Los ingenieros del MIT diseñan nuevos tratamientos de superficie que hierven el agua de manera más eficiente.
Los nuevos tratamientos de superficie podrían ahorrar energía para los sistemas utilizados en muchas industrias.
En el corazón de una amplia gama de procesos industriales, incluida la mayoría de las centrales eléctricas, muchos sistemas de producción de productos químicos e incluso sistemas de refrigeración para productos electrónicos, se encuentra un paso intensivo en energía con la ebullición del agua u otros fluidos.
Podrían reducir significativamente su consumo de energía al mejorar la eficiencia de los sistemas que calientan y evaporan el agua.[{» attribute=»»>MIT researchers have now found a way to do just that, with a specially designed surface treatment for the materials used in these systems.
Three different kinds of surface modifications, at different size scales, together account for the increased efficiency. The new findings are described in a paper published in the journal Advanced Materials by recent MIT graduate Youngsup Song PhD ’21, Ford Professor of Engineering Evelyn Wang, and four others at MIT. The scientists caution that this initial finding is still at a laboratory scale, and more effort is required to develop a practical, industrial-scale process.
High-speed video of the researchers’ test setup shows water boiling on a specially treated surface, which causes bubbles to form at specific separate points rather than spreading out in a film across the surface, thus leading to more efficient boiling. The video has been slowed down by 100 times to show more detail. Credit: Courtesy of the researchers
The heat transfer coefficient (HTC) and the critical heat flux (CHF) are two key parameters that describe the boiling process. There’s generally a tradeoff between the two in materials design, so anything that improves one of these parameters tends to make the other worse. But both are crucial for the efficiency of the system, and now, after years of work, through their combination of different textures added to a material’s surface, the team of scientists achieved a way of significantly improving both properties at the same time.
“Both parameters are important,” Song says, “but enhancing both parameters together is kind of tricky because they have intrinsic trade-offs.” The reason for that, he explains, is “because if we have lots of bubbles on the boiling surface, that means boiling is very efficient, but if we have too many bubbles on the surface, they can coalesce together, which can form a vapor film over the boiling surface.” That film introduces resistance to the heat transfer from the hot surface to the water. “If we have vapor in between the surface and water, that prevents the heat transfer efficiency and lowers the CHF value,” he says.
Song, who is now a postdoctoral researcher at Lawrence Berkeley National Laboratory, carried out much of the research as part of his doctoral thesis work at MIT. While the various components of the new surface treatment he developed had been previously studied, the researchers say this work is the first to show that these methods could be combined to overcome the tradeoff between the two competing parameters.
The key to the new surface treatment is to add textures at several different size scales. Electron microscope images show millimeter-scale pillars and dents(first two images), whose surfaces are covered with tiny nanometer-scale ridges (bottom two images) to improve the efficiency of the boiling reaction. Credit: Courtesy of the researchers
Adding a series of microscale cavities, or dents, to a surface is a way of controlling the way bubbles form on that surface, keeping them effectively pinned to the locations of the dents and preventing them from spreading out into a heat-resisting film. In this work, the researchers created an array of 10-micrometer-wide dents separated by about 2 millimeters to prevent film formation. But that separation also reduces the concentration of bubbles at the surface, which can reduce the boiling efficiency. To compensate for that, the team introduced a much smaller-scale surface treatment, creating tiny bumps and ridges at the nanometer scale, which increases the surface area and promotes the rate of evaporation under the bubbles.
In these experiments, the cavities were made in the centers of a series of pillars on the material’s surface. These pillars, combined with nanostructures, promote wicking of liquid from the base to their tops, and this enhances the boiling process by providing more surface area exposed to the water. In combination, the three “tiers” of the surface texture — the cavity separation, the posts, and the nanoscale texturing — provide a greatly enhanced efficiency for the boiling process, Song says.
“Those micro cavities define the position where bubbles come up,” he says. “But by separating those cavities by 2 millimeters, we separate the bubbles and minimize the coalescence of bubbles.” At the same time, the nanostructures promote evaporation under the bubbles, and the capillary action induced by the pillars supplies liquid to the bubble base. That maintains a layer of liquid water between the boiling surface and the bubbles of vapor, which enhances the maximum heat flux.
Photo shows how bubbles rising from a heated surface are “pinned” in specific locations because of special surface texturing, instead of spreading out over the whole surface. Credit: Courtesy of the researchers
Although their work has confirmed that the combination of these kinds of surface treatments can work and achieve the desired effects, this work was done under small-scale laboratory conditions that could not easily be scaled up to practical devices, Wang says. “These kinds of structures we’re making are not meant to be scaled in its current form,” she says, but rather were used to prove that such a system can work. One next step will be to find alternative ways of creating these kinds of surface textures so these methods could more easily be scaled up to practical dimensions.
“Showing that we can control the surface in this way to get enhancement is a first step,” she says. “Then the next step is to think about more scalable approaches.” For example, though the pillars on the surface in these experiments were created using clean-room methods commonly used to produce semiconductor chips, there are other, less demanding ways of creating such structures, such as electrodeposition. There are also a number of different ways to produce the surface nanostructure textures, some of which may be more easily scalable.
There may be some significant small-scale applications that could use this process in its present form, such as the thermal management of electronic devices, an area that is becoming more important as semiconductor devices get smaller and managing their heat output becomes ever more important. “There’s definitely a space there where this is really important,” Wang says.
Even those kinds of applications will take some time to develop because typically thermal management systems for electronics use liquids other than water, known as dielectric liquids. These liquids have different surface tension and other properties than water, so the dimensions of the surface features would have to be adjusted accordingly. Work on these differences is one of the next steps for the ongoing research, Wang says.
This same multiscale structuring technique could also be applied to different liquids, Song says, by adjusting the dimensions to account for the different properties of the liquids. “Those kinds of details can be changed, and that can be our next step,” he says.
Reference: “Three-Tier Hierarchical Structures for Extreme Pool Boiling Heat Transfer Performance” by Youngsup Song, Carlos D. Díaz-Marín, Lenan Zhang, Hyeongyun Cha, Yajing Zhao and Evelyn N. Wang, 20 June 2022, Advanced Materials. DOI: 10.1002/adma.202200899
The team also included Carlos Diaz-Martin, Lenan Zhang, Hyeongyun Cha, and Yajing Zhao, all at MIT. The work was supported by the Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), the Air Force Office of Scientific Research, and the Singapore-MIT Alliance for Research and Technology, and made use of the MIT.nano facilities.
En su evento Made on YouTube el miércoles, la compañía anuncio un nuevo espacio dedicado a los creadores para interactuar con sus fans y espectadores. Este espacio, llamado “Comunidades”, es una especie de servidor de Discord integrado en el canal de un creador. Con Comunidades, YouTube espera que los creadores ya no necesiten utilizar otras plataformas como Discord o Reddit para interactuar con sus espectadores.
Las comunidades son un lugar donde los espectadores pueden publicar e interactuar con otros fans directamente dentro del canal de un creador. En el pasado, los espectadores estaban limitados a dejar comentarios en el vídeo de un creador. Ahora pueden compartir su propio contenido en una comunidad de creadores para interactuar con otros fanáticos en torno a intereses comunes. Por ejemplo, la comunidad de un creador de fitness podría incluir publicaciones de fans que comparten vídeos y fotos de su última caminata.
Para empezar, la función sólo está disponible para suscriptores.
“Conoces ese sentimiento, esa magia, esa alegría que surge al encontrar un grupo de personas que te entienden”, dijo en el evento Bangaly Kaba, director de gestión de productos de YouTube. “Las comunidades son un lugar donde puedes elegir crear eso con tus fans. Es un lugar donde tú y tus fans pueden reunirse para vincularse aún más en torno a los temas y videos que aman, no solo para publicar actualizaciones entre usuarios o pedir opiniones o ideas, sino que, por primera vez, los suscriptores iniciarán sus propios chats. contigo y entre nosotros. »
Créditos de la imagen: YouTube
La empresa ve las comunidades como un espacio para la conversación y la conexión, al tiempo que permite a los creadores mantener el control de su contenido. Las conversaciones en comunidades están destinadas a ocurrir con el tiempo, explica YouTube, tal como lo harían en cualquier otro entorno estilo foro.
La nueva función Comunidades no debe confundirse con la función Comunidad de YouTube, que es un lugar para que los creadores compartan texto e imágenes con los espectadores. Esta función se lanzó en 2016 y no permite que los espectadores interactúen entre sí.
Actualmente, YouTube está probando la función Comunidades en dispositivos móviles con un pequeño grupo de creadores. La compañía planea probar la función con más creadores a finales de este año antes de ampliar el acceso a otros canales a principios de 2025.
Días después de regresar a la Tierra, los cuatro tripulantes civiles de la misión Polaris Dawn contaron sus experiencias observando el planeta desde órbita, flotando en gravedad cero y realizando la primera caminata espacial totalmente civil del mundo.
En una entrevista exclusiva con Lester Holt de NBC, que se transmitirá en NBC Nightly News el martes, la tripulación (el empresario multimillonario Jared Isaacman, el teniente coronel retirado de la Fuerza Aérea Scott «Kidd» Poteet y las ingenieras de SpaceX Sarah Gillis y Anna Menon) describieron el emotivo lado de su viaje de cinco días.
«La perfección de lo que ves es simplemente impresionante», dijo Poteet, recordando los amaneceres y atardeceres vistos desde la ventana de su cápsula SpaceX Crew Dragon. “Es tan fascinante porque es un planeta tan hermoso. »
Tripulación de Polaris Dawn de SpaceX: el comandante de la misión Jared Isaacman, la especialista y médica de la misión Anna Menon, la especialista de la misión Sarah Gillis y el piloto de la misión Scott Poteet.Programa Polaris
La tripulación fue puesta en órbita el martes 10 de septiembre y amerizó la madrugada del domingo en el Golfo de México, frente a la costa de Florida.
Isaacman describió la emoción y la ansiedad que se sintieron durante una caída a través de la atmósfera de la Tierra con solo el escudo térmico de la nave espacial protegiéndolo a él y a quienes estaban dentro de temperaturas extremas.
“Cuando despegas, sientes alegría, emoción, entusiasmo, porque tienes muchas opciones para salir de una mala situación, en caso de que surja”, dijo Isaacman. “Pero en el camino hacia abajo, es el escudo térmico… No hay un plan B. Sabemos que ahí es donde aumentará la presión arterial. »
La intensidad se vio aumentada por las altas fuerzas G que experimentó la tripulación durante el reingreso a la atmósfera.
«Es un viaje increíble, eso es seguro», dijo Isaacman.
Durante su viaje, la tripulación alcanzó la altitud orbital más alta jamás alcanzada por el hombre desde la última misión lunar Apolo en 1972 y completó una arriesgada caminata espacial, la primera de su tipo.
El jueves por la mañana temprano, Isaacman y Gillis salieron de la cápsula amarrados y cada uno pasó unos 10 minutos en el vacío del espacio realizando pruebas de movilidad en trajes espaciales de nuevo diseño.
Fue un momento histórico en la historia de los vuelos espaciales comerciales: anteriormente, sólo los astronautas de las agencias espaciales gubernamentales realizaban paseos espaciales.
Isaacman describió la salida como una “sobrecarga sensorial”.
«No es sólo el estímulo visual de ver la Tierra justo frente a ti», explicó. “Hay cambios de presión, fuertes variaciones de temperatura. Hace más frío. Está el esfuerzo físico de mover la trampilla, así que fue bastante intenso. »
Isaacman y Gillis fueron los únicos que salieron de la nave espacial, pero técnicamente los cuatro miembros de la tripulación participaron, ya que la cápsula Dragon no tiene esclusa de aire. Esto significa que cuando se abrió la escotilla, todo el vehículo quedó despresurizado y expuesto a condiciones de vacío. Por lo tanto, Poteet y Menon también usaron trajes espaciales durante la operación.
«Teníamos el mejor asiento de la casa», dijo Poteet.
La tripulación pasó dos años y medio entrenando para la misión Polaris Dawn, lo que incluyó coreografiar y ensayar cada paso de la caminata espacial. Según Gillis, este vuelo demostró lo que las empresas privadas pueden lograr en el espacio.
«Creo que el mundo vio algo un poco diferente», dijo. “Tal vez despertó la imaginación, algo desde un punto de vista ligeramente diferente. »
El vuelo estaba pensado como un paso hacia futuros viajes de larga duración a la Luna y eventualmente a Marte, según Isaacman, quien financió la misión por una suma no revelada en asociación con SpaceX. (Los miembros de la tripulación también recaudaron dinero para el St. Jude Children's Research Hospital durante su estancia en órbita).
Cuando los miembros de la tripulación alcanzaron una altitud orbital de 1.390 kilómetros sobre la superficie de la Tierra, atravesaron las regiones internas del Cinturón de Radiación de Van Allen, un área de partículas de radiación de alta energía atrapadas por la magnetosfera de la Tierra.
Menon bromeó diciendo que tuvieron «más de unas pocas» dificultades de espacio.
«Recopilamos todo tipo de datos para poder aprender más a través de la ciencia y la investigación sobre la respuesta humana a este entorno», dijo. “Tendremos todo esto en cuenta, aprenderemos de ello y luego podremos avanzar sobre esta base. »
Se espera que Polaris Dawn sea el primero de tres vuelos del programa Polaris. Isaacman no reveló el costo total del programa ni el cronograma o planes para las dos misiones restantes.
Según él, el principal objetivo de SpaceX y del programa Polaris es hacer de los humanos una especie multiplanetaria. Pero señaló que los vuelos espaciales también tienen beneficios a corto plazo.
“Así es como la gente aprende, así es como se inspira y así es como sales y haces cosas más grandes y audaces en el futuro”, dijo Isaacman.
La detección de FRB 20220610A ofrece una oportunidad única para estudiar el pasado distante del universo
Un descubrimiento revolucionario ha sacudido a la comunidad astronómica: una misteriosa y poderosa explosión de ondas de radio ha llegado a la Tierra después de viajar por el espacio durante 8 mil millones de años. Esta señal, denominada FRB 20220610A, es una de las más distantes y enérgicas jamás observadas. Tierra.cominformó.
Las ráfagas de radio rápidas (FRB, por sus siglas en inglés) son breves e intensos destellos de ondas de radio que continúan desconcertando a los científicos. Sus orígenes siguen siendo un misterio cósmico, con teorías que van desde estrellas de neutrones hasta exóticos objetos celestes.
La detección de FRB 20220610A ofrece una oportunidad única para estudiar el pasado lejano del Universo. La inmensa distancia de la señal sugiere que proviene de una galaxia mucho más allá de la nuestra, lo que ofrece información sobre procesos y eventos que de otro modo estarían fuera de nuestro alcance.
El Dr. Stuart Ryder, astrónomo de la Universidad Macquarie, dirige un equipo de científicos que investiga este enigma cósmico. Utilizando técnicas de investigación avanzadas, esperan descubrir la fuente de los FRB y obtener información valiosa sobre los procesos fundamentales del universo.
El estudio completo fue publicado en la revista Ciencia.
¿Qué son las ráfagas de radio rápidas?
Las ráfagas de radio rápidas (FRB) son pulsos breves e intensos de ondas de radio que duran sólo unos pocos milisegundos. Desde su descubrimiento en 2007, los FRB han fascinado a los científicos de todo el mundo debido a su naturaleza misteriosa.
Por ejemplo, un FRB reciente liberó tanta energía en una fracción de segundo como la que produjo nuestro Sol en 30 años.
Los científicos creen que estas poderosas explosiones podrían estar relacionadas con magnetares, los restos altamente energéticos de las explosiones de supernovas.
Para detectar y rastrear el origen de este FRB en particular, los astrónomos utilizaron el Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP). «Las antenas parabólicas de ASKAP nos permitieron localizar con precisión el origen de la explosión», explicó el Dr. Ryder.
La investigación no se detuvo ahí. Utilizando el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, el equipo identificó la galaxia fuente, que resultó ser más antigua y más distante que cualquier fuente FRB registrada anteriormente.
Lo creas o no, estas fugaces explosiones cósmicas podrían ayudarnos a “pesar” el universo. Existe una brecha entre la materia normal que podemos observar y la cantidad que los cosmólogos creen que debería existir. ¿Podría la materia faltante estar más allá de nuestro campo de visión?
«Más de la mitad de la materia normal que debería existir hoy en día está desaparecida», explica el profesor Ryan Shannon. Sugiere que esta materia «faltante» podría estar escondida en las vastas, calientes y difusas regiones entre galaxias, lo que dificulta su detección con métodos convencionales.
Ahí es donde entran los FRB. Su capacidad para «detectar» materia ionizada en el espacio cercano permite a los científicos medir la materia entre galaxias. En 2020, el astrónomo australiano Jean-Pierre Macquart desarrolló un método, ahora llamado relación Macquart, que utiliza FRB para rastrear esta materia oculta.
«Esta detección confirma la relación Macquart, incluso para explosiones que ocurren en el otro lado del universo», añade el Dr. Ryder.
El enigma de la materia perdida
El universo es vasto y aún esconde muchos misterios, en particular el desajuste entre la materia observada y la materia teórica. El descubrimiento de los FRB y su capacidad para rastrear materia oculta ofrece una herramienta prometedora para resolver este rompecabezas cósmico. Como explica el profesor Shannon, los FRB pueden detectar electrones incluso en el espacio casi vacío, lo que nos permite medir la esquiva materia esparcida por el cosmos.
