Estima-se que cerca de um quarto de um por cento de todo o produto interno bruto dospaíses industrializados seja perdido devido a um aºnico problema tanãcnico: a incrustação dassuperfÍcies do trocador de calor por sais e outros minerais dissolvidos. Essa incrustação diminui a eficiência de vários processos industriais e muitas vezes requer contramedidas caras, como o pré-tratamento da a¡gua. Agora, as descobertas do MIT podem levar a uma nova maneira de reduzir essa incrustação e, potencialmente, atépermitir a transformação desse processo deletanãrio em um produtivo que pode render produtos venda¡veis.

As descobertas são o resultado de anos de trabalho da recanãm-formada pelo MIT, Samantha McBride, Ph.D. '20 e Henri-Louis Girard Ph.D. '20 com o professor de engenharia meca¢nica Kripa Varanasi. O trabalho, relatado na revista Science Advances , mostra que devido a uma combinação desuperfÍcies hidrofa³bicas (repelentes de a¡gua) e calor, os sais dissolvidos podem cristalizar de uma forma que torna mais fa¡cil removaª-los dasuperfÍcie , em alguns casos apenas pela gravidade .

Quando os pesquisadores começam a estudar a forma como os sais se cristalizam nessassuperfÍcies, eles descobriram que o sal precipitado inicialmente formaria uma concha esfanãrica parcial ao redor de uma gota. Inesperadamente, essa concha subitamente se elevaria em um conjunto de extensaµes finas semelhantes a pernas crescidas durante a evaporação. O processo produziu repetidamente formas com várias pernas, parecendo elefantes e outros animais, e atémesmo dra³ides de ficção cienta­fica. Os pesquisadores apelidaram essas formações de "criaturas de cristal" no tí­tulo de seu artigo.

Depois de muitos experimentos e análises detalhadas, a equipe determinou o mecanismo que estava produzindo essas saliaªncias semelhantes a pernas. Eles também mostraram como as saliaªncias variam dependendo da temperatura e da natureza dasuperfÍcie hidrofa³bica, que foi produzida criando um padrãoem nanoescala de cristas baixas. Eles descobriram que as pernas estreitas que sustentam essas formas semelhantes a bichos continuam a crescer para cima a partir do fundo, a  medida que a águasalgada flui para baixo atravanãs das pernas semelhantes a palha e precipita no fundo, algo como um pingente crescente, apenas equilibrado em seu gorjeta. Por fim, as pernas ficam tão compridas que não conseguem suportar o peso da criatura, e a gota de cristal de sal se quebra e cai ou éarrastada.

O trabalho foi motivado pelo desejo de limitar ou evitar a formação de incrustações emsuperfÍcies, inclusive no interior de tubos, onde tal incrustação pode levar a bloqueios, diz Varanasi. "O experimento de Samantha mostrou esse efeito interessante em que a escala praticamente salta sozinha", diz ele.

"Essas pernas são tubos ocos e o la­quido écanalizado para baixo por esses tubos. Uma vez que atinge o fundo e evapora, forma novos cristais que aumentam continuamente o comprimento do tubo", diz McBride. "No final, vocêtem um contato muito, muito limitado entre o substrato e o cristal, a ponto de eles rolarem por conta própria."

McBride lembra que, ao fazer os experimentos iniciais como parte de seu trabalho de tese de doutorado, "definitivamente suspeitamos que essasuperfÍcie em particular funcionaria bem para eliminar a adesão do cloreto de sãodio , mas não saba­amos que uma consequaªncia da prevenção dessa adesão seria a ejeção de toda a coisa "dasuperfÍcie.

Uma chave, ela descobriu, era a escala exata dos padraµes nasuperfÍcie. Embora muitas escalas de comprimento diferentes de padronização possam produzirsuperfÍcies hidrofa³bicas, apenas padraµes na escala nanomanãtrica conseguem esse efeito de auto-ejeção. “Quando vocêevapora uma gota de águasalgada em umasuperfÍcie superhidrofa³bica, geralmente o que acontece éque esses cristais comea§am a entrar na textura e apenas formam um globo, e não acabam se desprendendo”, diz McBride. "Portanto, éalgo muito especa­fico sobre a textura e a escala de comprimento que estamos examinando aqui que permite que esse efeito ocorra."

Esse processo de auto-ejeção, baseado simplesmente na evaporação de umasuperfÍcie cuja textura pode ser facilmente produzida por corrosão, abrasão ou revestimento, pode ser uma baªnção para uma ampla variedade de processos. Todos os tipos de estruturas meta¡licas em um ambiente marinho ou expostas a  águado mar sofrem de incrustação e corrosão. As descobertas também podem permitir novos manãtodos para investigar os mecanismos de incrustação e corrosão, dizem os pesquisadores.

Variando a quantidade de calor ao longo dasuperfÍcie, éatépossí­vel fazer as formações de cristal rolarem em uma direção especa­fica, descobriram os pesquisadores. Quanto mais alta a temperatura, mais rápido o crescimento e a decolagem dessas formas ocorrem, minimizando a quantidade de tempo que os cristais bloqueiam asuperfÍcie.

Os trocadores de calor são usados ​​em uma ampla variedade de processos diferentes e sua eficiência éfortemente afetada por qualquer incrustação desuperfÍcie. Sa³ essas perdas, diz Varanasi, equivalem a um quarto de um por cento do PIB dos EUA e de outras nações industrializadas. Mas a incrustação também éum fator importante em muitas outras áreas. Afeta tubulações em sistemas de distribuição de a¡gua, poa§os geotanãrmicos, ambientes agra­colas, usinas de dessalinização e uma variedade de sistemas de energia renova¡vel e manãtodos de conversão de dia³xido de carbono.

Esse manãtodo, diz Varanasi, pode atépermitir o uso de águasalgada não tratada em alguns processos onde isso não seria prático de outra forma, como em alguns sistemas de resfriamento industriais. Além disso, em algumas situações, os sais e outros minerais recuperados podem ser produtos venda¡veis.

Embora os experimentos iniciais tenham sido feitos com cloreto de sãodio comum , espera-se que outros tipos de sais ou minerais produzam efeitos semelhantes, e os pesquisadores continuam a explorar a extensão desse processo a outros tipos de soluções.

Como os manãtodos para fazer as texturas para produzir umasuperfÍcie hidrofa³bica já estãobem desenvolvidos, diz Varanasi, a implementação desse processo em grande escala industrial deve ser relativamente rápido e pode permitir o uso de águasalgada ou salobra para sistemas de resfriamento que, de outra forma, exigiriam o uso de águadoce valiosa e muitas vezes limitada. Por exemplo, apenas nos EUA, um trilha£o de galaµes de águadoce são usados ​​por ano para resfriamento. Uma usina elanãtrica ta­pica de 600 megawatts consome cerca de um bilha£o de galaµes de águapor ano, o que poderia ser suficiente para atender 100.000 pessoas. Isso significa que usar águado mar para resfriamento, sempre que possí­vel, pode ajudar a aliviar o problema de escassez de águadoce .