p Muitas plantas industriais dependem da condensação do vapor de água em placas de metal:Em usinas de energia, a água resultante é então devolvida a uma caldeira para ser vaporizada novamente; em usinas de dessalinização, ela produz um suprimento de água limpa. A eficiência dessas plantas depende crucialmente da facilidade com que as gotas de água podem se formar nessas placas de metal, ou condensadores, e como eles caem facilmente, deixando espaço para mais gotas se formarem. p A chave para melhorar a eficiência de tais plantas é aumentar o coeficiente de transferência de calor dos condensadores - uma medida de quão prontamente o calor pode ser transferido para longe dessas superfícies, explica Nenad Miljkovic, doutoranda em engenharia mecânica no MIT. Como parte da pesquisa de sua tese, ele e seus colegas fizeram exatamente isso:projetar, fazer e testar uma superfície revestida com padrões nanoestruturados que aumentam muito o coeficiente de transferência de calor.

p Os resultados desse trabalho foram publicados na revista Nano Letras , em um artigo de co-autoria de Miljkovic, professor associado de engenharia mecânica Evelyn Wang, e cinco outros pesquisadores do Device Research Lab (DRL) no departamento de engenharia mecânica do MIT.

p Em um típico, condensador de placa plana, o vapor de água se condensa para formar um filme líquido na superfície, reduzindo drasticamente a capacidade do condensador de coletar mais água até que a gravidade drene o filme. “Atua como uma barreira à transferência de calor, "Miljkovic diz. Ele e outros pesquisadores se concentraram em maneiras de encorajar a água a formar gotas que depois caem da superfície, permitindo uma remoção mais rápida da água.

p "A maneira de remover a barreira térmica é remover [as gotas] o mais rápido possível, ", diz ele. Muitos pesquisadores estudaram maneiras de fazer isso criando superfícies hidrofóbicas, seja por tratamento químico ou por padronização de superfície. Mas Miljkovic e seus colegas deram um passo adiante, criando superfícies escaláveis ​​com recursos em nanoescala que mal tocam as gotas.

p O resultado:as gotas não caem apenas da superfície, mas, na verdade, pule para longe disso, aumentando a eficiência do processo. A energia liberada à medida que pequenas gotículas se fundem para formar outras maiores é o suficiente para impulsionar as gotículas para cima a partir da superfície, o que significa que a remoção de gotículas não depende apenas da gravidade.

p Outros pesquisadores trabalharam em superfícies nanopadronizadas para induzir esse salto, mas estes tendem a ser complexos e caros de fabricar, geralmente exigindo um ambiente de sala limpa. Essas abordagens também requerem superfícies planas, não a tubulação ou outras formas frequentemente usadas em condensadores. Finalmente, pesquisas anteriores não testaram a transferência de calor aprimorada prevista para esses tipos de superfícies.

p Em um artigo publicado no início de 2012, os pesquisadores do MIT mostraram que o formato da gota é importante para aumentar a transferência de calor. "Agora, demos um passo adiante, "Miljkovic diz, "desenvolver uma superfície que favoreça esses tipos de gotículas, ao mesmo tempo que é altamente escalonável e fácil de fabricar. Além disso, na verdade, fomos capazes de medir experimentalmente o aprimoramento da transferência de calor. "

p A padronização está feita, Miljkovic diz, usando um processo simples de oxidação úmida diretamente na superfície que pode ser aplicado aos tubos e placas de cobre comumente usados ​​em usinas de energia comerciais.

p O próprio padrão nanoestruturado é feito de óxido de cobre e na verdade se forma no topo do tubo de cobre. O processo produz uma superfície que se assemelha a um leito de minúsculos, folhas pontiagudas projetando-se da superfície; esses pontos em nanoescala minimizam o contato entre as gotículas e a superfície, tornando a liberação mais fácil.

p Não apenas os padrões nanoestruturados podem ser feitos e aplicados em condições de temperatura ambiente, mas o processo de crescimento pára naturalmente. "É uma reação autolimitada, "Miljkovic diz, "se você colocá-lo [na solução de tratamento] por dois minutos ou duas horas."

p Depois que o padrão de folheto é criado, um revestimento hidrofóbico é aplicado quando uma solução de vapor se liga à superfície padronizada sem alterar significativamente sua forma. Os experimentos da equipe mostraram que a eficiência da transferência de calor usando essas superfícies tratadas pode ser aumentada em 30 por cento, em comparação com as melhores superfícies de condensação hidrofóbicas de hoje.

p Que significa, Miljkovic diz, que o processo se presta a retrofit de milhares de usinas já em operação em todo o mundo. A tecnologia também pode ser útil para outros processos onde a transferência de calor é importante, como em desumidificadores e para sistemas de aquecimento e resfriamento para edifícios, dizem os autores.

p Os desafios para esta abordagem permanecem, Miljkovic diz:Se muitas gotas se formarem, eles podem "inundar" a superfície, reduzindo sua capacidade de transferência de calor. "Estamos trabalhando para retardar esse alagamento da superfície e criar soluções mais robustas que podem funcionar bem [sob] todas as condições operacionais, " ele diz.

p A equipe de pesquisa também incluiu os pós-docs Ryan Enright e Youngsuk Nam e os alunos de graduação Ken Lopez, Nicholas Dou e Jean Sack, todo o departamento de engenharia mecânica do MIT.