Levitação da água: tecnologia inovadora abre novas possibilidades para a ciência

Se você já se aventurou no mundo da culinária, pode ter presenciado um milagre aquático: a levitação das gotas d’água. Este efeito aparentemente banal ocorre sob condições específicas de interação entre superfícies superaquecidas e os estados físicos dos líquidos.

Porém, além de uma linda dança das gotas na sua frigideira, este efeito pode ter aplicações práticas para fenômenos de transferência de calor e processos de resfriamento industrial e nuclear. Quer saber mais sobre a pesquisa e como funciona essa “mágica” física?

“Levitação” funciona apenas com gotas de água espalhadas.Fonte: Imagens Getty

Qual é o efeito Leidenfrost?

Leidenfrost é um efeito físico-químico da transferência de calor e mudança de estado dos líquidos, mais especificamente da água. Recebeu o nome de Johann Gottlob Leidenfrost, um médico alemão que escreveu um tratado sobre o fenômeno em 1756.

Este é um fenômeno bem descrito e seus mecanismos são bastante simples. Em condições normais, a água ferve a temperaturas iguais ou superiores a 100°C. Ao entrar em contato com superfícies nessa temperatura, tende a absorver o calor de maneira mais uniforme, aquecendo gradativamente cada gota, que aos poucos se transforma em vapor.

Mas no Efeito Leidenfrost esta transformação ocorre de forma mais dramática. Segundo a literatura, a superfície deve estar a pelo menos 230 °C para que o fenômeno possa ser observado.

Quando uma gota entra em contato com essa superfície superaquecida, sua “camada externa” instantaneamente se transforma em vapor. Isso faz com que essa vaporização gere uma espécie de “colchão” que retira momentaneamente o contato entre a água e a superfície quente, evitando que o calor seja transmitido ao núcleo da gota, evitando que toda a gota seja aquecida. Este processo torna-se um ciclo, até que toda a água seja vaporizada ou a superfície de contato esfrie..

Isso faz com que a temperatura da superfície também perca algum calor, mas se estiver sob a ação de uma fonte permanente de aquecimento, logo recupera a temperatura inicial, e com o “desaparecimento” do vapor, a gota cairá novamente em direção ao placa, reiniciando o ciclo, até que desapareça completamente em vapor.

Revolução do resfriamento?

Mas um grupo de investigação da Virginia Tech parece ter feito avanços significativos na obtenção do mesmo resultado, mesmo a temperaturas mais baixas. Eles desenvolveram uma superfície com pequenos sulcos de 0,08 milímetros de altura e com distância de 0,12 milímetros entre um sulco e outro.

Nesta configuração, mesmo na temperatura de 130 °C, ou seja, 100 °C abaixo do esperado, também pode ser observado o Efeito Leidenfrost. De acordo com o grupo, Isso é possível graças à distribuição mais uniforme do calor causada pela presença dessas microranhuras, ou “torrinhas”, como são chamadas..

As bolhas de vapor são geradas pela água em contato direto com a fonte de calor, não havendo controle do tamanho da bolha formada, o que pode ocasionar acidentes.Fonte: Imagens Getty

Numa aplicação prática, em resfriadores baseados na dispersão de calor através de líquidos, como usinas nucleares, poderia ser sugerida a substituição de placas lisas de reatores em contato com água por materiais mais “texturizados”, o que poderia otimizar o processo de resfriamento. resfriamento, além de evitar explosões de vapor.

Embora pareça uma ideia simples, as descobertas do grupo podem acrescentar, e muito, para o desenvolvimento de tecnologias de refrigeração e prevenção de acidentesafinal, a temperatura crítica do sistema não precisaria atingir os 230 °C recomendados anteriormente, mas sim uma temperatura “mais amena”, facilitando o gerenciamento. Quase a temperatura que você costuma usar para preparar o café.

Da curiosidade ao avanço tecnológico

Uma boa parte dos eventos que você vivencia diariamente tem uma explicação física, química ou biológica interessante.

Até mesmo o Efeito Leidenfrost, que você pode ter experimentado todos os dias em sua cozinha de guerra, pode ter usos muito mais extraordinários em larga escala. Não ignore a ciência cotidiana, ela pode lhe trazer surpresas agradáveis.

Você sabia, por exemplo, que a cor dourada da sua comida se deve à reação de Maillard? Mas isso é assunto para outro dia. Enquanto isso, que tal se maravilhar com outros tipos de levitações?

Gostou do conteúdo? Por isso, fique por dentro de mais estudos químicos como este aqui no TecMundo e aproveite para descobrir por que a estrutura da molécula de água pode ser diferente do que aprendemos. Até mais tarde!