Es posible que lo hayas visto en utensilios de cocina o en tuberías de agua viejas: el agua dura y rica en minerales dejará depósitos escamosos con el tiempo. Ocurre no sólo en tuberías y utensilios de cocina domésticos, sino también en tuberías y válvulas que transportan petróleo y gas natural, y en tuberías que transportan agua de refrigeración en las centrales eléctricas. Es bien sabido que la escala puede causar ineficiencia, tiempo de inactividad y problemas de mantenimiento. En la industria del petróleo y el gas, las incrustaciones a veces conducen al cierre completo de los pozos en operación, al menos temporalmente. Por tanto, resolver este problema puede traer enormes recompensas. Ahora, un equipo de investigadores del MIT ha encontrado una posible solución a este enorme pero poco conocido problema. Descubrieron que un nuevo tratamiento de superficie, que incluye nanotexturizar la superficie y luego aplicar líquido lubricante, puede reducir la tasa de formación de incrustaciones al menos diez veces. Esta semana, los resultados de la investigación se publicaron en el Journal of Advanced Materials Interface. El artículo fue escrito por el estudiante graduado Srinivas Subramanyam, la becaria postdoctoral Gisele Azimi y Kripa Varanasi, profesora asociada de utilización marina en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. "Se puede ver [la escala] en casi cualquier lugar", dijo Varanasi. En el hogar, estos depósitos son principalmente una molestia, pero en la industria pueden provocar “una reducción de la productividad, y el método para eliminarlos puede ser perjudicial para el medio ambiente”, lo que normalmente implica el uso de productos químicos agresivos. En las centrales eléctricas y desalinizadoras, las incrustaciones pueden provocar importantes pérdidas de eficiencia porque actúan como barrera térmica y afectan la refrigeración o la condensación en el intercambiador de calor. El problema surge porque el agua suele contener muchas sales y minerales disueltos. La capacidad del agua para disolver estas sustancias depende de la solubilidad, por lo que si el agua se enfría o se evapora, la solución puede sobresaturarse: contiene más sustancias disueltas de las que puede contener, por lo que algunas sustancias comienzan a precipitar. Cuando el aire cálido y húmedo se enfría repentinamente al encontrar una superficie más fría, provocará que el vidrio frío se empañe, que es el mismo principio. En la mayoría de los casos, los ingenieros resuelven este problema sobrediseñando el sistema, dijo Varanasi: use una tubería mucho más grande de lo necesario, por ejemplo, se espera que la contaminación cause un bloqueo parcial, o una superficie mayor, en este caso el intercambiador de calor. bajo. Subramanyam señala que este problema no es nuevo: “Los utensilios de cocina antiguos tienen este tipo de acumulación”, afirmó. "Aún no tenemos una buena solución". Aunque aún no se ha probado a escala industrial, el nuevo método desarrollado por el equipo del MIT puede tener un impacto significativo en la velocidad de formación de incrustaciones y, en muchos casos, puede impedirla por completo. Su método parece simple: nanotexturizar eficazmente la superficie y rellenar la textura resultante con un lubricante. La textura depende principalmente del tamaño de las protuberancias y surcos producidos; la forma precisa no parece importar. Por lo tanto, se pueden utilizar diversas técnicas para crear esta textura, incluida la aplicación de un revestimiento texturizado sobre la superficie o el grabado químico en su lugar. Los investigadores también describieron un proceso para seleccionar un lubricante adecuado que no solo aumenta la barrera de energía formada por las incrustaciones, sino que también se extiende a los sólidos texturizados, haciendo que la superficie sea "suave" y reduciendo la nucleación que puede usarse para la formación de incrustaciones. Sitio. Los intentos anteriores de prevenir o reducir la formación de incrustaciones generalmente implican agregar un recubrimiento (como teflón) a la superficie para evitar que los minerales se unan a ella. Varanasi explicó que el problema de este método es que estos revestimientos se desgastan, del mismo modo que los revestimientos de las sartenes antiadherentes suelen degradarse con el uso. Dijo que incluso si hay un pequeño agujero en el recubrimiento, proporciona un lugar para que comiencen a formarse incrustaciones. Usando el nuevo método, una vez que se forma la nanotextura en la superficie, se aplica aceite u otro fluido lubricante a la superficie. Varanasi dijo que pequeños surcos a nanoescala capturan este líquido y lo mantienen firmemente en su lugar mediante la acción capilar. A diferencia de los recubrimientos antiadherentes sólidos, el líquido puede fluir para llenar los huecos, esparcirse sobre la textura de la superficie y, si algo se elimina, se puede reponer continuamente. "Incluso si hay daños mecánicos, el lubricante puede regresar a esa superficie", dijo Subramanyam. "Puede mantener su suavidad durante mucho tiempo". Debido a que esta capa lubricante es muy delgada (solo unos pocos cientos de nanómetros de espesor), solo requiere una pequeña cantidad de lubricante para proteger una superficie durante décadas. Varanasi dijo que un depósito construido en una sección de la tubería puede proporcionar lubricación durante toda la vida útil del equipo. En el caso de los oleoductos, “el lubricante ya existe”, el aceite capturado por la textura de la superficie puede proteger la superficie del oleoducto. Jurgen Rühe, jefe del Laboratorio de Química y Física de Interfaces de la Universidad de Friburgo, no participó en el estudio y afirmó que representa "descubrimientos muy importantes y avances científicos importantes". Calificó el método del equipo para reducir la formación de incrustaciones como "nuevo y creativo" y dijo que "puede tener un impacto potencial en todas las áreas donde se calienta el agua y se genera vapor". Los investigadores dijeron que después de más pruebas de laboratorio para determinar lo mejor para una aplicación particular después de los métodos de lubricante y texturizado, el sistema puede estar listo para su aplicación comercial en solo tres años. Este trabajo fue apoyado por la Iniciativa Energética del MIT.
Hora de publicación: 08-dic-2021
