In laboratorio è stata utilizzata una struttura aperta di filo di rame che circonda un tubo per misurare l'efficacia di un campo elettrico nell'allontanare le goccioline dalla superficie del condensatore. In combinazione con un particolare tipo di superficie superidrofoba, il nuovo sistema può quasi raddoppiare l'efficienza del processo di raffreddamento, i ricercatori hanno scoperto.
I ricercatori del MIT hanno seguito la loro scoperta che le goccioline d'acqua acquisiscono una carica elettrica quando saltano da determinate superfici del condensatore trovando un modo per sfruttare tale effetto:hanno scoperto che applicando un campo elettrico al sistema, le goccioline "saltano" più rapidamente lontano dalla superficie. In questo modo, l'efficienza del trasferimento di calore da quella superficie può essere quasi raddoppiata.
Il lavoro è riportato sulla rivista ACS Nano dal postdoc del MIT Nenad Miljkovic, professore associato di ingegneria meccanica Evelyn Wang, studente laureato Daniel Preston, e l'ex postdoc Ryan Enright.
La scoperta potrebbe avere una serie di applicazioni, Miljkovic suggerisce, anche nella prevenzione dell'accumulo di ghiaccio sulle batterie di condensazione dei frigoriferi e nel miglioramento del raffreddamento dei chip per computer ad alte prestazioni.
Miljkovic e i suoi collaboratori avevano originariamente trovato, all'inizio di quest'anno, che un particolare tipo di nanomodellazione delle superfici del condensatore, producendo una superficie superidrofoba, potrebbe causare il salto di coppie di goccioline da quelle superfici a causa dell'energia rilasciata quando si fondono. Questo fenomeno da solo potrebbe produrre un miglioramento del 30% nell'efficienza del trasferimento di calore dalle superfici del condensatore, hanno trovato. Quindi, in una scoperta fortuita, hanno notato che queste goccioline hanno acquisito spontaneamente una carica elettrica positiva mentre saltavano via.
Sfruttando quella scoperta, i ricercatori hanno ora scoperto che la messa a terra della superficie del condensatore e l'applicazione di una tensione negativa a un tubo di rete metallica che lo circonda attira le goccioline che saltano lontano dalla superficie e verso la rete, impedendo una spinta verso la superficie dalla pressione del vapore acqueo circostante. Questo fenomeno è "uno dei colli di bottiglia" per migliorare l'efficienza del trasferimento di calore, dice Miljkovic.
A causa di quel trascinamento di vapore, lui dice, "non tutte le goccioline saltano via e sfuggono alla superficie:alcune tornano indietro, e questo può ridurre le prestazioni." Il ritorno delle goccioline può causare l'accumulo di acqua sulla superficie, e ridurre il trasferimento di calore e portare all'accumulo di ghiaccio in condizioni di congelamento. Ma il campo elettrico applicato può ridurre drasticamente questi problemi, dice Miljkovic.
Insieme, la superficie modellata e il campo elettrico applicato possono portare a quasi un raddoppio dell'efficienza di trasferimento del calore rispetto alle migliori superfici del condensatore di oggi, dice Miljkovic. Egli chiama il nuovo processo "condensazione potenziata dal campo elettrico".
Questo effetto potrebbe portare a una diminuzione dell'energia e della manutenzione necessarie per far funzionare le unità di refrigerazione commerciale, come quelli usati dai supermercati, lui dice, prevenendo l'accumulo di ghiaccio sulle batterie del condensatore. Alcune aziende che producono tali apparecchiature hanno già mostrato interesse per la tecnologia, dice Miljkovic.
Il sistema potrebbe anche migliorare l'efficienza dei sistemi di raffreddamento avanzati basati sulla condensazione, come le camere di vapore e i tubi di calore utilizzati in alcuni chip di microprocessori avanzati, dove un accumulo di acqua sulla superficie di condensazione interferisce con il trasferimento di calore.
Miljkovic suggerisce che semplicemente applicando una carica positiva alla nanostruttura sotto il rivestimento idrofobo sulla superficie superidrofoba, rimuovendo la maglia caricata negativamente, e la messa a terra elettrica dell'involucro del condensatore potrebbe fornire lo stesso effetto respingendo le goccioline. Questo potrebbe fornire un sistema più semplice, e uno che sarebbe più facile da aggiungere ai progetti di condensatori esistenti.
Mentre i test di laboratorio utilizzati per questa ricerca hanno coinvolto scalabili, tubi e reti in rame nanostrutturati, Miljkovic sottolinea che gli effetti sono indipendenti dai materiali utilizzati:ad esempio, Andranno bene anche tubi in alluminio meno costosi con un'adeguata nanostrutturazione.
Oltre a migliorare il trasferimento di calore, il processo potrebbe essere utilizzato anche per migliorare le prestazioni di superfici autopulenti basate su gocce che saltano, Miljkovic dice:Quando le gocce rimbalzano via da una superficie, eventuali particelle di polvere o sporco su quella superficie tendono ad essere portate via con esse. Più accuratamente vengono rimosse le goccioline, più pulita è la superficie.
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.
