Anda mungkin pernah melihatnya di peralatan masak dapur atau pipa air tua: air sadah yang kaya mineral akan meninggalkan endapan bersisik seiring waktu. Hal ini tidak hanya terjadi pada pipa dan peralatan memasak di rumah, tetapi juga pada pipa dan katup yang mengalirkan minyak dan gas alam, serta pipa yang mengalirkan air pendingin pada pembangkit listrik. Diketahui bahwa skala dapat menyebabkan masalah inefisiensi, waktu henti, dan pemeliharaan. Dalam industri minyak dan gas, kerak terkadang menyebabkan penutupan total sumur yang beroperasi, setidaknya untuk sementara. Oleh karena itu, penyelesaian masalah ini dapat membawa manfaat yang besar. Kini, tim peneliti MIT telah menemukan solusi potensial untuk masalah besar namun kurang diketahui ini. Mereka menemukan bahwa perawatan permukaan baru—termasuk pembuatan tekstur nano pada permukaan dan kemudian pemberian cairan pelumas—dapat mengurangi laju pembentukan kerak setidaknya sepuluh kali lipat. Minggu ini, hasil penelitiannya dipublikasikan di Journal of Advanced Materials Interface. Makalah ini ditulis oleh mahasiswa pascasarjana Srinivas Subramanyam, rekan pascadoktoral Gisele Azimi, dan Kripa Varanasi, profesor pemanfaatan kelautan di Departemen Teknik Mesin di MIT. “Anda dapat melihat [skala] hampir di mana saja,” kata Varanasi. Di rumah, endapan ini umumnya mengganggu, namun di industri, endapan ini dapat menyebabkan “penurunan produktivitas, dan cara menghilangkannya mungkin berbahaya bagi lingkungan”, yang biasanya melibatkan penggunaan bahan kimia keras. Di pembangkit listrik dan pabrik desalinasi, kerak dapat menyebabkan hilangnya efisiensi yang signifikan karena bertindak sebagai penghalang termal dan mempengaruhi pendinginan atau kondensasi pada penukar panas. Masalah muncul karena air biasanya banyak mengandung garam dan mineral terlarut. Kemampuan air untuk melarutkan zat-zat ini bergantung pada kelarutannya, jadi jika air mendingin atau menguap, larutan akan menjadi terlalu jenuh: larutan tersebut mengandung lebih banyak zat terlarut daripada yang dapat ditampungnya, sehingga beberapa zat mulai mengendap. Jika udara hangat dan lembab tiba-tiba mendingin saat bertemu dengan permukaan yang lebih dingin, maka akan menyebabkan kabut pada kaca yang dingin, prinsipnya sama. Dalam kebanyakan kasus, para insinyur memecahkan masalah ini dengan mendesain sistem secara berlebihan, Varanasi berkata: Gunakan pipa yang jauh lebih besar dari yang dibutuhkan, misalnya, pengotoran diperkirakan akan menyebabkan penyumbatan sebagian, atau luas permukaan yang lebih besar, dalam hal ini Penukar panas di bawah. Subramanyam menekankan bahwa masalah ini bukanlah hal baru: “Peralatan masak kuno memiliki penumpukan seperti ini,” katanya. “Kami belum memiliki solusi yang baik.” Meskipun belum terbukti pada skala industri, metode baru yang dikembangkan oleh tim MIT mungkin memiliki dampak yang signifikan terhadap kecepatan pembentukan kerak, dan dalam banyak kasus mungkin mencegah hal tersebut sepenuhnya. Metode mereka terdengar sederhana: membuat tekstur nano pada permukaan secara efektif dan mengisi tekstur yang dihasilkan dengan pelumas. Teksturnya terutama bergantung pada ukuran tonjolan dan lekukan yang dihasilkan; bentuk persisnya sepertinya tidak menjadi masalah. Oleh karena itu, berbagai teknik dapat digunakan untuk membuat tekstur ini-termasuk mengaplikasikan lapisan bertekstur pada permukaan atau mengetsanya secara kimia pada tempatnya. Para peneliti juga menjelaskan proses pemilihan pelumas yang sesuai yang tidak hanya meningkatkan penghalang energi yang dibentuk oleh kerak, namun juga menyebar ke padatan bertekstur, menjadikan permukaan “halus” dan mengurangi nukleasi yang dapat digunakan untuk pembentukan kerak. Lokasi. Upaya sebelumnya untuk mencegah atau mengurangi pembentukan kerak biasanya melibatkan penambahan lapisan (seperti Teflon) pada permukaan untuk mencegah mineral mengikatnya. Varanasi menjelaskan, kendala dari metode ini adalah lapisan tersebut akan aus, seperti halnya lapisan pada wajan anti lengket yang sering rusak seiring penggunaan. Dia mengatakan, meskipun ada lubang kecil di lapisan tersebut, hal itu tetap menjadi tempat mulai terbentuknya kerak. Dengan menggunakan metode baru, setelah tekstur nano terbentuk di permukaan, minyak atau cairan pelumas lainnya dioleskan ke permukaan. Varanasi mengatakan bahwa alur kecil berskala nano menangkap cairan ini dan menahannya dengan kuat di tempatnya melalui aksi kapiler. Berbeda dengan lapisan anti lengket padat, cairan dapat mengalir mengisi celah apa pun, menyebar pada tekstur permukaan, dan jika ada yang tersapu, dapat diisi ulang secara terus menerus. “Kalaupun ada kerusakan mekanis, pelumas bisa kembali ke permukaan itu,” kata Subramanyam. “Ini dapat mempertahankan kehalusannya untuk waktu yang lama.” Karena lapisan pelumas ini sangat tipis—tebalnya hanya beberapa ratus nanometer—hanya memerlukan sedikit pelumas untuk melindungi permukaan selama beberapa dekade. Varanasi mengatakan, reservoir yang dibangun pada suatu bagian pipa dapat memberikan pelumasan sepanjang umur peralatan. Dalam kasus pipa minyak, “pelumas sudah ada”, minyak yang ditangkap oleh tekstur permukaan dapat melindungi permukaan pipa. Jurgen Rühe, kepala Laboratorium Kimia dan Fisika Antarmuka di Universitas Freiburg, tidak terlibat dalam penelitian ini, dengan mengatakan bahwa penelitian ini mewakili “penemuan yang sangat penting dan kemajuan ilmiah yang penting.” Dia menyebut metode tim untuk mengurangi pembentukan kerak “baru dan kreatif” dan mengatakan “hal ini mungkin berdampak potensial pada semua area di mana air dipanaskan dan uap dihasilkan.” Para peneliti mengatakan bahwa setelah pengujian laboratorium lebih lanjut untuk menentukan yang terbaik untuk aplikasi tertentu Setelah metode pelumasan dan tekstur, sistem dapat siap untuk aplikasi komersial hanya dalam tiga tahun. Pekerjaan ini didukung oleh MIT Energy Initiative.
Waktu posting: 08-Des-2021
