Ciência inventa uma maneira melhor de ferver água

O Steam é uma parte essencial de nossos sistemas de energia - e agora é muito mais fácil para nós obtê-lo.

Ciência inventa uma maneira melhor de ferver água

Às vezes, o objetivo de ferver água não é obter água quente. Você pode fervê-lo para criar vapor, digamos, para girar uma turbina e gerar energia. Muito calor pode ser desperdiçado fazendo essa fervura. Mas um novo método para aquecer água pode mudar isso.



Ao ajustar a criação e liberação de bolhas em água fervente, mais vapor é criado e o tamanho dessas bolhas de vapor pode ser controlado com precisão, juntamente com a taxa de sua liberação. Isso também permite que você retire o calor da água com muito mais rapidez, tornando-a um agente de resfriamento muito melhor.

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O novo método, descoberto na Oregon State University e publicado em Natureza , usa nanomateriais para fazer o trabalho. A superfície do recipiente de ebulição é impressa primeiro com pontos de polímero hidrofóbico (repelente de água). Em seguida, um padrão de nanomaterial que atrai água (hidrofílico) é depositado. Este padrão de atração e repulsão permite que a superfície seja configurada para a criação precisa de bolhas em água fervente. O trabalho de impressão das nanopartículas é feito por uma impressora jato de tinta padrão.



Quando a água atinge o ponto de ebulição, não necessariamente se transforma em vapor. Ele precisa de algum tipo de ponto físico - um local de nucleação - para formar uma bolha. Pode ser uma imperfeição ou fenda na superfície do recipiente. É por isso que uma jarra de água limpa e sem arranhões aquecida no micro-ondas pode parecer estar abaixo do ponto de ebulição, mas explodir assim que você movê-la. A água lá é superaquecida além de 212 graus, mas não encontrou nenhum local de nucleação para deixá-la se transformar em vapor. Quando você o perturba, redemoinhos na água podem ser o suficiente para liberar toda a energia reprimida em vapor. Outro exemplo é jogar sal na água fervente do macarrão. De repente, fica turvo porque você apenas jogou um punhado de locais de nucleação ali.

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Ao controlar com precisão a nucleação, o Equipe do estado de Oregon pode escolher como a água ferve. Quanto mais bolhas, mais calor pode escapar, o que é perfeito se a água for um refrigerante. Em qualquer lugar que o calor tenha que ser dissipado rapidamente, esse novo método pode ajudar, desde usinas de energia até lasers de alta potência e alguns tipos de energia solar.

Se seu objetivo é produzir o máximo de vapor possível, talvez em um gerador de turbina, a superfície nanoimpressa também ajuda, permitindo que a água se transforme em vapor com uma temperatura superficial mais baixa, o que, por sua vez, usa menos energia. Nos testes, a nova superfície é três vezes melhor para transformar água em vapor do que uma superfície de aço inoxidável nua.

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Como você pode ver nessas fotos, a técnica é tão precisa que pode ser usada para escrever letras com as bolhas de vapor à medida que se formam. A criação de um trocadilho de impressão envolvendo jatos de bolha e matrizes de pontos será deixada como um exercício para o leitor.

A facilidade de tratamento de materiais, usando impressoras padrão, disponíveis no mercado, pode levar à adoção desse novo método de ebulição em usinas de geração de eletricidade em grande escala e também em pequenos componentes dissipadores de calor dentro de dispositivos eletrônicos. As possibilidades são tão variadas quanto a gama de dispositivos que usam água para resfriar, ou vapor, bem, para cozinhar coisas no vapor. E a melhor coisa sobre essa tecnologia é que ela funciona em cima de outros métodos. Combinado em uma estação de energia com Queimadores de carvão ultra-eficientes da Alemanha , por exemplo, poderia permitir que muito mais eletricidade fosse produzida com a mesma quantidade de carvão.