Peneliti MIT Rancang Permukaan untuk Buat Cairan Mendidih Lebih Efisien

Liputan6.com, Jakarta - Mendidihkan air atau cairan lainnya adalah langkah yang memakan energi di berbagai proses industri, termasuk sebagian besar pembangkit listrik, banyak sistem produksi bahan kimia, dan bahkan sistem pendingin untuk elektronik.

Meningkatkan efisiensi sistem yang memanaskan dan menguapkan cairan dapat secara signifikan mengurangi penggunaan energi

Sekarang, para peneliti di MIT telah menemukan cara untuk melakukan hal itu. Mereka merancang suatu permukaan secara khusus untuk bahan yang digunakan di dalam sistem ini.

Peningkatan efisiensi berasal dari kombinasi tiga jenis modifikasi permukaan berbeda, pada skala ukuran berbeda pula.

Temuan mereka ini dijelaskan di makalah yang terbit di jurnal Advanced Materials yang ditulis oleh Youngsup Song, peraih PhD di MIT '21, profesor Evelyn Wang, dan empat orang kolaborator lainnya di MIT.

Ada dua parameter kunci yang menggambarkan proses perebusan: koefisien perpindahan panas (heat transfer coefficient, HTC) dan fluks panas kritis (critical heat flux, CHF).

Dalam desain material, umumnya ada trade-off di antara keduanya; jadi, apa pun yang meningkatkan salah satu parameter ini, cenderung memperburuk satu yang lainnya.

Namun, keduanya penting untuk efisiensi sistem, dan sekarang, tim peneliti ini telah mencapai cara untuk meningkatkan kedua parameter itu secara signifikan pada saat yang sama. Mereka meraih capaian ini berkat penggunaan kombinasi tekstur berbeda yang ditambahkan ke permukaan material.

"Kedua parameter itu penting," ujar Song dikutip dari rilis pers MIT.

Namun, menurut dia, "meningkatkan kedua parameter bersama-sama agak sulit karena mereka memiliki trade-off intrinsik."

* Fakta atau Hoaks? Untuk mengetahui kebenaran informasi yang beredar, silakan WhatsApp ke nomor Cek Fakta Liputan6.com 0811 9787 670 hanya dengan ketik kata kunci yang diinginkan.

Alasannya, kata Song, adalah "karena jika kita memiliki banyak gelembung di permukaan mendidih, itu berarti proses merebus sangat efisien, tetapi jika kita memiliki terlalu banyak gelembung di permukaan, mereka dapat bergabung bersama, yang dapat membentuk selaput uap di atas permukaan yang mendidih."

Selaput itu membuat resistensi terhadap perpindahan panas dari permukaan panas ke air.

"Jika kita memiliki uap di antara permukaan dan air, itu mencegah efisiensi perpindahan panas dan menurunkan nilai CHF," katanya.

Song, yang sekarang menjalain postdoc di Lawrence Berkeley National Laboratory, melakukan banyak penelitian sebagai bagian dari tugas tesis doktoralnya di MIT.

Sementara berbagai komponen perawatan permukaan baru yang ia kembangkan telah dipelajari sebelumnya, para peneliti mengatakan karya ini adalah yang pertama menunjukkan bahwa metode ini dapat dikombinasikan untuk mengatasi tradeoff antara dua parameter yang bersaing.

Menambahkan serangkaian rongga skala mikro, atau penyok, ke permukaan adalah cara untuk mengontrol cara gelembung terbentuk di permukaan itu, menjaganya tetap menempel secara efektif ke lokasi penyok dan mencegahnya menyebar ke dalam selaput tipis tahan panas.

Dalam penelitian ini, para peneliti membuat susunan penyok selebar 10 mikrometer yang dipisahkan sekitar 2 milimeter untuk mencegah pembentukan dalam. Namun, pemisahan itu juga mengurangi konsentrasi gelembung di permukaan, yang dapat mengurangi efisiensi pendidihan.

Untuk mengimbangi itu, para peneliti memperkenalkan rancangan permukaan dengan skala jauh lebih kecil. Mereka menciptakan tonjolan kecil pada skala nanometer, yang meningkatkan luas permukaan dan meningkatkan laju penguapan di bawah gelembung.

Dalam eksperimen ini, rongga dibuat di tengah serangkaian pilar di permukaan material. Pilar-pilar ini, dikombinasikan dengan struktur nano, meningkatkan penyerapan cairan dari dasar ke puncaknya. Upaya ini meningkatkan proses perebusan dengan menyediakan lebih banyak area permukaan yang terpapar air.

Song menyebut bahwa tiga "tingkatan" tekstur permukaan, yakni pemisahan rongga, tiang, dan tekstur skala nano, memberikan efisiensi yang sangat ditingkatkan untuk proses perebusan.

"Rongga mikro itu menentukan posisi munculnya gelembung," kata Song. "Namun, dengna memisahkan rongga-rongga itu sejauh 2 milimeter, kami memisahkan gelembung dan meminimalkan penggabungan gelembung.”

Pada saat yang sama, struktur nano meningkatkan penguapan di bawah gelembung, dan aksi kapiler yang disebabkan oleh pilar memasok cairan ke dasar gelembung. Itu mempertahankan lapisan air cair antara permukaan mendidih dan gelembung uap, yang meningkatkan fluks panas maksimum.