A geada se forma nas regiões convexas das folhas, mas não nas veias côncavas. Crédito:Stephan Herb
Pesquisadores da Northwestern University descobriram uma nova maneira de reduzir significativamente a formação de gelo em qualquer superfície. A descoberta pode ajudar a diminuir a quantidade de energia necessária para o degelo e pode resultar em menos voos cancelados, que pode ser aterrado até mesmo pela mais leve camada de gelo.
Ajustando a textura da superfície de qualquer material, a equipe conseguiu reduzir experimentalmente a formação de gelo em até 60%. A estrutura da superfície em escala milimétrica contém uma estrutura otimizada, série irregular de picos e vales, que os pesquisadores observaram na natureza. Com esta estrutura, a equipe também mostrou teoricamente que a formação de gelo pode ser reduzida em até 80%.
"Essa ideia surgiu olhando para as folhas, "disse o Parque Kyoo-Chul da Northwestern, quem conduziu o estudo. “Há mais formação de geada nas regiões convexas de uma folha. Nas regiões côncavas (as nervuras), vemos muito menos geada. Descobrimos que é a geometria - não o material - que controla isso. "
O estudo será publicado hoje (10 de março) no Proceedings of the National Academy of Sciences . Park é professor assistente de engenharia mecânica na McCormick School of Engineering da Northwestern.
As pessoas que vivem em climas frios estão muito familiarizadas com a geada. Ele se forma quando o vapor do ar úmido ou a condensação entram em contato com uma superfície que está abaixo da temperatura de congelamento.
Todo inverno, as pessoas a raspam de seus carros ou se preocupam com a possibilidade de matar suas plantas. Mas a geada é mais do que um incômodo. Gelo nas asas do avião pode criar arrasto, tornando o voo perigoso ou mesmo impossível. E, quando se acumulam dentro de freezers e refrigeradores, o gelo reduz muito a eficiência energética dos aparelhos.
Ken Park e sua equipe imprimiram em 3D uma folha de bordo e encheram-na com líquido refrigerante para observar como a geada evitou a formação em regiões côncavas. Crédito:Northwestern University
Mas a geada não se forma em tudo. Para objetos, como folhas, que tem geometria ondulante, A geada se forma nos picos, mas raramente nos vales.
"As pessoas notaram isso por vários milhares de anos, "Park disse." Incrivelmente, não havia explicação de como esses padrões se formam. "
Por meio de trabalhos experimentais e simulações computacionais, Park e seus colaboradores descobriram que a condensação é intensificada nos picos e suprimida nos vales das superfícies onduladas. A pequena quantidade de água condensada nos vales evapora, resultando em uma área livre de gelo. Mesmo quando Park usou um material de superfície que atrai água, a água ainda evaporava dos vales quando abaixo do ponto de congelamento.
Park usou esta nova informação para encontrar a textura de superfície ideal para prevenir a formação de gelo. A superfície vencedora contém picos e vales com milímetros de altura com ângulos pequenos (40-60 graus) entre eles.
Embora uma linha fina de gelo ainda se forme nos picos da topografia da superfície, pode ser descongelado com consideravelmente menos energia. Também evita a necessidade de usar líquidos com pontos de congelamento ou revestimentos de superfície mais baixos, que pode ser facilmente arranhado.
"A região sem gelo inicia o processo de descongelamento, "Park disse." Isso reduziria os materiais e a energia usados para resolver os problemas de congelamento. Tudo o que temos a fazer é fornecer a outros as diretrizes para projetar essas superfícies serrilhadas. "
