Mecânica

Água ferve com metade da energia graças à nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/07/2008

Camada de nanobastões de cobre vistos por microscópio eletrônico.
[Imagem: Rensselaer/Koratkar]

Caldeiras para aquecer líquidos estão entre os equipamentos mais comuns na indústria, sendo essenciais para fabricação dos mais variados produtos e bens intermediários. E, justamente por sua utilidade, elas estão entre os maiores responsáveis pelas altas contas de energia que a indústria tem que pagar todos os meses.

Cortar pela metade essa conta de energia agora é uma possibilidade concreta, graças a uma camada invisível de nanomateriais, criada por pesquisadores do Instituto Politécnico Rensselaser, dos Estados Unidos.

Fervura mais rápida

Aplicada na forma de um revestimento na parte inferior da caldeira, essa nanocamada reduz pela metade a energia necessária para fazer a água ferver facilitando a troca térmica entre a fonte de calor e o líquido a ser aquecido.

E não será essa a única aplicação do novo nanomaterial: ao permitir maior eficiência na transferência de energia térmica, a solução poderá ser igualmente útil para o resfriamento de chips de computador, para o aumento da eficiência de sistemas de ar-condicionado e de qualquer outra aplicação onde a transferência de calor é importante.

Microcavidades e nucleação

Para que a água ferva é necessário uma interface entre a água e o ar. Em uma panela, por exemplo, existem duas interfaces desse tipo: a primeira está na superfície da água, onde ela entra em contato com o ar ambiente; e a segunda está na base interna da panela, onde a água entra em contato com minúsculas porções de ar presas na textura e nas imperfeições do fundo da panela.

Ainda que a maior parte da água da panela atinja 100º C, ela não consegue ferver por estar circundada por outras moléculas de água, inexistindo a interface com o ar necessária à mudança de fase - a passagem do estado líquido para o gasoso.

Já as bolhas de ar que sobem até a superfície da água são formadas quando o ar é aprisionado em uma cavidade em microescala sobre a superfície da panela. Em um processo chamado nucleação, essas bolhas são forçadas para cima pela pressão do vapor. Assim que as bolhas saem dessa microcavidade, a água inunda o local onde elas estavam, impedindo qualquer nova nucleação naquele ponto específico.

As bolhas são essenciais na fervura

O que os cientistas descobriram é que uma camada feita com nanobastões de cobre funciona como um depósito de nanobolhas para as microcavidades, evitando que elas sejam inundadas com água. Esse efeito produz um processo estável de nucleação das bolhas, que surgem em dimensões menores, mas em quantidade muito maior e de forma mais constante.

"Nós observamos um incremento de 30 vezes na densidade local de nucleação ativa das bolhas - um nome pomposo para o número de bolhas criadas - sobre a superfície tratada com nanobastões de cobre, em relação à superfície não-tratada," diz o pesquisador Nikhil Koratkar.

Caldeiras que consomem menos energia

A fervura é, em última instância, um processo de transferência de calor, que transfere energia da fonte de calor para a base de um recipiente e daí para o líquido que o recipiente contém. Ao ferver, o líquido se transforma em vapor, cuja energia - o calor - é eventualmente liberado na atmosfera.

A nova descoberta permite que esse processo se torne muito mais eficiente, o que poderá se traduzir em ganhos consideráveis de eficiência e economia de custos, podendo ser incorporado em uma enorme gama de equipamentos industriais que usam calor para criar vapor ou simplesmente para aquecer líquidos.

"Se você consegue ferver a água usando 30 vezes menos energia, será 30 vezes menos energia que você terá que pagar," diz Koratkar.