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As Superfícies de Nanotextured Aumentam o Desempenho do Condensador

Published on October 23, 2012 at 12:10 PM

Os Condensadores são uma parte crucial de sistemas de hoje da produção de electricidade: Aproximadamente 80 por cento dos centrais energética de todo o mundo usam-nos para girar o vapor de volta à água depois que saem das turbinas que giram geradores. São igualmente um elemento chave em plantas de dessanilização, um contribuinte de crescimento rápido à fonte do mundo da água fresca. Agora, uma arquitetura de superfície nova projetada por pesquisadores no MIT mantem a promessa significativamente de impulsionar o desempenho de tais condensadores.

A pesquisa é descrita em um papel apenas publicado em linha no jornal ACS Nano pelo postdoc Sushant Anand do MIT; Kripa Varanasi, Professor Adjunto de Doherty da Utilização do Oceano; e o aluno diplomado Adam Paxson, o postdoc Rajeev Dhiman e a pesquisa afíliam Dave Smith, todo o grupo de investigação de Varanasi no MIT.

A chave à superfície (dederramamento) hidrofóbica melhorada é uma combinação de modelação microscópica - uma superfície coberta com as colisões ou os cargos minúsculos apenas 10 micrômetros (milhonésimos de um medidor) transversalmente, sobre o tamanho de um glóbulo vermelho - e de um revestimento de um lubrificante, tal como o petróleo. Os espaços minúsculos entre os cargos guardaram a acção capilar directa no lugar do petróleo, pesquisadores encontrados.

A equipe descobriu que as gotas da água que se condensam nesta superfície moveram 10.000 vezes mais rapidamente do que em superfícies com apenas a modelação hidrofóbica. A velocidade deste movimento da gota é chave a permitir que as gotas caiam da superfície de modo que os novos possam formar, aumentando a eficiência da transferência térmica em um condensador do central energética, ou a taxa de produção da água em uma planta de dessanilização.

Com este tratamento novo, as “gotas podem deslizar na superfície,” Varanasi diz, flutuando como discos em uma tabela do ar-hóquei e olhando como UFOs pairando - um comportamento Varanasi diz que nunca viu em mais do que uma década do trabalho em superfícies hidrofóbicas. “Estas estão apenas a umas velocidades loucas.”

A quantidade de lubrificante exigida é mínima: Forma um revestimento fino, e é fixada firmemente no lugar pelos cargos. Todo O lubrificante que for perdido é substituído facilmente de um reservatório pequeno na borda da superfície. O lubrificante pode ser projectado ter tal baixa pressão de vapor que, Varanasi diz, “Você pode mesmo pô-la em um vácuo, e não evaporará.”

Uma Outra vantagem do sistema novo é que não depende de nenhuma configuração particular das texturas minúsculas na superfície, enquanto têm sobre as dimensões direitas. “Pode ser manufacturado facilmente,” Varanasi diz. Depois Que a superfície textured, o material pode mecanicamente ser mergulhado no lubrificante e ser retirado; a maioria do lubrificante elimina simplesmente, e “somente o líquido nas cavidades é mantido dentro pelas forças capilares,” Anand diz. Porque o revestimento é tão finamente, diz, ele toma somente aproximadamente um quarto a uma metade-colher de chá de lubrificante para revestir uma jarda quadrada do material. O lubrificante pode igualmente proteger a superfície de metal subjacente da corrosão.

Varanasi planeia uma pesquisa mais adicional determinar exactamente quanto melhoria é possível usando a técnica nova nos centrais energética. Porque as turbinas vapor-postas são ubíquos nos centrais energética do combustível fóssil do mundo, diz, “mesmo se salvar 1 por cento, que é enorme” em seu impacto potencial em emissões globais dos gáses de estufa.

Os trabalhos novos da aproximação com uma grande variedade das texturas de superfície e dos lubrificantes, os pesquisadores dizem; planeiam focalizar pesquisa em curso sobre encontrar combinações óptimas para o custo e a durabilidade. “Há muita ciência como você projecta estes líquidos e texturas,” em Varanasi diz.

Que uma pesquisa mais adicional estará ajudada por uma técnica nova Varanasi tornou-se em colaboração com os pesquisadores que incluem Konrad Rykaczewski, um cientista da pesquisa do MIT baseado actualmente no National Institute of Standards and Technology (NIST) em Gaithersberg, DM., junto com John Henry Scott e Caminhante de Marlon do NIST e Trevan Landin da Empresa de FEI. Que a técnica está descrita em um papel separado igualmente apenas publicou em ACS Nano.

Pela primeira vez, esta técnica nova obtem imagens directas, detalhadas da relação entre uma superfície e um líquido, tal como as gotas que se condensam nele. Normalmente, essa relação - a chave à molhadela e aos processos compreensivos do água-derramamento - é escondida da vista pelas gotas ela mesma, Varanasi explica, assim a maioria de análise confiou na modelagem do computador. No processo novo, as gotas são congeladas ràpida no lugar na superfície, cortada no secção transversal com um feixe de íon, e então imaged usando um microscópio de elétron da exploração.

“O método confia em preservar a geometria das amostras com rápido congelando na lama do líquido-nitrogênio no menos 210 graus de Celsius [menos 346 graus de Fahrenheit],” Rykaczewski diz. “O nível de congelação é tão rapidamente (aproximadamente 20.000 por segundo Célsio dos graus) essa água e outros líquidos não crystalize, e sua geometria é preservada.”

A técnica poderia ser usada para estudar muitas interacções diferentes entre líquidos ou os gáss e o sólido surgem, Varanasi diz. “É uma técnica completamente nova. Pela primeira vez, nós podemos ver estes detalhes destas superfícies.”

A pesquisa aumentada da condensação recebeu o financiamento do National Science Foundation (NSF), o programa da Iniciativa da Energia Masdar-MIT, e o Centro do MIT Deshpande. A pesquisa directa da imagem lactente usou facilidades do NIST, com o financiamento de uma concessão do NSF e do Du Pont-MIT Alliance.

Source: MIT

Last Update: 23. October 2012 12:23

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