A condensação pode arruinar uma mesa de centro de madeira ou embaçar os vidros ao entrar em um prédio quente em um dia de inverno, mas nem tudo são inconvenientes; o ciclo de condensação e evaporação tem aplicações importantes.

A água pode ser colhida do "nada, "ou separados do sal em usinas de dessalinização por meio de condensação. Devido ao fato de as gotículas de condensação levarem calor com elas quando evaporam, também faz parte do processo de resfriamento nas arenas de computação industrial e de alta potência. No entanto, quando os pesquisadores deram uma olhada no mais novo método de condensação, eles viram algo estranho:quando um tipo especial de superfície é coberto por uma fina camada de óleo, gotas de água condensadas pareciam estar voando aleatoriamente pela superfície em altas velocidades, fundindo-se com gotas maiores, em padrões não causados ​​pela gravidade.

"Eles estão tão distantes, em termos próprios, dimensões relativas "- as gotículas têm um diâmetro menor que 50 micrômetros -" e ainda assim estão sendo puxadas, e se movendo em velocidades realmente altas, "disse Patricia Weisensee, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis.

"Eles estão todos se movendo em direção às gotas maiores a velocidades de até 1 mm por segundo."

Weisensee e Jianxing Sun, um Ph.D. candidato em seu laboratório, determinaram que o movimento aparentemente errático é o resultado de forças capilares desequilibradas agindo sobre as gotículas. Eles também descobriram que a velocidade das gotas é função da viscosidade do óleo e do tamanho das gotas, o que significa que a velocidade da gota é algo que pode ser controlado.

Seus resultados foram publicados online em Matéria Macia .

Por que eles estão se movendo?

No tipo mais comum de condensação na indústria, o vapor de água se condensa para formar uma espessa camada de líquido em uma superfície. Este método é conhecido como condensação "filmwise". Mas outro método se mostrou mais eficiente para promover a condensação e a transferência de calor que o acompanha:a condensação gota a gota.

Ele tem sido usado em superfícies tradicionalmente hidrofóbicas - aquelas que repelem água, como o revestimento de Teflon em uma bandeja antiaderente. Contudo, essas superfícies tradicionais não umectantes degradam-se rapidamente quando expostas ao vapor quente. Em vez de, alguns anos atrás, pesquisadores descobriram que infundir uma superfície hidrofóbica áspera ou porosa com um lubrificante, como o óleo leva a uma condensação mais rápida. Mais importante, essas superfícies infundidas de lubrificante (LIS) levaram à formação de gotículas de água altamente móveis e menores, que são responsáveis ​​pela maior parte da transferência de calor quando se trata de condensação e evaporação.

Durante o processo, Contudo, o movimento das gotas de água na superfície parecia errático - e rápido. "Eles se movem em uma velocidade muito alta para seu tamanho, "- cerca de 100 mícrons -" apenas por ficar sentado lá, "Weisensee disse.

"A questão é, 'Por que eles estão se movendo?' "

Usando microscopia de alta velocidade e interferometria para observar o andamento do processo, Weisensee e sua equipe foram capazes de discernir o que estava acontecendo e as relações entre o tamanho das gotas, velocidade e viscosidade do óleo.

Eles criaram vapor de água e observaram a formação de pequenas gotas na superfície. "O primeiro processo é que pequenas gotas se aglutinam e formam gotas maiores, "Disse Weisensee. Forças capilares fazem com que o óleo cresça e passe pelas gotas, formando um menisco - não o músculo do joelho, mas sim uma camada curva de óleo em torno da gota.

O óleo está se movendo continuamente, tentando encontrar um equilíbrio, uma vez que cobre gotas de tamanhos diferentes em locais diferentes na superfície - se uma gota grande se formar aqui, o menisco se estende sobre ele, fazendo com que a camada de óleo se contraia em outro lugar. Quaisquer gotículas menores na área de contração são rapidamente puxadas para as gotículas maiores, levando a regiões ricas e pobres em petróleo.

Durante o processo, gotículas maiores estão essencialmente limpando o espaço, o que, por sua vez, abre espaço para a formação de mais pequenas gotas.

Uma vez que a maior parte da transferência de calor (cerca de 85 por cento) ocorre através dessas pequenas gotículas, usar LIS para condensação gota a gota deve ser uma maneira mais eficiente de dispersar o calor e obter água do vapor. E como as gotículas são muito pequenas, menos de 100 mícrons de diâmetro, condensação pode ocorrer em uma área menor.

Há outro benefício, também. Durante a condensação "tradicional", a gravidade é a força que limpa a água da superfície, abrindo espaço para a formação de novas gotas. A superfície é colocada verticalmente, e a água simplesmente escorre. Uma vez que as forças capilares estão fazendo o trabalho em condensação gota a gota em superfícies com infusão de líquido, Contudo, a orientação da superfície é irrelevante.

"Pode ser usado em dispositivos pessoais, "onde a orientação muda constantemente, ela disse, "ou no espaço." E porque todo o processo é mais eficiente do que a condensação tradicional, Weisensee disse, "Esta pode ser uma boa maneira de limpar o espaço sem depender da gravidade."

Daqui para frente, A equipe de Weisensee medirá a transferência de calor para determinar se as gotas menores durante a condensação gota a gota no LIS são, na verdade, mais eficiente. Eles também planejam investigar diferentes superfícies para maximizar o movimento das gotas.