el National Institute of Standards and Technology (NIST) en Gaithersberg, Md., junto con John Henry Scott y el Caminante de Marlon del NIST y Trevan Landin de la Compañía de FEI. Que la técnica está descrita en un papel separado también apenas publicó en ACS Nano.

Por primera vez, esta nueva técnica obtiene las imágenes directas, detalladas del interfaz entre una superficie y un líquido, tal como gotitas que condensen en él. Normalmente, ese interfaz - el clave a la adherencia de soldadura y a los procesos de comprensión del agua-vertimiento - es ocultado de la visión por las gotitas ellos mismos, Varanasi explica, la mayoría del análisis ha confiado tan en el modelado del ordenador. En el nuevo proceso, las gotitas se congelan rápidamente en el lugar en la superficie, cortada en el corte transversal con un haz de ión, y entonces reflejado usando un microscopio electrónico de exploración.

“El método confía en preservar la geometría de las muestras con rápido congelando en pintura antioxidante del líquido-nitrógeno en el menos 210 grados de Celsius [menos 346 grados de Fahrenheit],” Rykaczewski dice. “El índice de congelación es tan rápidamente (cerca de 20.000 grados de Cent3igrado por segundo) esa agua y otros líquidos no crystalize, y se preserva su geometría.”

La técnica se podría utilizar para estudiar muchas diversas acciones recíprocas entre los líquidos o los gases y las superficies sólidas, Varanasi dicen. “Es totalmente una nueva técnica. Por primera vez, podemos ver estos detalles de estas superficies.”

La investigación aumentada de la condensación recibió el financiamiento del National Science Foundation (NSF), el programa Preliminar de la Energía Masdar-MIT, y el Centro del MIT Deshpande. La investigación directa de la proyección de imagen utilizó recursos del NIST, con el financiamiento de una concesión y del Du Pont-MIT Alliance del NSF.

Fuente: http://web.mit.edu/

Last Update: 22. October 2012 08:22

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