O efeito Cheerios é um processo onde pequenos objetos flutuantes se aglomeram na superfície de um líquido. Os pesquisadores otimizaram esse processo para aumentar as taxas de condensação para sistemas eficientes de coleta de água. Crédito:2024 KAUST; Ivan Gromicho. Uma maneira mais eficiente de capturar água doce do ar poderia ser inspirada por um fenômeno de movimento observado pela primeira vez em tigelas de cereal matinal.
Os pesquisadores da KAUST observaram que quando as gotículas de água se condensam do ar em uma superfície fria revestida com óleo, as gotículas iniciam uma dança complexa. Este movimento – semelhante a um processo conhecido como efeito Cheerios, em que o cereal flutuante tende a aglomerar-se devido à tensão superficial – poderia ajudar a acelerar a recolha de água da atmosfera em regiões áridas como a Arábia Saudita.
“Estamos interessados em projetar superfícies que possam promover a condensação de água, que tem importantes aplicações de transferência de calor e captação de água”, diz Marcus Lin, pesquisador do laboratório de Dan Daniel, que liderou a pesquisa. Em uma superfície sólida típica, as gotas condensadas aderem à superfície com movimento mínimo. “Pense na água condensando em uma lata de refrigerante fria”, diz Lin. "As gotículas só se movem quando crescem o suficiente para que a gravidade as puxe para baixo."
Daniel, Lin e seus colaboradores tiveram a ideia de que a adição de uma fina película de óleo lubrificaria a superfície, resultando em gotículas altamente móveis que liberariam espaço para maior condensação de gotículas, aumentando as taxas de condensação. A ideia funcionou – mas a forma complexa como as gotículas se moviam foi uma surpresa completa, diz Daniel.
Depois que as gotículas atingiram um tamanho crítico, elas começaram a se mover pelo óleo em um padrão distinto, semelhante a uma dança elaborada. “Eles inicialmente se moviam de maneira serpentina antes de passarem para movimentos circulares e depois vice-versa”, diz Lin. “Esses movimentos ocorreram em escalas que variam de micrômetros a vários centímetros e duraram horas”. Os pesquisadores capturaram gotículas de água exibindo movimentos coletivos complexos, oscilando entre movimentos serpentinos e circulares, à medida que se condensavam em uma fina película oleosa. Crédito:2024 KAUST; Fauzia Wardani. A força motriz do processo é que – tal como as Cheerios no leite – as gotas de água que flutuam no óleo são atraídas para as suas vizinhas. O movimento das gotículas maiores é impulsionado pela energia liberada à medida que engolem gotículas menores em seu caminho.
As gotículas em movimento redistribuem o filme de óleo e mudam de um movimento serpentino para um movimento circular quando o filme se esgota localmente. Assim que o petróleo local for reconstruído, a dança da cobra recomeça.
Esses dispositivos que conseguem captar água do ar de forma eficiente por simples condensação, sem entrada de energia, são amplamente procurados à medida que aumenta a pressão nas fontes de água doce, diz Daniel. “Ao otimizar o movimento coletivo das gotículas de condensação, podemos aumentar significativamente as taxas de condensação e, portanto, projetar sistemas de captação de água mais eficientes”, diz ele.
A equipe planeja explorar mais a fundo os mecanismos que impulsionam o movimento das gotículas, investigando particularmente a transição do movimento serpentino para o movimento circular. “Outro aspecto importante é explorar aplicações potenciais, particularmente na melhoria da transferência de calor e na coleta de água”, acrescenta Lin.
O estudo foi publicado na revista Physical Review Letters .
Mais informações: Marcus Lin et al, Emergent Collective Motion of Self-Propelled Condensate Droplets, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.058203 Informações do diário: Cartas de revisão física
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