Un modelo matemático que predice cómo el agua se condensa alrededor de partículas diminutas podría ayudar a mejorar los procesos industriales químicos, incluida la producción de tabletas de medicamentos, fertilizantes y catalizadores.

Los modelos de condensación anteriores difieren en sus predicciones de velocidad, dependiendo de factores como la forma y composición de la superficie sobre la que crece la gota. Fong Yew Leong del Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento quería desarrollar un modelo teórico más realista para ayudar a sus colaboradores a comprender los resultados de la condensación experimental. "Aquí es donde el modelado y la computación se vuelven realmente útiles, al proporcionar conocimientos físicos que no se pueden obtener a partir de experimentos, "dice Leong.

Él y sus colegas modelaron una gota de agua que crece en la grieta entre una partícula del tamaño de un micrómetro y una superficie plana. Su modelo considera factores como el tamaño de partícula, la tensión superficial de la gota, y cuánto atrae o repele el agua la superficie subyacente.

El modelo muestra, por ejemplo, que una gota en crecimiento cubre una superficie que atrae el agua (hidrófila) más rápidamente que una superficie que repele el agua (hidrófoba). El volumen de una gota inicialmente aumenta más lentamente en una superficie hidrófoba, pero luego se acelera a medida que la gota se vuelve más convexa. "La gota no se encoge durante la condensación, sino que humedece la partícula por completo, "dice Leong.

El equipo llevó a cabo experimentos para probar su modelo, filmando cómo el agua se condensa alrededor de partículas de dióxido de silicio del tamaño de una micra en un portaobjetos de vidrio (ver imagen). Vieron que el agua siempre se condensaba en la hendidura entre una partícula y el tobogán, en lugar de formar gotas independientes en la superficie, y encontraron que el crecimiento de las gotitas era casi el mismo que el predicho por su modelo. Los investigadores también adaptaron el modelo para predecir el crecimiento de gotitas alrededor de grupos de partículas.

Estos resultados demuestran que no es posible simular con precisión la condensación basándose en un solo factor, dice el equipo. En efecto, parece que hay una competencia entre la partícula y el sustrato que determina qué tan rápido se cubre cada una de agua a medida que se condensa la gota. "Señala importantes implicaciones para la humectación a pequeña escala, ", dice Leong. El equipo ahora espera modelar la condensación y las interacciones de líquidos a escalas de longitud aún más pequeñas.