Você pode ter visto isso em utensílios de cozinha ou em canos de água antigos: água dura e rica em minerais deixará depósitos escamosos com o tempo. Ocorre não apenas em tubulações e utensílios de cozinha domésticos, mas também em tubulações e válvulas que transportam petróleo e gás natural, e em tubulações que transportam água de resfriamento em usinas de energia. É sabido que a incrustação pode causar ineficiência, tempo de inatividade e problemas de manutenção. Na indústria do petróleo e do gás, a escala leva por vezes ao encerramento total dos poços em operação, pelo menos temporariamente. Portanto, resolver este problema pode trazer enormes recompensas. Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT apresentou uma solução potencial para esse problema enorme, mas pouco conhecido. Eles descobriram que um novo tratamento de superfície – incluindo nanotexturização da superfície e, em seguida, aplicação de fluido lubrificante – pode reduzir a taxa de formação de incrustações em pelo menos dez vezes. Esta semana, os resultados da pesquisa foram publicados no Journal of Advanced Materials Interface. O artigo foi escrito pelo estudante de graduação Srinivas Subramanyam, pela pós-doutoranda Gisele Azimi e por Kripa Varanasi, professor associado de utilização marítima no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT. “Você pode ver [escala] em quase qualquer lugar”, disse Varanasi. Em casa, estes depósitos são sobretudo um incómodo, mas na indústria podem levar à “redução da produtividade, e o método de remoção [dos mesmos] pode ser prejudicial ao ambiente”, geralmente envolvendo a utilização de produtos químicos agressivos. Em usinas de energia e usinas de dessalinização, a incrustação pode causar perdas significativas de eficiência porque atua como uma barreira térmica e afeta o resfriamento ou a condensação no trocador de calor. O problema surge porque a água geralmente contém muitos sais e minerais dissolvidos. A capacidade da água de dissolver essas substâncias depende da solubilidade; portanto, se a água esfriar ou evaporar, a solução pode ficar supersaturada: ela contém mais substâncias dissolvidas do que pode reter, então algumas substâncias começam a precipitar. Quando o ar quente e úmido esfria repentinamente ao encontrar uma superfície mais fria, causará embaçamento no vidro frio, que segue o mesmo princípio. Na maioria dos casos, os engenheiros resolvem este problema projetando demais o sistema, disse Varanasi: Use um tubo muito maior do que o necessário, por exemplo, espera-se que a incrustação cause bloqueio parcial, ou uma área de superfície maior, neste caso Trocador de calor sob. Subramanyam ressalta que esse problema não é novo: “Os utensílios de cozinha antigos têm esse tipo de acúmulo”, disse ele. “Ainda não temos uma boa solução.” Embora ainda não tenha sido comprovado em escala industrial, o novo método desenvolvido pela equipe do MIT pode ter um impacto significativo na velocidade de formação de incrustações e, em muitos casos, pode evitá-la completamente. Seu método parece simples: nanotexturar efetivamente a superfície e preencher a textura resultante com um lubrificante. A textura depende principalmente do tamanho das saliências e sulcos produzidos; a forma precisa não parece importar. Portanto, uma variedade de técnicas pode ser usada para criar essa textura, incluindo a aplicação de um revestimento texturizado na superfície ou a gravação química no local. Os pesquisadores também descreveram um processo para selecionar um lubrificante adequado que não apenas aumente a barreira de energia formada pela incrustação, mas também se espalhe para sólidos texturizados, tornando a superfície “lisa” e reduzindo a nucleação que pode ser usada para a formação de incrustações. Site. Tentativas anteriores de prevenir ou reduzir a formação de incrustações geralmente envolvem a adição de um revestimento (como Teflon) à superfície para evitar que os minerais se liguem a ela. Varanasi explicou que o problema desse método é que esses revestimentos se desgastam, assim como os revestimentos das frigideiras antiaderentes costumam se degradar com o uso. Ele disse que mesmo que haja um pequeno furo no revestimento, ele fornece um local para a formação de incrustações. Usando o novo método, uma vez formada a nanotextura na superfície, óleo ou outro fluido lubrificante é aplicado na superfície. Varanasi disse que pequenas ranhuras em escala nanométrica capturam esse líquido e o mantêm firmemente no lugar por meio de ação capilar. Ao contrário dos revestimentos antiaderentes sólidos, o líquido pode fluir para preencher quaisquer lacunas, espalhar-se na textura da superfície e, se parte for removida, pode ser reabastecido continuamente. “Mesmo que haja danos mecânicos, o lubrificante pode retornar a essa superfície”, disse Subramanyam. “Ele pode manter sua suavidade por muito tempo.” Como esta camada lubrificante é muito fina – apenas algumas centenas de nanômetros de espessura – ela requer apenas uma pequena quantidade de lubrificante para proteger uma superfície durante décadas. Varanasi disse que um reservatório construído em um trecho do gasoduto pode fornecer lubrificação durante toda a vida útil do equipamento. No caso de oleodutos, “o lubrificante já existe”, o óleo capturado pela textura superficial pode proteger a superfície do oleoduto. Jurgen Rühe, chefe do Laboratório de Química e Física de Interface da Universidade de Freiburg, não esteve envolvido no estudo, dizendo que representa “descobertas muito importantes e avanços científicos importantes”. Ele chamou o método da equipe para reduzir a formação de incrustações de “novo e criativo” e disse que “pode ter um impacto potencial em todas as áreas onde a água é aquecida e o vapor é gerado”. Os pesquisadores disseram que, após mais testes de laboratório para determinar o melhor para uma aplicação específica. Após os métodos de lubrificação e texturização, o sistema pode estar pronto para aplicação comercial em apenas três anos. Este trabalho foi apoiado pela Iniciativa de Energia do MIT.
Horário da postagem: 08 de dezembro de 2021
