Možda ste ga vidjeli u kuhinjskom posuđu ili starim vodovodnim cijevima: tvrda voda bogata mineralima će vremenom ostaviti ljuskave naslage. Javlja se ne samo u cijevima i posuđem za kuhanje kod kuće, već iu cijevima i ventilima koji transportuju naftu i prirodni plin, te cijevima koje transportuju rashladnu vodu u elektranama. Dobro je poznato da kamenac može uzrokovati neefikasnost, zastoje i probleme s održavanjem. U industriji nafte i gasa, kamenac ponekad dovodi do potpunog zatvaranja operativnih bušotina, barem privremeno. Stoga, rješavanje ovog problema može donijeti ogromne nagrade. Sada je tim istraživača MIT-a došao do potencijalnog rješenja za ovaj ogroman, ali malo poznat problem. Otkrili su da nova obrada površine – uključujući nano-teksturiranje površine i zatim nanošenje tečnosti za podmazivanje – može smanjiti brzinu stvaranja kamenca za najmanje deset puta. Ove sedmice rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Journal of Advanced Materials Interface. Rad su napisali diplomirani student Srinivas Subramanyam, postdoktorand Gisele Azimi, i Kripa Varanasi, vanredni profesor korištenja mora na Odsjeku za mašinstvo na MIT-u. "Možete vidjeti [skalu] gotovo svuda", rekao je Varanasi. U kući, ove naslage su uglavnom smetnja, ali u industriji mogu dovesti do „smanjenja produktivnosti, a metod uklanjanja [njih] može biti štetan za okolinu“, obično uključuje upotrebu jakih hemikalija. U elektranama i postrojenjima za desalinizaciju kamenac može uzrokovati značajne gubitke učinkovitosti jer djeluje kao termička barijera i utječe na hlađenje ili kondenzaciju u izmjenjivaču topline. Problem nastaje jer voda obično sadrži puno otopljenih soli i minerala. Sposobnost vode da otapa ove tvari ovisi o topljivosti, pa ako se voda ohladi ili ispari, otopina može postati prezasićena: sadrži više otopljenih tvari nego što može zadržati, pa neke tvari počinju taložiti. Kada se topao i vlažan vazduh naglo ohladi kada naiđe na hladniju površinu, to će izazvati zamagljivanje na hladnom staklu, što je isti princip. U većini slučajeva, inženjeri rješavaju ovaj problem pretjeranim dizajnom sistema, rekao je Varanasi: Koristite mnogo veću cijev nego što je potrebno, na primjer, očekuje se da će zagađivanje uzrokovati djelomično začepljenje ili veću površinu, u ovom slučaju izmjenjivač topline ispod. Subramanjam ističe da ovaj problem nije nov: „Drevni pribor za kuvanje ima ovu vrstu akumulacije“, rekao je. “Još nemamo dobro rješenje.” Iako to tek treba da bude dokazano u industrijskim razmerama, nova metoda koju je razvio tim MIT-a može imati značajan uticaj na brzinu formiranja kamenca, au mnogim slučajevima može ga i potpuno sprečiti. Njihova metoda zvuči jednostavno: efikasno nanoteksturiranje površine i punjenje rezultirajuće teksture lubrikantom. Tekstura uglavnom ovisi o veličini izbočina i žljebova koji se proizvode; precizan oblik izgleda nije bitan. Stoga se za kreiranje ove teksture mogu koristiti različite tehnike – uključujući nanošenje teksturiranog premaza na površinu ili kemijsko nagrizanje na mjestu. Istraživači su također opisali proces odabira odgovarajućeg maziva koji ne samo da povećava energetsku barijeru formiranu kamencem, već se i širi na teksturirane čvrste tvari, čineći površinu „glatkom“ i smanjujući nukleaciju koja se može koristiti za formiranje kamenca. Site. Prethodni pokušaji da se spriječi ili smanji stvaranje kamenca obično uključuju dodavanje premaza (kao što je teflon) na površinu kako bi se spriječilo vezivanje minerala za nju. Varanasi je objasnio da je problem s ovom metodom to što se ovi premazi troše, baš kao što se premazi na neljepljivim tavama često degradiraju korištenjem. Rekao je da čak i ako postoji mala rupa u premazu, ona pruža mjesto za stvaranje kamenca. Koristeći novu metodu, nakon što se nano tekstura formira na površini, na površinu se nanosi ulje ili drugi fluid za podmazivanje. Varanasi je rekao da sićušni žljebovi na nano skali hvataju ovu tekućinu i drže je čvrsto na mjestu kroz kapilarno djelovanje. Za razliku od čvrstih neljepljivih premaza, tekućina može teći da popuni sve praznine, raširi se po teksturi površine, a ako se nešto ispere, može se kontinuirano dopunjavati. "Čak i ako dođe do mehaničkog oštećenja, mazivo se može vratiti na tu površinu", rekao je Subramanyam. “Može dugo zadržati svoju glatkoću.” Budući da je ovaj sloj za podmazivanje vrlo tanak – debeo samo nekoliko stotina nanometara – potrebna mu je samo mala količina maziva da zaštiti površinu decenijama. Varanasi je rekao da rezervoar izgrađen u dijelu cjevovoda može obezbijediti podmazivanje tokom cijelog vijeka trajanja opreme. U slučaju naftovoda, „lubrikant već postoji“, ulje zarobljeno površinskom teksturom može zaštititi površinu cjevovoda. Jurgen Rühe, šef Laboratorije za hemiju i fiziku interfejsa na Univerzitetu u Frajburgu, nije bio uključen u studiju, rekavši da ona predstavlja "veoma važna otkrića i važan naučni napredak". Metodu tima za smanjenje stvaranja kamenca nazvao je "novim i kreativnim" i rekao da "može imati potencijalni utjecaj na sva područja u kojima se zagrijava voda i stvara para". Istraživači su rekli da nakon daljnjeg laboratorijskog testiranja kako bi se odredilo najbolje za određenu primjenu Nakon metoda maziva i teksturiranja, sistem može biti spreman za komercijalnu primjenu za samo tri godine. Ovaj rad je podržala MIT Energy Initiative.
Vrijeme objave: Dec-08-2021
