La condensación puede arruinar una mesa de café de madera o empañar los vasos al entrar en un edificio cálido en un día de invierno. pero no todo son inconvenientes; el ciclo de condensación y evaporación tiene aplicaciones importantes.

El agua se puede recolectar del "aire de la nada, "o separados de la sal en plantas desaladoras mediante condensación. Debido a que las gotas de condensación se llevan el calor cuando se evaporan, también es parte del proceso de enfriamiento en las áreas de computación industrial y de alta potencia. Sin embargo, cuando los investigadores echaron un vistazo al método más nuevo de condensación, vieron algo extraño:cuando un tipo especial de superficie se cubre con una fina capa de aceite, Las gotas de agua condensada parecían volar aleatoriamente a través de la superficie a altas velocidades, fusionándose con gotas más grandes, en patrones no causados ​​por la gravedad.

"Están tan lejos en términos propios, dimensiones relativas "—las gotas tienen un diámetro inferior a 50 micrómetros—" y, sin embargo, se tiran, y moverse a velocidades realmente altas, "dijo Patricia Weisensee, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis.

"Todos se mueven hacia las gotas más grandes a velocidades de hasta 1 mm por segundo".

Weisensee y Jianxing Sun, un doctorado candidato en su laboratorio, han determinado que el movimiento aparentemente errático es el resultado de fuerzas capilares desequilibradas que actúan sobre las gotas. También encontraron que la velocidad de las gotas es una función de la viscosidad del aceite y el tamaño de las gotas. lo que significa que la velocidad de las gotas es algo que se puede controlar.

Sus resultados se publicaron en línea en Materia blanda .

¿Por qué se mueven?

En el tipo de condensación más común en la industria, el vapor de agua se condensa para formar una capa gruesa de líquido sobre una superficie. Este método se conoce como condensación "en forma de película". Pero se ha demostrado que otro método es más eficiente para promover la condensación y la transferencia de calor que la acompaña:la condensación gota a gota.

Se ha utilizado en superficies tradicionalmente hidrofóbicas, aquellas que repelen el agua, como el revestimiento de teflón en una sartén antiadherente. Sin embargo, estas superficies tradicionales no humectantes se degradan rápidamente cuando se exponen al vapor caliente. En lugar de, Hace unos pocos años, Los investigadores descubrieron que la infusión de una superficie hidrófoba rugosa o porosa con un lubricante, como el aceite conduce a una condensación más rápida. En tono rimbombante, estas superficies infundidas con lubricante (LIS) llevaron a la formación de gotas de agua más pequeñas y altamente móviles, que son responsables de la mayor parte de la transferencia de calor cuando se trata de condensación y evaporación.

Durante el proceso, sin embargo, el movimiento de las gotas de agua en la superficie parecía errático y rápido. "Se mueven a una velocidad realmente alta para su tamaño, "—Alrededor de 100 micrones—" con solo sentarse allí, "Dijo Weisensee.

"La pregunta es, '¿Por qué se están moviendo?' "

Utilizando microscopía e interferometría de alta velocidad para observar el desarrollo del proceso, Weisensee y su equipo pudieron discernir lo que estaba sucediendo y las relaciones entre el tamaño de las gotas, velocidad y viscosidad del aceite.

Crearon vapor de agua y observaron cómo se formaban pequeñas gotas en la superficie. "El primer proceso es que las gotas pequeñas se fusionan y forman gotas más grandes, ", Dijo Weisensee. Las fuerzas capilares hacen que el aceite crezca y sobre las gotas, formando un menisco, no el músculo de la rodilla, sino más bien una capa curva de aceite que rodea la gota.

El aceite se mueve continuamente, tratando de lograr un equilibrio, ya que cubre gotas de diferentes tamaños en diferentes lugares de la superficie; si se forma una gota grande aquí, el menisco se extiende sobre él, haciendo que la capa de aceite se contraiga en algún otro lugar. Cualquier gota más pequeña en el área de contracción se arrastra rápidamente hacia las gotas más grandes, conduciendo a regiones ricas y pobres en petróleo.

Durante el proceso, gotas más grandes están limpiando esencialmente el espacio, lo que a su vez deja espacio para la formación de gotas más pequeñas.

Dado que la mayor parte de la transferencia de calor (aproximadamente el 85 por ciento) se produce a través de estas pequeñas gotas, el uso de LIS para la condensación gota a gota debería ser una forma más eficiente de dispersar el calor y obtener agua del vapor. Y dado que las gotas son muy pequeñas, menos de 100 micrones de diámetro, la condensación puede ocurrir en un área más pequeña.

Hay otro beneficio también. Durante la condensación "tradicional", la gravedad es la fuerza que limpia el agua de la superficie, dejando espacio para que se formen nuevas gotas. La superficie se coloca verticalmente, y el agua simplemente se escurre. Dado que las fuerzas capilares están haciendo el trabajo en forma de condensación gota a gota en superficies con infusión de líquido, sin embargo, la orientación de la superficie no tiene importancia.

"Podría usarse potencialmente en dispositivos personales, "donde la orientación cambia constantemente, ella dijo, "o en el espacio". Y debido a que todo el proceso es más eficiente que la condensación tradicional, Weisensee dijo:"Esta podría ser una buena forma de despejar el espacio sin tener que depender de la gravedad".

Avanzando, El equipo de Weisensee medirá la transferencia de calor para determinar si las gotas más pequeñas durante la condensación gota a gota en LIS son, De hecho, más eficiente. También planean investigar diferentes superficies para maximizar el movimiento de las gotas.