Cientistas encontraram uma maneira de economizar energia e ferver água com mais eficiência: WebCuriosos
A água ferve muito – seja uma xícara de chá sendo preparada na cozinha ou uma usina geradora de eletricidade. Quaisquer melhorias na eficiência deste processo terão um enorme impacto na quantidade total de energia utilizada diariamente.
Uma dessas melhorias poderia vir com um tratamento recentemente desenvolvido para superfícies envolvidas no aquecimento e na evaporação de água. O tratamento melhora dois parâmetros principais que determinam o processo de ebulição: o coeficiente de transferência de calor (HTC) e o fluxo de calor crítico (CHF).
Na maioria das vezes, há uma compensação entre os dois – à medida que um melhora, o outro piora. Após anos de investigação, o termo de pesquisa por trás da técnica encontrou uma maneira de aprimorar ambos.
“Ambos os parâmetros são importantes, mas aprimorá-los juntos é meio complicado porque eles têm uma compensação intrínseca”, diz o cientista de bioinformática Youngsup Song do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia.
“Se tivermos muitas bolhas na superfície em ebulição, isso significa que a ebulição é muito eficiente, mas se tivermos muitas bolhas na superfície, elas podem coalescer, o que pode formar uma película de vapor sobre a superfície em ebulição.”
Qualquer película de vapor entre a superfície quente e a água introduz resistência, diminuindo a eficiência da transferência de calor e o valor CHF. Para contornar o problema, os pesquisadores desenvolveram três tipos diferentes de modificação de superfície.
Primeiro, uma série de tubos em microescala são adicionados. Esse conjunto de tubos de 10 micrômetros de largura, espaçados cerca de 2 milímetros, controla a formação de bolhas e mantém as bolhas presas às cavidades. Isso evita a formação de uma película de vapor.
Ao mesmo tempo, reduz a concentração de bolhas na superfície, reduzindo a eficiência da ebulição. Para resolver isso, os pesquisadores introduziram um tratamento em escala ainda menor como segunda modificação, adicionando saliências e saliências de apenas nanômetros de tamanho na superfície dos tubos ocos. Isso aumenta a área de superfície disponível e promove as taxas de evaporação.
Por último, as cavidades em microescala foram alojadas no centro de uma série de pilares na superfície do material. Esses pilares aceleram o processo de extração do líquido, adicionando mais área de superfície. Em combinação, a eficiência de ebulição aumenta significativamente.
Acima: Um vídeo lento da configuração dos pesquisadores mostra água fervendo em uma superfície especialmente tratada que causa a formação de bolhas em pontos específicos separados.
Como as nanoestruturas também promovem a evaporação sob as bolhas, e os pilares mantêm um fornecimento constante de líquido para a base da bolha, uma camada de água entre a superfície de ebulição e as bolhas pode ser mantida – aumentando o fluxo máximo de calor.
“Mostrar que podemos controlar a superfície desta forma para obter melhorias é o primeiro passo,” diz a engenheira mecânica Evelyn Wang do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. “Então o próximo passo é pensar em abordagens mais escaláveis”.
“Esses tipos de estruturas que estamos construindo não foram feitos para serem dimensionados em sua forma atual.”
Transformar o trabalho de um laboratório de pequena escala em algo que possa ser usado em indústrias comerciais não será tão simples, mas os pesquisadores estão confiantes de que isso pode ser feito.
Um desafio será encontrar formas de criar as texturas de superfície e as três “camadas” de modificações. A boa notícia é que existem diferentes abordagens que podem ser exploradas, e o procedimento também deve funcionar para diferentes tipos de líquidos.
“Esses tipos de detalhes podem ser alterados e esse pode ser o nosso próximo passo”, diz música.
A pesquisa foi publicada em Materiais Avançados.
