La mayoría de las centrales eléctricas productoras de electricidad del mundo, ya sea que funcionen con carbón, gas natural, o fisión nuclear:genera electricidad generando vapor que hace girar una turbina. Ese vapor luego se condensa de nuevo en agua, y el ciclo comienza de nuevo.

Pero los condensadores que recogen el vapor son bastante ineficaces, y mejorarlos podría marcar una gran diferencia en la eficiencia general de la planta de energía.

Ahora, un equipo de investigadores del MIT ha desarrollado una forma de recubrir estas superficies del condensador con una capa de grafeno, solo un átomo de espesor, y descubrió que esto puede mejorar la tasa de transferencia de calor en un factor de cuatro, y potencialmente incluso más que eso, con más trabajo. Y a diferencia de los recubrimientos poliméricos, los recubrimientos de grafeno han demostrado ser muy duraderos en pruebas de laboratorio.

Los hallazgos se informan en la revista. Nano letras por el estudiante graduado del MIT Daniel Preston, los profesores Evelyn Wang y Jing Kong, y otros dos. La mejora en la transferencia de calor del condensador, que es solo un paso en el ciclo de producción de energía, podría conducir a una mejora general en la eficiencia de la planta de energía del 2 al 3 por ciento según las cifras del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, Preston dice:lo suficiente para hacer una mella significativa en las emisiones globales de carbono, dado que tales plantas representan la gran mayoría de la generación de electricidad del mundo. "Eso se traduce en millones de dólares por planta de energía por año, " el explica.

Hay dos formas básicas en las que los condensadores, que pueden adoptar la forma de tubos metálicos en espiral, a menudo hechos de cobre, interactúan con el flujo de vapor. En algunos casos, el vapor se condensa para formar una fina lámina de agua que recubre la superficie; en otros, forma gotas de agua que se extraen de la superficie por gravedad.

Cuando el vapor forma una película, Preston explica, que impide la transferencia de calor y, por lo tanto, reduce la eficiencia de la condensación. Así que el objetivo de muchas investigaciones ha sido mejorar la formación de gotas en estas superficies haciéndolas repelentes al agua.

A menudo, esto se ha logrado utilizando revestimientos poliméricos, pero estos tienden a degradarse rápidamente con el calor y la humedad elevados de una planta de energía. Y cuando los recubrimientos se hacen más gruesos para reducir esa degradación, los propios revestimientos impiden la transferencia de calor.

"Pensamos que el grafeno podría ser útil, "Preston dice, "ya que sabemos que es hidrofóbico por naturaleza". Así que él y sus colegas decidieron probar la capacidad del grafeno para derramar agua, y su durabilidad, en las condiciones típicas de una planta de energía:un ambiente de vapor de agua puro a 100 grados Celsius.

Descubrieron que la capa de grafeno de un solo átomo de espesor de hecho mejoró la transferencia de calor cuatro veces en comparación con las superficies donde el condensado forma láminas de agua. como metales desnudos. Otros cálculos mostraron que la optimización de las diferencias de temperatura podría aumentar esta mejora de 5 a 7 veces. Los investigadores también demostraron que después de dos semanas completas en tales condiciones, no hubo una degradación mensurable en el rendimiento del grafeno.

En comparación, Pruebas similares con un recubrimiento repelente al agua común mostraron que el recubrimiento comenzó a degradarse en solo tres horas. Preston dice:y falló por completo en 12 horas.

Debido a que el proceso utilizado para recubrir el grafeno en la superficie del cobre, llamado deposición química de vapor, se ha probado ampliamente, el nuevo método podría estar listo para ser probado en condiciones reales "en tan solo un año, ", Dice Preston. Y el proceso debería ser fácilmente escalable a bobinas de condensador del tamaño de una planta de energía.

"Este trabajo es extremadamente significativo porque, que yo sepa, es el primer informe de condensación gota a gota duradera con un revestimiento de superficie de una sola capa, "dice Jonathan Boreyko, profesor asistente de ingeniería biomédica y mecánica en Virginia Tech que ha estudiado la condensación en superficies superhidrofóbicas. "Estos hallazgos son algo sorprendentes y muy emocionantes".

Boreyko, que no participó en la investigación, agrega que este método, si se demuestra a través de pruebas adicionales, "podría mejorar significativamente la eficiencia de las centrales eléctricas y otros sistemas que utilizan condensadores".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.