Bunu mutfak tencerelerinde veya eski su borularında görmüş olabilirsiniz: sert, mineral bakımından zengin su, zamanla pullu tortular bırakacaktır. Sadece evdeki boru ve mutfak aletlerinde değil, petrol ve doğalgaz taşıyan boru ve vanalarda, enerji santrallerinde soğutma suyu taşıyan borularda da meydana geliyor. Ölçeğin verimsizliğe, arıza süresine ve bakım sorunlarına neden olabileceği iyi bilinmektedir. Petrol ve gaz endüstrisinde kireçlenme bazen, en azından geçici olarak, çalışan kuyuların tamamen kapanmasına neden olur. Dolayısıyla bu sorunu çözmek büyük ödüller getirebilir. Şimdi MIT araştırmacılarından oluşan bir ekip, bu büyük ama az bilinen soruna potansiyel bir çözüm buldu. Yüzeyin nano dokulu hale getirilmesi ve ardından yağlama sıvısının uygulanmasını içeren yeni bir yüzey işleminin, kireç oluşum oranını en az on kat azaltabildiğini buldular. Bu hafta araştırmanın sonuçları Journal of Advanced Materials Interface dergisinde yayınlandı. Makale, yüksek lisans öğrencisi Srinivas Subramanyam, doktora sonrası araştırmacı Gisele Azimi ve MIT Makine Mühendisliği Bölümü'nde deniz kullanımı alanında doçent olan Kripa Varanasi tarafından yazılmıştır. Varanasi, "Neredeyse her yerde [ölçeği] görebilirsiniz" dedi. Evlerde bu birikintiler çoğunlukla sıkıntı yaratır ancak sanayide genellikle sert kimyasalların kullanımını içeren "verimliliğin azalmasına ve bunların ortadan kaldırılması yöntemi çevreye zararlı olabilir". Enerji santrallerinde ve tuzdan arındırma tesislerinde kireç önemli verimlilik kayıplarına neden olabilir çünkü termal bir bariyer görevi görür ve ısı eşanjöründeki soğutmayı veya yoğuşmayı etkiler. Sorun, suyun genellikle çok fazla çözünmüş tuz ve mineral içermesi nedeniyle ortaya çıkar. Suyun bu maddeleri çözme yeteneği çözünürlüğe bağlıdır, bu nedenle su soğursa veya buharlaşırsa çözelti aşırı doygun hale gelebilir: tutabileceğinden daha fazla çözünmüş madde içerir, bu nedenle bazı maddeler çökelmeye başlar. Sıcak ve nemli hava, daha soğuk bir yüzeyle karşılaştığında aniden soğuduğunda, aynı prensipte olduğu gibi, soğuk cam üzerinde buğulanma meydana gelecektir. Varanasi, çoğu durumda mühendislerin bu sorunu sistemi aşırı tasarlayarak çözdüğünü söyledi: Gerekenden çok daha büyük bir boru kullanın, örneğin kirlenmenin kısmi tıkanmaya veya daha büyük bir yüzey alanına neden olması beklenir, bu durumda Isı eşanjörü altında. Subramanyam, bu sorunun yeni olmadığına dikkat çekiyor: "Eski mutfak aletlerinde bu tür birikimler var" dedi. "Henüz iyi bir çözümümüz yok." Endüstriyel ölçekte henüz kanıtlanmış olmasa da, MIT ekibinin geliştirdiği yeni yöntem, kireç oluşumunun hızı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir ve çoğu durumda bunu tamamen engelleyebilir. Yöntemleri kulağa basit geliyor: Yüzeyi etkili bir şekilde nano dokuya kavuşturmak ve ortaya çıkan dokuyu bir yağlayıcıyla doldurmak. Doku esas olarak oluşan tümseklerin ve olukların boyutuna bağlıdır; kesin şeklin bir önemi yok gibi görünüyor. Bu nedenle, bu dokuyu oluşturmak için yüzeye dokulu bir kaplama uygulamak veya kimyasal olarak yerine kazımak dahil olmak üzere çeşitli teknikler kullanılabilir. Araştırmacılar ayrıca, yalnızca kireç tarafından oluşturulan enerji bariyerini arttırmakla kalmayıp, aynı zamanda dokulu katılara da yayılarak yüzeyi "pürüzsüz" hale getiren ve kireç oluşumu için kullanılabilecek çekirdeklenmeyi azaltan uygun bir yağlayıcının seçilmesine yönelik bir süreç tanımladılar. Alan. Kireç oluşumunu önlemeye veya azaltmaya yönelik önceki girişimler genellikle minerallerin yüzeye bağlanmasını önlemek için yüzeye bir kaplama (Teflon gibi) eklemeyi içeriyordu. Varanasi, bu yöntemle ilgili sorunun, yapışmaz kızartma tavalarındaki kaplamaların sıklıkla kullanımla birlikte bozulması gibi, bu kaplamaların yıpranması olduğunu açıkladı. Kaplamada küçük bir delik olsa bile bunun kireç oluşmaya başlaması için yer sağladığını söyledi. Yeni yöntem kullanılarak, yüzeyde nano doku oluşturulduktan sonra yüzeye yağ veya başka bir yağlama sıvısı uygulanıyor. Varanasi, nano ölçekli küçük olukların bu sıvıyı yakaladığını ve kılcal hareket yoluyla onu sıkıca yerinde tuttuğunu söyledi. Katı yapışmaz kaplamalardan farklı olarak sıvı, herhangi bir boşluğu dolduracak şekilde akabilir, yüzey dokusuna yayılabilir ve bir kısmı yıkanırsa sürekli olarak yenilenebilir. Subramanyam, "Mekanik hasar olsa bile yağlayıcı o yüzeye geri dönebilir" dedi. “Uzun süre pürüzsüzlüğünü koruyabilir.” Bu yağlayıcı tabaka çok ince (sadece birkaç yüz nanometre kalınlığında) olduğundan, bir yüzeyi onlarca yıl korumak için yalnızca az miktarda yağlayıcıya ihtiyaç duyulur. Varanasi, boru hattının bir bölümüne inşa edilen bir rezervuarın, ekipmanın ömrü boyunca yağlama sağlayabileceğini söyledi. Petrol boru hatlarında “yağlayıcı zaten mevcuttur”, yüzey dokusu tarafından yakalanan yağ boru hattının yüzeyini koruyabilir. Freiburg Üniversitesi Arayüz Kimyası ve Fiziği Laboratuvarı başkanı Jurgen Rühe, çalışmanın "çok önemli keşifleri ve önemli bilimsel ilerlemeleri" temsil ettiğini söyleyerek araştırmaya katılmadı. Ekibin kireç oluşumunu azaltmaya yönelik yöntemini "yeni ve yaratıcı" olarak nitelendirdi ve "suyun ısıtıldığı ve buharın üretildiği tüm alanlar üzerinde potansiyel bir etkisi olabileceğini" söyledi. Araştırmacılar, belirli bir uygulama için en iyi olanı belirlemek amacıyla yapılan laboratuvar testlerinin ardından, yağlayıcı ve dokulandırma yöntemlerinden sonra sistemin yalnızca üç yıl içinde ticari uygulamaya hazır hale gelebileceğini söyledi. Bu çalışma MIT Enerji Girişimi tarafından desteklenmiştir.
Gönderim zamanı: 08 Aralık 2021
