211service.com
Las nanopartículas producen vapor sin que el agua hierva
El vapor es un ingrediente clave en una amplia gama de procesos industriales y comerciales, incluida la generación de electricidad, la purificación de agua, la destilación de alcohol y la esterilización de equipos médicos.
Generar ese vapor, sin embargo, normalmente requiere grandes cantidades de energía para calentar y eventualmente hervir agua u otro fluido. Ahora, los investigadores de la Universidad de Rice han encontrado un atajo. Usando nanopartículas que absorben la luz suspendidas en agua, el grupo pudo convertir las moléculas de agua que rodean las nanopartículas en vapor sin apenas elevar la temperatura del agua restante. El truco podría reducir drásticamente el costo de muchos procesos que dependen del vapor.
El equipo de Rice utilizó una lente de Fresnel para enfocar la luz solar en un pequeño tubo de agua que contiene altas concentraciones de nanopartículas suspendidas en el fluido. El agua, que se había enfriado hasta casi congelarse, comenzó a generar vapor en cinco a 20 segundos, según el tipo de nanopartículas utilizadas. Los cambios en la temperatura, la presión y la masa revelaron que el 82 por ciento de la luz solar absorbida por las nanopartículas se destinó directamente a generar vapor, mientras que solo el 18 por ciento se destinó a calentar agua.
Es una nueva forma de producir vapor sin hervir agua, dice Naomi Halas, directora del Laboratorio de Nanofotónica de la Universidad de Rice. Halas dice que el trabajo abre muchas puertas interesantes en términos de para qué puedes usar Steam.
La nueva técnica podría, por ejemplo, conducir a dispositivos económicos de generación de vapor para la purificación de agua en pequeña escala, la esterilización de instrumentos médicos y el tratamiento de aguas residuales en países en desarrollo con recursos e infraestructura limitados.
El uso de nanopartículas para aumentar la transferencia de calor en agua y otros fluidos ha sido bien estudiado, pero pocos investigadores han analizado el uso de partículas para absorber luz y generar vapor.
En el estudio actual, Halas y sus colegas utilizaron nanopartículas optimizadas para absorber el espectro más amplio posible de luz solar. Cuando la luz golpea las partículas, su temperatura se eleva rápidamente por encima de los 100 ° C, el punto de ebullición del agua, lo que hace que las moléculas de agua circundantes se vaporicen.
Precisamente cómo interactúan las partículas y las moléculas de agua sigue siendo un misterio. Los modelos convencionales de transferencia de calor sugieren que la luz solar absorbida debería disiparse en el fluido circundante antes de hacer hervir el agua. Parece haber una barrera térmica a nanoescala, porque claramente está produciendo vapor como loco, dice Halas.
El sistema ideado por Halas y sus colegas mostró una eficiencia del 24 por ciento en convertir la luz solar en vapor.
Todd Otanicar, un ingeniero mecánico de la Universidad de Tulsa que no participó en el estudio actual, dice que los hallazgos podrían tener implicaciones significativas para la generación de energía solar térmica a gran escala. Las centrales de energía solar térmica suelen utilizar luz solar concentrada para calentar un fluido como el aceite, que luego se utiliza para calentar agua y generar vapor. Otanicar estima que al generar vapor directamente con nanopartículas en el agua, dicho sistema podría obtener una mayor eficiencia del 3 al 5 por ciento y un ahorro de costos del 10 por ciento debido a que podría usarse un diseño menos complejo.
Otanicar advierte que la durabilidad (la capacidad de las nanopartículas para absorber repetidamente la luz solar y generar vapor) aún debe demostrarse, pero agrega que la eficiencia del 24 por ciento lograda en el estudio actual es alentadora. Es solo el comienzo para optimizar este enfoque, dice.