Para ilmuwan telah menemukan cara untuk menghemat energi dan merebus air dengan lebih efisien

Air banyak direbus – apakah itu secangkir teh yang diseduh di dapur atau di pembangkit listrik. Setiap peningkatan efisiensi proses ini akan berdampak signifikan pada jumlah total energi yang digunakan untuk itu setiap hari.

Salah satu peningkatan tersebut bisa datang dengan perawatan permukaan yang baru dikembangkan yang digunakan untuk pemanasan dan penguapan air. Pemrosesan meningkatkan dua parameter utama yang menentukan proses perebusan: koefisien perpindahan panas (HTC) dan aliran panas kritis (CHF).

Sebagian besar waktu, ada trade-off antara keduanya – yang lebih baik, yang lebih buruk yang lain. Setelah bertahun-tahun mencari, istilah pencarian di balik teknik ini telah menemukan cara untuk meningkatkan keduanya.

“Kedua parameter itu penting, tetapi mengoptimalkan kedua parameter bersama-sama agak sulit karena mereka memiliki trade-off intrinsik,” Ilmuwan bioinformatika Yongsap Song mengatakan Dari Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley di California.

“Jika kita memiliki banyak gelembung pada permukaan didih, maka pendidihan sangat efisien, tetapi jika kita memiliki terlalu banyak gelembung di permukaan, mereka dapat melebur bersama, yang dapat membentuk lapisan uap di atas permukaan didih.”

Setiap lapisan uap antara permukaan panas dan air menimbulkan hambatan, yang mengurangi efisiensi perpindahan panas dan nilai CHF. Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti merancang tiga jenis modifikasi permukaan yang berbeda.

Pertama, serangkaian mikrotubulus ditambahkan. Kelompok tabung ini dengan lebar 10 m, dengan jarak sekitar 2 mm, mengontrol pembentukan gelembung dan menjaga gelembung tetap di dalam rongga. Ini mencegah pembentukan film uap.

Pada saat yang sama, ini mengurangi konsentrasi gelembung di permukaan, yang mengurangi efisiensi perebusan. Untuk mengatasi hal ini, para peneliti memperkenalkan pengobatan skala kecil sebagai modifikasi kedua, menambahkan hanya tonjolan berukuran nanometer dan tepi dalam permukaan tabung berongga. Hal ini meningkatkan luas permukaan yang tersedia dan meningkatkan tingkat penguapan.

Akhirnya, rongga mikro ditempatkan di tengah serangkaian kolom di permukaan material. Gumpalan ini mempercepat proses penarikan cairan dengan menambahkan lebih banyak luas permukaan. Gabungan, efisiensi perebusan meningkat secara signifikan.

(Lagu dkk.)

Atas: Sebuah video yang diperlambat oleh para peneliti menunjukkan air mendidih pada permukaan yang diperlakukan khusus menyebabkan gelembung terbentuk pada titik-titik tertentu yang terpisah.

Karena struktur nano juga mendorong penguapan di bawah gelembung, dan kolom mempertahankan pasokan cairan yang konstan ke dasar gelembung, lapisan air dapat dipertahankan antara permukaan didih dan gelembung—yang mendorong aliran panas maksimum.

“Menunjukkan kemampuan kami untuk memanipulasi permukaan dengan cara ini untuk mendapatkan pengoptimalan adalah langkah pertama,” Insinyur Mekanik Evelyn Wang berkata: dari Institut Teknologi Massachusetts. “Kemudian langkah selanjutnya adalah memikirkan pendekatan yang lebih terukur.”

“Jenis struktur yang kami buat ini tidak dimaksudkan untuk menskalakan ke bentuknya saat ini.”

Memindahkan pekerjaan dari laboratorium skala kecil ke sesuatu yang dapat digunakan di industri komersial tidak akan mudah, tetapi para peneliti yakin itu bisa dilakukan.

Salah satu tantangannya adalah menemukan cara untuk membuat tekstur permukaan dan tiga “tingkat” penyesuaian. Kabar baiknya adalah bahwa ada berbagai metode yang dapat dieksplorasi, dan prosedurnya juga harus bekerja untuk berbagai jenis cairan.

“Detail semacam ini dapat diubah, dan itu bisa menjadi langkah kami selanjutnya,” dinyanyikan mengatakan.

Pencarian dipublikasikan di bahan canggih.