"Principio tubo-in-tubo": Ricercatori di Kaiserslautern ottimizzano il comportamento di bagnatura e scorrimento delle tubazioni

Anche attraverso tubazioni strette, ad esempio negli impianti di produzione, il liquido dovrebbe fluire senza resistenza. Questo viene generalmente ottenuto tramite rivestimenti applicati. Un team di ricerca della Technische Universität Kaiserslautern (TUK) sta ora ripensando il comportamento del flusso: il punto di partenza è un tubo interno aggiuntivo con superficie funzionale, che non solo ottimizza il comportamento di bagnatura e scorrimento secondo l'effetto loto, ma stabilizza anche le bolle d'aria necessarie. Con l'aiuto della tecnologia laser, le strutture possono essere trasferite su tubazioni pratiche. La Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sostiene il progetto con circa 740.000 euro.

Due dipartimenti della TUK e un istituto di Kaiserslautern uniscono le loro competenze per il progetto «Comportamento di bagnatura e trasporto di strutture a bande gerarchiche piane e curve senza substrato»: il dottorando Clarissa Schönecker (settore di microfluidica), il Prof. Dr. Egbert Oesterschulze (settore di fisica e tecnologia delle nanostrutture) e il Priv.-Doz. Dr. Johannes L’hullier (Photonik-Zentrum Kaiserslautern e.V.).

« A differenza di un tubo convenzionale, introducendo un tubo interno perforato si intende influenzare miratamente il flusso nel tubo, riducendo la resistenza all’attrito », spiega Oesterschulze. « A tal fine, un secondo mezzo interagirà con il mezzo presente nel tubo interno alle zone perforate, influenzandone il comportamento di bagnatura e di flusso. Questo nuovo stato di bagnatura deriva dal noto stato «Cassie-Baxter» presente in letteratura e viene ampliato nell’ambito del progetto di ricerca interdisciplinare al «stato di Cassie-Baxter senza substrato». »

« Inoltre, vogliamo influenzare miratamente la bagnatura all’interno del tubo tramite una struttura superficiale gerarchica, cioè una combinazione di strutture nano- e micro- », afferma il fisico.

Il gruppo di lavoro di Oesterschulze studia questi processi di bagnatura e di flusso su strutture di silicio prodotte con tecnologia micro e quindi molto precisa.

Riceve supporto anche dall’ingegneria meccanica e dalla tecnologia dei processi: « Considero le strutture sviluppate dal punto di vista della fluidodinamica e fornisco impulsi tramite calcoli fluidodinamici su come realizzare le funzioni desiderate, come la rugosità o la bagnabilità », aggiunge Schönecker. « Alla fine si ottengono superfici più applicabili e più stabili. In generale, penso alle prospettive di applicazione, in cui il liquido viene trasportato sotto pressione o sotto carico attraverso tubazioni sottili – ad esempio in processi chimici o in microsistemi », conclude Schönecker.

Per testare la praticabilità desiderata, è coinvolto anche il Photonik-Zentrum. « Con la tecnologia laser di altissima precisione, possiamo trasferire le strutture superficiali gerarchiche su tubi metallici convenzionali », dice L’hullier. « In altre parole, tutti insieme forniamo il design e le basi di ricerca necessarie per il nostro componente funzionalizzato in termini di comportamento di flusso, e stiamo già costruendo il ponte verso l’applicazione. »

Risposte alle domande:

Jun.-Prof. Clarissa Schönecker
Tel.: 0631 205-5971
Email: schoenecker@mv.uni-kl.de

Prof. Dr. Egbert Oesterschulze
Tel.: 0631 205-2680
E-Mail: oester@rhrk.uni-kl.de

Priv.-Doz. Dr. Johannes L’hullier
Tel.: 0631 415 575 - 12
E-Mail: johannes.lhuillier@pzkl.de