Un nuovo studio dell'Università delle Hawaii a Mānoa ha prodotto una nuova tecnica che coinvolge il calore che potrebbe aiutare a prevenire incidenti nelle centrali nucleari.

L'ebollizione è solitamente associata al riscaldamento, però, in molte applicazioni industriali associate a componenti estremamente caldi, come le centrali nucleari e la fusione di metalli, l'ebollizione viene utilizzata come meccanismo di raffreddamento efficace. Ciò è dovuto al "calore latente, "il calore assorbito per trasformare l'acqua in vapore, che rimuove un'enorme quantità di calore da una superficie calda.

C'è un limite alla quantità di calore che può essere eliminata attraverso l'ebollizione. Aumentare questo limite di calore tollerabile è importante per molte ragioni, ma soprattutto per la sicurezza.

Sangwoo Shin, un assistente professore di ingegneria meccanica presso il College of Engineering, ha dimostrato un nuovo concetto che supera il limite di calore tollerabile o ciò che è noto come flusso di calore critico (CHF). Dirige un gruppo di ricerca che ha messo a punto un nuovo metodo che ha aumentato il CHF del 10 percento rispetto agli approcci utilizzati in passato.

Secondo Shin, questo è importante perché, se la superficie è estremamente calda, l'acqua vicino alla superficie si trasformerà rapidamente in vapore, senza lasciare liquidi da utilizzare per raffreddare la superficie.

"Il risultato di questo fallimento del raffreddamento porta a una fusione della superficie riscaldata, come testimoniato dal disastro della centrale nucleare di Fukushima nel 2011, " ha spiegato Shin. L'incidente è stato provocato dal terremoto di Tohoku che ha colpito il Giappone orientale, che ha generato uno tsunami e disabilitato i sistemi di alimentazione e raffreddamento dei reattori della centrale. "A questo proposito, sono stati fatti grandi sforzi per aumentare il CHF, " Egli ha detto.

Ad oggi, uno dei modi più efficaci per migliorare il CHF è irruvidire la superficie con nanostrutture, nello specifico, nanofili. L'elevata rugosità superficiale porta ad un aumento del numero di siti in cui si verifica il gorgogliamento, con conseguente aumento di CHF.

Lo studio ha scoperto che il trasferimento di calore bollente era molto più favorevole con un nuovo concetto che prevede il rivestimento della superficie calda utilizzando bimorfi su scala nanometrica, un pezzo di metallo lungo che può piegarsi se esposto al calore a causa dell'espansione termica.

La superficie calda fa sì che i bimorfi si deformino spontaneamente, che rende la condizione della superficie più favorevole per l'ebollizione.

Shin afferma che ci si possono aspettare studi futuri per un ulteriore miglioramento del CHF scegliendo la giusta geometria e il materiale per i nano-bimorfi, che possono contribuire allo sviluppo di tecnologie efficienti dal punto di vista energetico per sistemi estremamente caldi.

Questa nuova scoperta, una collaborazione con ricercatori della Yonsei University e della University of California Riverside, è stato recentemente pubblicato su Nano Letters.