Uma estrutura aberta de fio de cobre em torno de um tubo foi usada no laboratório para medir a eficácia de um campo elétrico em puxar as gotas da superfície do condensador. Em combinação com um tipo particular de superfície superhidrofóbica, o novo sistema pode quase dobrar a eficiência do processo de resfriamento, os pesquisadores descobriram.
Pesquisadores do MIT acompanharam sua descoberta de que as gotas de água adquirem uma carga elétrica ao saltar de certas superfícies de condensador, descobrindo uma maneira de fazer uso desse efeito:eles descobriram que, ao aplicar um campo elétrico ao sistema, as gotas "saltam" mais rapidamente para longe da superfície. Desta maneira, a eficiência da transferência de calor dessa superfície pode ser quase duplicada.
O trabalho é relatado no jornal ACS Nano pelo pós-doutorado do MIT Nenad Miljkovic, professora associada de engenharia mecânica Evelyn Wang, estudante de graduação Daniel Preston, e o ex-pós-doutorado Ryan Enright.
A descoberta pode ter várias aplicações, Miljkovic sugere, inclusive na prevenção do acúmulo de gelo nas bobinas de condensação do refrigerador e na melhoria do resfriamento de chips de computador de alto desempenho.
Miljkovic e seus colegas de trabalho haviam encontrado originalmente, no início deste ano, que um tipo particular de nanopadronização das superfícies do condensador - produzindo uma superfície super-hidrofóbica - poderia fazer com que pares de gotículas saltassem dessas superfícies por causa da energia liberada quando se aglutinam. Esse fenômeno sozinho poderia produzir uma melhoria de 30 por cento na eficiência da transferência de calor das superfícies do condensador, eles encontraram. Então, em uma descoberta fortuita, eles notaram que essas gotículas adquiriram espontaneamente uma carga elétrica positiva ao saltarem.
Aproveitando essa descoberta, os pesquisadores descobriram agora que aterrar a superfície do condensador e aplicar uma voltagem negativa a um tubo de malha de arame em torno dele atrai gotículas que saltam da superfície e em direção à malha - evitando um empurrão de volta para a superfície pela pressão do vapor de água circundante. Esse fenômeno é "um dos gargalos" para melhorar a eficiência da transferência de calor, Miljkovic diz.
Por causa dessa entrada de vapor, ele diz, "nem todas as gotículas saltam e escapam da superfície:algumas voltam, e isso pode reduzir o desempenho. "O retorno das gotas pode fazer com que a água se acumule na superfície, e reduzem a transferência de calor e levam ao acúmulo de gelo em condições de congelamento. Mas o campo elétrico aplicado pode reduzir drasticamente esses problemas, Miljkovic diz.
Juntos, a superfície padronizada e o campo elétrico aplicado podem levar a quase o dobro da eficiência de transferência de calor em relação às melhores superfícies de condensador de hoje, Miljkovic diz. Ele chama o novo processo de "condensação aprimorada por campo elétrico".
Este efeito pode levar a uma diminuição na energia e manutenção necessária para operar unidades de refrigeração comercial, como aqueles usados por supermercados, ele diz, evitando o acúmulo de gelo nas serpentinas do condensador. Algumas empresas que fabricam esses equipamentos já demonstraram interesse pela tecnologia, Miljkovic diz.
O sistema também pode melhorar a eficiência de sistemas avançados de resfriamento baseados em condensação, como as câmaras de vapor e tubos de calor usados em alguns chips de microprocessador avançado, onde o acúmulo de água na superfície de condensação interfere na transferência de calor.
Miljkovic sugere que simplesmente aplicar uma carga positiva à nanoestrutura abaixo do revestimento hidrofóbico na superfície superhidrofóbica, removendo a malha carregada negativamente, e aterrar eletricamente o invólucro do condensador pode fornecer o mesmo efeito ao repelir as gotículas. Isso poderia fornecer um sistema mais simples, e um que seria mais fácil de adicionar aos projetos de condensadores existentes.
Embora os testes de laboratório usados para esta pesquisa envolvam escalabilidade, tubulação e malha de cobre nanoestruturada, Miljkovic enfatiza que os efeitos são independentes dos materiais usados:Por exemplo, tubos de alumínio mais baratos com nanoestruturação adequada também funcionam.
Além de melhorar a transferência de calor, o processo também pode ser usado para melhorar o desempenho de superfícies de autolimpeza com base em gotas que saltam, Miljkovic diz:À medida que as gotas saltam de uma superfície, qualquer poeira ou partículas de sujeira nessa superfície tendem a ser carregadas com eles. Quanto mais completamente as gotas são removidas, mais limpa a superfície.
Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.
