Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts desenvolveram uma tecnologia para fervura mais eficiente de líquidos. A solução proposta reduzirá os custos de energia em uma ampla gama de produção industrial, além de abrir caminho para uma melhor refrigeração em eletrônicos.
Fonte da imagem: MIT
O processo de ebulição de líquidos é baseado na luta de compromissos entre o fluxo de calor crítico e o coeficiente de transferência de calor. Ao aumentar o primeiro, causamos uma diminuição no segundo e vice-versa. Em particular, ao ferver a água, quanto maior a intensidade de aquecimento, mais ativamente as bolhas de vapor de água se formam na superfície de ebulição. A partir de um certo momento, as bolhas se fundem em um filme contínuo, cuja condutividade térmica é menor que a da água, e isso leva a uma diminuição da intensidade de ebulição e a um gasto excessivo de energia para manter o processo.
Pesquisadores do MIT decidiram melhorar simultaneamente os dois parâmetros sem violar as leis da física. Isso foi feito graças ao desenvolvimento de um revestimento multinível da superfície de ebulição, que eles descreveram na revista Advanced Materials. A ideia principal era evitar que as bolhas de gás se fundissem em um filme contínuo quando o líquido fervesse. Para isso, foram feitas depressões de cerca de 10 μm de diâmetro na superfície de ebulição com um passo de 2 mm. Mas isso não é tudo. Depressões foram feitas nos topos de colunas com diâmetro ligeiramente superior a 20 µm. Os pilares, devido à sua maior área, proporcionaram tanto um melhor aquecimento do líquido quanto um suprimento natural de líquido (circulação) da base para o topo.
A terceira melhoria foi a “texturização” dos topos das colunas com nanoestruturas – cumeeiras e lâminas em escala de dezenas a centenas de nanômetros. Essa textura promove uma evaporação mais rápida, aumentando a superfície de ebulição no ponto de vaporização, o que também remove o vapor mais rapidamente e evita que ele fique estagnado. De fato, sempre há líquido entre as bolhas de vapor e a superfície de ebulição, o que impede que o vapor reduza a transferência de calor entre a fonte de aquecimento e o líquido.
Fonte da imagem: materiais avançados
Os cientistas observam que ainda não é possível criar uma solução simples para uso prático. O processo de criação de uma superfície texturizada para a fervura mais eficiente de líquidos é complexo e requer salas limpas e equipamentos semelhantes aos equipamentos de fabricação de semicondutores. Os pesquisadores apenas comprovaram a viabilidade da ideia e pretendem desenvolver um processo de texturização mais acessível de superfícies de ebulição. A propósito, diferentes líquidos terão suas próprias texturas, pois os coeficientes de tensão para diferentes meios líquidos são diferentes.
Ao mesmo tempo, os cientistas acreditam que a indústria de fabricação de eletrônicos pode se beneficiar da tecnologia proposta agora. Há uma área cada vez menor de chips para dissipar o calor, e aplicar textura em um dissipador de calor ou mesmo diretamente no processador não será tão caro, se você levar em conta a eficiência e os custos gerais dos sistemas de refrigeração.