Poate că l-ați văzut în vasele de bucătărie sau în conductele vechi de apă: apa tare, bogată în minerale, va lăsa depuneri solzoase în timp. Apare nu numai în țevi și ustensile de gătit de acasă, ci și în țevi și supape care transportă petrol și gaze naturale și țevi care transportă apa de răcire în centralele electrice. Este bine cunoscut faptul că scara poate cauza ineficiență, timpi de nefuncționare și probleme de întreținere. În industria petrolului și gazelor, scara duce uneori la închiderea completă a puțurilor în exploatare, cel puțin temporar. Prin urmare, rezolvarea acestei probleme poate aduce recompense uriașe. Acum, o echipă de cercetători MIT a venit cu o soluție potențială la această problemă uriașă, dar puțin cunoscută. Ei au descoperit că un nou tratament de suprafață - inclusiv nano-texturarea suprafeței și apoi aplicarea unui fluid lubrifiant - poate reduce rata de formare a calcarului de cel puțin zece ori. Săptămâna aceasta, rezultatele cercetării au fost publicate în Journal of Advanced Materials Interface. Lucrarea a fost scrisă de studentul absolvent Srinivas Subramanyam, coleg postdoctoral Gisele Azimi, și Kripa Varanasi, profesor asociat de utilizare marine în cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică al MIT. „Puteți vedea [scale] aproape oriunde”, a spus Varanasi. În casă, aceste depozite sunt în mare parte o supărare, dar în industrie, ele pot duce la „reducerea productivității, iar metoda de îndepărtare a [le] poate fi dăunătoare mediului”, implicând de obicei utilizarea de substanțe chimice dure. În centralele electrice și centralele de desalinizare, calcarul poate provoca pierderi semnificative de eficiență deoarece acționează ca o barieră termică și afectează răcirea sau condensul în schimbătorul de căldură. Problema apare deoarece apa conține de obicei o mulțime de săruri și minerale dizolvate. Capacitatea apei de a dizolva aceste substanțe depinde de solubilitate, așa că dacă apa se răcește sau se evaporă, soluția poate deveni suprasaturată: conține mai multe substanțe dizolvate decât poate reține, astfel încât unele substanțe încep să precipite. Când aerul cald și umed se răcește brusc când întâlnește o suprafață mai rece, va provoca aburire pe sticla rece, care este același principiu. În cele mai multe cazuri, inginerii rezolvă această problemă prin supraproiectarea sistemului, a spus Varanasi: Utilizați o țeavă mult mai mare decât este necesar, de exemplu, este de așteptat ca murdărirea să provoace blocaj parțial sau o suprafață mai mare, în acest caz schimbătorul de căldură. sub. Subramanyam subliniază că această problemă nu este nouă: „Ustensilele antice de gătit au acest tip de acumulare”, a spus el. „Nu avem încă o soluție bună.” Deși nu a fost încă dovedit la scară industrială, noua metodă dezvoltată de echipa MIT poate avea un impact semnificativ asupra vitezei de formare a scalei și, în multe cazuri, o poate împiedica complet. Metoda lor sună simplă: nanotexturarea eficientă a suprafeței și umplerea texturii rezultate cu un lubrifiant. Textura depinde în principal de mărimea denivelărilor și canelurilor produse; forma precisă nu pare să conteze. Prin urmare, o varietate de tehnici pot fi utilizate pentru a crea această textură, inclusiv aplicarea unei acoperiri texturate pe suprafață sau gravarea chimică a acesteia pe loc. Cercetătorii au descris, de asemenea, un proces de selectare a unui lubrifiant adecvat care nu numai că mărește bariera energetică formată de calcar, ci și se răspândește la solidele texturate, făcând suprafața „netedă” și reducând nuclearea care poate fi folosită pentru formarea calcarului. Site. Încercările anterioare de a preveni sau de a reduce formarea calcarului implică de obicei adăugarea unui strat (cum ar fi teflon) pe suprafață pentru a preveni legarea mineralelor de aceasta. Varanasi a explicat că problema acestei metode este că aceste învelișuri se uzează, la fel cum învelișurile de pe tigăile antiaderente se degradează adesea odată cu folosirea. El a spus că, chiar dacă există o mică gaură în acoperire, aceasta oferă un loc pentru ca scara să înceapă să se formeze. Folosind noua metodă, odată ce nano-textura este formată pe suprafață, uleiul sau alt fluid lubrifiant este aplicat pe suprafață. Varanasi a spus că micile șanțuri la scară nanometrică captează acest lichid și îl mențin ferm pe loc prin acțiune capilară. Spre deosebire de acoperirile solide antiaderente, lichidul poate curge pentru a umple orice gol, se poate răspândi pe textura suprafeței, iar dacă unele sunt spălate, poate fi completat continuu. „Chiar dacă există daune mecanice, lubrifiantul se poate întoarce pe acea suprafață”, a spus Subramanyam. „Își poate menține netezimea mult timp.” Deoarece acest strat de lubrifiere este foarte subțire - doar câteva sute de nanometri grosime - necesită doar o cantitate mică de lubrifiant pentru a proteja o suprafață timp de zeci de ani. Varanasi a spus că un rezervor construit într-o secțiune a conductei poate asigura lubrifiere pe toată durata de viață a echipamentului. În cazul conductelor de petrol, „lubrifiantul există deja”, uleiul captat de textura suprafeței poate proteja suprafața conductei. Jurgen Rühe, șeful Laboratorului de Chimie și Fizică a Interfeței de la Universitatea din Freiburg, nu a fost implicat în studiu, spunând că acesta reprezintă „descoperiri foarte importante și progrese științifice importante”. El a numit metoda echipei de a reduce formarea calcarului „nouă și creativă” și a spus că „ar putea avea un impact potențial asupra tuturor zonelor în care apa este încălzită și este generat abur”. Cercetătorii au spus că, după teste suplimentare de laborator pentru a determina cel mai bun pentru o anumită aplicație. După metodele de lubrifiant și texturare, sistemul poate fi gata pentru aplicare comercială în doar trei ani. Această activitate a fost susținută de MIT Energy Initiative.
Ora postării: 08-12-2021
