Potser l'haureu vist en estris de cuina o en canonades d'aigua antigues: l'aigua dura i rica en minerals deixarà dipòsits escamosos amb el pas del temps. Es produeix no només en canonades i estris de cuina de casa, sinó també en canonades i vàlvules que transporten petroli i gas natural, i canonades que transporten aigua de refrigeració a les centrals elèctriques. És ben sabut que l'escala pot causar ineficiència, temps d'inactivitat i problemes de manteniment. A la indústria del petroli i del gas, l'escala de vegades porta al tancament complet dels pous en funcionament, almenys temporalment. Per tant, resoldre aquest problema pot comportar grans recompenses. Ara, un equip d'investigadors del MIT ha trobat una solució potencial a aquest problema enorme però poc conegut. Van trobar que un nou tractament superficial, inclosa la nanotextura de la superfície i després l'aplicació de fluid lubricant, pot reduir la taxa de formació d'escala almenys deu vegades. Aquesta setmana, els resultats de la investigació s'han publicat al Journal of Advanced Materials Interface. El document va ser escrit per l'estudiant de postgrau Srinivas Subramanyam, la becària postdoctoral Gisele Azimi i Kripa Varanasi, professora associada d'utilització marina al Departament d'Enginyeria Mecànica del MIT. "Podeu veure [escala] gairebé a qualsevol lloc", va dir Varanasi. A la llar, aquests dipòsits són majoritàriament una molèstia, però a la indústria, poden provocar una "reducció de la productivitat, i el mètode d'eliminació [els] pot ser perjudicial per al medi ambient", normalment implica l'ús de productes químics durs. A les centrals elèctriques i dessalinitzadores, l'escala pot provocar importants pèrdues d'eficiència perquè actua com a barrera tèrmica i afecta la refrigeració o la condensació en l'intercanviador de calor. El problema sorgeix perquè l'aigua normalment conté moltes sals i minerals dissolts. La capacitat de l'aigua per dissoldre aquestes substàncies depèn de la solubilitat, de manera que si l'aigua es refreda o s'evapora, la solució pot arribar a sobresaturar-se: conté més substàncies dissoltes de les que pot contenir, de manera que algunes substàncies comencen a precipitar-se. Quan l'aire càlid i humit es refreda sobtadament quan es troba amb una superfície més freda, provocarà boira al vidre fred, que és el mateix principi. En la majoria dels casos, els enginyers solucionen aquest problema dissenyant en excés el sistema, va dir Varanasi: Utilitzeu una canonada molt més gran del necessari, per exemple, s'espera que l'encrassement provoqui un bloqueig parcial o una superfície més gran, en aquest cas l'intercanviador de calor sota. Subramanyam assenyala que aquest problema no és nou: "Els estris de cuina antics tenen aquest tipus d'acumulació", va dir. "Encara no tenim una bona solució". Tot i que encara no s'ha demostrat a escala industrial, el nou mètode desenvolupat per l'equip del MIT pot tenir un impacte significatiu en la velocitat de formació de l'escala, i en molts casos pot evitar-ho completament. El seu mètode sembla senzill: nanotexturar de manera efectiva la superfície i omplir la textura resultant amb un lubricant. La textura depèn principalment de la mida dels cops i solcs produïts; la forma precisa no sembla importar. Per tant, es poden utilitzar diverses tècniques per crear aquesta textura, inclosa l'aplicació d'un recobriment amb textura a la superfície o gravar-lo químicament al seu lloc. Els investigadors també van descriure un procés per seleccionar un lubricant adequat que no només augmenta la barrera energètica formada per l'escala, sinó que també s'estén als sòlids texturats, fent que la superfície sigui "llisa" i reduint la nucleació que es pot utilitzar per a la formació d'escala. Lloc. Els intents anteriors d'evitar o reduir la formació d'escales solen incloure afegir un recobriment (com ara tefló) a la superfície per evitar que els minerals s'hi uneixin. Varanasi va explicar que el problema d'aquest mètode és que aquests recobriments es desgasten, de la mateixa manera que els recobriments de les paelles antiadherents sovint es degraden amb l'ús. Va dir que fins i tot si hi ha un petit forat al recobriment, proporciona un lloc per començar a formar-se escala. Mitjançant el nou mètode, un cop formada la nanotextura a la superfície, s'aplica oli o un altre fluid lubricant a la superfície. Varanasi va dir que les petites ranures a nanoescala capturen aquest líquid i el mantenen fermament al seu lloc mitjançant l'acció capil·lar. A diferència dels recobriments sòlids antiadherents, el líquid pot fluir per omplir qualsevol buit, estendre's a la textura de la superfície i, si es renta, es pot reposar contínuament. "Fins i tot si hi ha danys mecànics, el lubricant pot tornar a aquesta superfície", va dir Subramanyam. "Pot mantenir la seva suavitat durant molt de temps". Com que aquesta capa lubricant és molt prima, només uns pocs centenars de nanòmetres de gruix, només requereix una petita quantitat de lubricant per protegir una superfície durant dècades. Varanasi va dir que un dipòsit construït en una secció de la canonada pot proporcionar lubricació durant tota la vida útil de l'equip. En el cas dels oleoductes, "el lubricant ja existeix", l'oli capturat per la textura superficial pot protegir la superfície del gasoducte. Jurgen Rühe, cap del Laboratori de Química i Física de la Interfície de la Universitat de Friburg, no va participar en l'estudi, dient que representa "descobriments molt importants i avenços científics importants". Va anomenar el mètode de l'equip per reduir la formació d'escales "nou i creatiu" i va dir que "pot tenir un impacte potencial en totes les àrees on s'escalfa l'aigua i es genera vapor". Els investigadors van dir que després de més proves de laboratori per determinar el millor per a una aplicació en particular. Després dels mètodes de lubricació i textura, el sistema pot estar llest per a l'aplicació comercial en només tres anys. Aquest treball va comptar amb el suport de la Iniciativa Energètica del MIT.
Hora de publicació: 08-12-2021
