Quizais o tivese visto en utensilios de cociña ou antigas tubaxes de auga: a auga dura e rica en minerais deixará depósitos escamosos co paso do tempo. Ocorre non só en tubaxes e utensilios de cociña da casa, senón tamén en tubaxes e válvulas que transportan petróleo e gas natural, e nas canalizacións que transportan auga de refrixeración nas centrais eléctricas. É ben sabido que a escala pode causar ineficiencia, tempo de inactividade e problemas de mantemento. Na industria do petróleo e do gas, a escala ás veces leva ao peche total dos pozos operativos, polo menos temporalmente. Polo tanto, resolver este problema pode traer grandes recompensas. Agora, un equipo de investigadores do MIT deu unha solución potencial a este problema enorme pero pouco coñecido. Descubriron que un novo tratamento de superficie, que inclúe a nanotexturación da superficie e despois a aplicación de fluído lubricante, pode reducir a taxa de formación de incrustacións polo menos dez veces. Esta semana, os resultados da investigación publicáronse no Journal of Advanced Materials Interface. O traballo foi escrito polo estudante de posgrao Srinivas Subramanyam, a compañeira posdoutoral Gisele Azimi e Kripa Varanasi, profesora asociada de utilización mariña no Departamento de Enxeñaría Mecánica do MIT. "Podes ver [a escala] case en calquera lugar", dixo Varanasi. No fogar, estes depósitos son na súa maioría unha molestia, pero na industria, poden levar a "redución da produtividade e o método de eliminalos pode ser prexudicial para o medio ambiente", que normalmente implica o uso de produtos químicos agresivos. Nas centrais eléctricas e desalinizadoras, a incrustación pode provocar importantes perdas de eficiencia porque actúa como barreira térmica e afecta á refrigeración ou á condensación no intercambiador de calor. O problema xorde porque a auga adoita conter moitos sales e minerais disoltos. A capacidade da auga para disolver estas substancias depende da solubilidade, polo que se a auga se arrefría ou se evapora, a solución pode sobresaturarse: contén máis substancias disoltas das que pode conter, polo que algunhas substancias comezan a precipitarse. Cando o aire cálido e húmido se arrefríe de súpeto cando se atopa cunha superficie máis fría, provocará o empañamento no vidro frío, que é o mesmo principio. Na maioría dos casos, os enxeñeiros resolven este problema deseñando excesivamente o sistema, dixo Varanasi: Use un tubo moito máis grande do necesario, por exemplo, espérase que o ensuciamento cause un bloqueo parcial ou unha superficie maior, neste caso o intercambiador de calor. baixo. Subramanyam sinala que este problema non é novo: "Os utensilios de cociña antigos teñen este tipo de acumulación", dixo. "Aínda non temos unha boa solución". Aínda que aínda está por probar a escala industrial, o novo método desenvolvido polo equipo do MIT pode ter un impacto significativo na velocidade de formación da escala, e en moitos casos pode impedilo por completo. O seu método parece sinxelo: nanotexturar eficazmente a superficie e encher a textura resultante cun lubricante. A textura depende principalmente do tamaño dos golpes e sucos producidos; a forma precisa non parece importar. Polo tanto, pódense usar unha variedade de técnicas para crear esta textura, incluíndo aplicar un revestimento texturizado na superficie ou gravalo químicamente no seu lugar. Os investigadores tamén describiron un proceso para seleccionar un lubricante axeitado que non só aumenta a barreira enerxética formada pola incrustación, senón que tamén se estende a sólidos texturados, facendo que a superficie sexa "lisa" e reducindo a nucleación que se pode utilizar para a formación de incrustacións. Sitio. Os intentos anteriores de previr ou reducir a formación de incrustacións normalmente implican engadir un revestimento (como o teflón) á superficie para evitar que os minerais se unan a ela. Varanasi explicou que o problema con este método é que estes revestimentos se desgastan, do mesmo xeito que os revestimentos das tixolas antiadherentes adoitan degradarse co uso. Dixo que aínda que haxa un pequeno burato no revestimento, proporciona un lugar para que comece a formarse a escala. Usando o novo método, unha vez que se forma a nanotextura na superficie, aplícase aceite ou outro fluído lubricante á superficie. Varanasi dixo que pequenas ranuras a nanoescala capturan este líquido e manteñeno firmemente no seu lugar mediante a acción capilar. A diferenza dos revestimentos antiadherentes sólidos, o líquido pode fluír para encher calquera oco, estenderse na textura da superficie e, se algún é lavado, pódese repoñer continuamente. "Aínda que haxa danos mecánicos, o lubricante pode volver a esa superficie", dixo Subramanyam. "Pode manter a sua suavidade durante moito tempo". Debido a que esta capa lubricante é moi delgada (só uns centos de nanómetros de espesor), só require unha pequena cantidade de lubricante para protexer unha superficie durante décadas. Varanasi dixo que un depósito construído nunha sección da canalización pode proporcionar lubricación durante toda a vida útil do equipo. No caso dos oleodutos, o "lubricante xa existe", o aceite capturado pola textura superficial pode protexer a superficie do oleoduto. Jurgen Rühe, xefe do Laboratorio de Química e Física de Interfaces da Universidade de Friburgo, non participou no estudo, dicindo que representa "descubrimentos moi importantes e avances científicos importantes". Chamou o método do equipo para reducir a formación de escamas como "novo e creativo" e dixo que "pode ter un impacto potencial en todas as áreas onde se quenta auga e se xera vapor". Os investigadores dixeron que despois de probas de laboratorio para determinar o mellor para unha aplicación particular Despois dos métodos de lubricante e texturado, o sistema pode estar listo para a súa aplicación comercial en só tres anos. Este traballo foi apoiado pola MIT Energy Initiative.
Hora de publicación: Dec-08-2021
