Cientistas descobriram uma nova maneira de levitar a água: WebCuriosos

Se você jogar um punhado de gotas em uma panela bem quente, poderá observá-las deslizando e dançando.

Essas gotículas, acredite ou não, estão na verdade levitando. Se uma superfície estiver suficientemente quente, o calor vaporizará o lado da gota mais próximo dela, criando uma almofada de gás sobre a qual o resto da gota paira.

Isto é conhecido como Efeito Leidenfrostem homenagem ao médico alemão Johann Gottlob Leidenfrost, que documentou o fenômeno no século XVIII.

Agora, uma equipe de cientistas descobriu uma maneira de diminuir a temperatura em que ocorre essa pequena dança aquática. Uma superfície com textura microscópica transfere calor para as gotículas de forma mais eficaz, uma descoberta que tem implicações para aplicações de transferência de calor – como resfriamento de máquinas industriais e torres de resfriamento nuclear.

“Pensamos que os micropilares mudariam o comportamento deste fenómeno bem conhecido, mas os nossos resultados desafiaram até a nossa própria imaginação”, disse. diz o engenheiro mecânico Jingtao Cheng do Instituto Politécnico da Virgínia e da Universidade Estadual.

“As interações bolha-gotícula observadas são uma grande descoberta para a transferência de calor em ebulição.”

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Já sabemos do efeito Leidenfrost há algum tempo e seus parâmetros são bem compreendidos. Para que isso ocorra, é necessário calor suficiente para que a água forme vapor instantaneamente ao entrar em contato com a placa quente, mas não tanto calor que toda a gota de água vaporize instantaneamente.

A razão pela qual a água não vaporiza totalmente nas temperaturas de Leidenfrost é porque uma boa proporção da energia da superfície quente é desviada como vapor, em vez de entrar no resto da gota.

A superfície que Cheng e seus colegas criaram consiste em centenas de pequenos pilares com cerca de 0,08 milímetros de altura, aproximadamente a largura de um fio de cabelo humano. Eles estão dispostos em uma grade, separados por uma distância de cerca de 0,12 milímetros. Quando colocada na superfície, uma gota de água cobre cerca de 100 pilares.

À medida que a água assenta na superfície, os pilares pressionam a gota de água, transmitindo mais calor ao interior e permitindo que a água ferva mais rapidamente. Isto significa que o efeito Leidenfrost pode ser observado, em milissegundos, e a temperaturas muito mais baixas do que numa superfície plana, como uma placa de aquecimento ou uma frigideira.

Na verdade, a equipa conseguiu induzir a levitação de Leidenfrost a 130 graus Celsius, muito abaixo dos 230 graus Celsius que estimaram como típicos para o efeito nestas condições.

Agora, a água é um excelente meio de resfriamento. A água ferve e vaporiza a cerca de 100 graus Celsius (varia um pouco com a altitude). A água líquida não pode ser mais quente que esse ponto de ebulição, pois se transforma em vapor.

É por isso que essa pessoa foi capaz de cozinhar sopa em um saco plástico no fogo: o calor é transferido para a água, que não pode ultrapassar o ponto de fusão do plástico (nota: não faça isso, há produtos químicos no plástico que você não quer na sopa).

A superfície micropilar oferece, portanto, um mecanismo de transferência de calor mais eficiente que poderia ser muito mais seguro do que as tecnologias de resfriamento de água atualmente em uso, dizem os pesquisadores, ajudando a prevenir acidentes perigosos, como explosões de vapor.

“Explosões de vapor ocorrem quando bolhas de vapor dentro de um líquido se expandem rapidamente devido à [presence of an] fonte de calor intensa nas proximidades. Um exemplo de onde este risco é particularmente pertinente é nas centrais nucleares, onde a estrutura superficial dos permutadores de calor pode influenciar o crescimento de bolhas de vapor e potencialmente desencadear tais explosões,” diz o engenheiro Weng Huang da Virginia Tech.

“Através de nossa exploração teórica no artigo, investigamos como a estrutura da superfície afeta o modo de crescimento das bolhas de vapor, fornecendo informações valiosas para controlar e mitigar o risco de explosões de vapor.”

A pesquisa da equipe foi publicada em Física da Natureza.