باحث سعودي يتوصل إلى اختراع يرفع من حجم التبادل الحراري

توصل طالب الدكتوراه في قسم الهندسة الكيميائية بجامعة الملك فهد للبترول والمعادن عبدالله مناصرة إلى ابتكار يرفع من حجم التبادل الحراري والسعة الحرارية للسوائل المستخدمة في المبادلات الحرارية من خلال معالجتها بموائع نانوية مبتكرة.

وأكد الباحث أن التجربة أثبتت أن معالجة سوائل التبريد بالمادة المبتكرة يجعلها تتفوق على جميع المواد المستخدمة حاليا في تبريد المصانع والمحركات بما فيها الماء النقي وهو ما يعد إنجازاً علمياً فريداً, حيث يسهم الابتكار في تحسين انتقال الحرارة للسوائل المستخدمة في التبريد بنسبة 65% و زيادة السعة الحرارية للسوائل بمقدار 60 % مقارنة بالماء النقي.

وتتلخص فكرة الابتكار في تطعيم السوائل المستخدمة في التبريد بإضافة موائع معالجة بأجسام نانوية يتم تحضيرها عن طريق إضافة الأنابيب الكربونية متناهية الصغر مطعمة بجزيئات معدنية صغيرة مثل أوكسيد الحديد والألمونيوم.

وذكر مناصرة أن الموائع النانونية هي مواد تم ابتكارها حديثاً نتيجة التطور الذي حصل في الأجهزة المستخدمة في تشخيص المواد التي تصل إلى مستويات متناهية الصغر مثل جهاز المسح السطحي "SEM" وغيرها من الأجهزة حيث أن هذه الموائع يتم تحضيرها عن طريق إضافة الأنابيب الكربونية متناهية الصغر والمطعمة بالجزيئات المعدنية الصغيرة مثل أوكسيد الحديد والألمنيوم التي يصل قطرها في النانوميتر باستخدام طريقة البلل الكيميائي, وذلك حتى نتمكن من تحسين خصائص النقل الحراري للموائع من خلال غمس المواد النانوية في الموائع التقليدية التي تستخدم عادة في عمليات الانتقال الحراري كالماء والزيوت، ونتيجة لذلك يتم الحصول على مزيح متجانس وذات موصلية وسعة حرارية عالية.

وبين الباحث مناصرة أن الدراسة تشتمل على تراكيز حجميه مختلفة للموائع النانوية لا تتجاوز 0.1% من وزن السائل الكلي لافتاً النظر إلى أن التجارب شملت تحضير الموائع النانوية باستعمال جهاز الموجات الصوتية سعة "750 واط , 20 كليوهيرتز" لمدة نصف ساعة مستمرة للحصول على مائع متجانس ، كما تم قياس معامل التوصيل الحراري وفي درجات الحرارة التشغيلية للفحوصات "35 إلى 70 درجة مئوية".

وأفاد بأنه جرى في هذا البحث إلى تطعيم سطح الأنابيب النانونية الكربونية بنسب مختلفة من الأكاسيد 10% و1%، تشخيص هذه المركبات النانونية للتأكد من انتشار هذه المواد بشكل متجانس باستخدام "Transmission electron microscopy"، كما تمت إضافة هذه المركبات النانونية إلى الماء وذلك من خلال تعريضها لموجات صوتية للحصول على محلول متجانس موضحاً إن الدراسة تضمنت تشخيص وقياس الخصائص الحرارية والفيزيائية كالحرارة النوعية والموصلية الحرارية واللزوجة.

وأشار إلى أنه بعد تشخيص هذه الموائع، تمت ملاحظة زيادة الحرارة النوعية والسعة الحرارية بزيادة نسبة المواد النانونية وذلك من خلال فحصها باستخدام جهاز "Differential scanning calorimetry" على درجات حرارة مختلفة تتراوح بين 35 و70 درجة مئوية، مبيناً إنه وجد أن السعة الحرارية ازدادت بمقدار 60% بالمقارنة مع الماء النقي، كما وجد أن السعة الحرارية تزداد بزيادة معدل المعادن المطعمة على الأنابيب الكربونية.

وذكر الباحث أنه تمت ملاحظة التصرف الحراري للمائع النانوي وبتراكيز حجميه مختلفة على معامل الانتقال الحراري, معامل التوصيل الحراري, وفعالية وأداء المنظومة مع استعمال المائع الجديد, قائلاً "إنه اكتشف أن مقدار التحسين الحاصل في النسبة بين معامل انتقال الحرارة للمائع النانوي وبين معامل انتقال الحرارة للماء تتراوح بين 25% و30 % لكافة التراكيز, مؤكداً بأنه تم القيام بتجارب تطبيقية عن طريق استخدام هذه الموائع في المبادل الحراري لدراسة تأثير المواد النانوية تبين أن فرق الضغط بين أنابيب المبادل الحراري لم يتأثر بوجود الموائع النانونية.

كما أكد الباحث عبدالله مناصرة بأن هذا المادة المبتكرة ذات أهمية كبيرة للصناعات التي تستخدم التبريد في أنشطتها كما أنها مهمة جدا لتبريد المحركات والمولدات بجميع أنواعها لافتا إلى أن هذا البحث محل اهتمام العديد من الشركات.