Una forma más eficiente de capturar agua dulce del aire podría inspirarse en un fenómeno de movimiento que se vislumbró por primera vez en los tazones de cereal para el desayuno.
Los investigadores de KAUST han observado que cuando las gotas de agua del aire se condensan sobre una superficie fría cubierta de aceite, las gotas comienzan una danza compleja. Este movimiento, similar a un proceso conocido como efecto Cheerios por el cual el cereal flotante tiende a agruparse debido a la tensión superficial, podría ayudar a acelerar la recolección de agua de la atmósfera en regiones áridas como Arabia Saudita.
"Estamos interesados en diseñar superficies que puedan promover la condensación de agua, que tiene importantes aplicaciones de transferencia de calor y recolección de agua", dice Marcus Lin, investigador en el laboratorio de Dan Daniel, quien dirigió la investigación. En una superficie sólida típica, las gotas condensadas se adhieren a la superficie con un movimiento mínimo. "Piense en el agua que se condensa en una lata de refresco fría", dice Lin. "Las gotas sólo se mueven cuando crecen lo suficiente como para que la gravedad las empuje hacia abajo."
Daniel, Lin y sus colaboradores tuvieron la idea de que agregar una fina película de aceite lubricaría la superficie, lo que daría como resultado gotas altamente móviles que liberarían espacio para una mayor condensación de gotas, aumentando las tasas de condensación. La idea funcionó, pero las formas complejas en que se movían las gotas fueron una completa sorpresa, dice Daniel.
Una vez que las gotas alcanzaron un tamaño crítico, comenzaron a moverse a través del aceite en un patrón distintivo similar a una danza elaborada. "Inicialmente se movían de forma serpenteante antes de hacer la transición a movimientos circulares y luego regresar", dice Lin. "Estos movimientos se produjeron en escalas que van desde micrómetros hasta varios centímetros y duraron horas".
La fuerza impulsora del proceso es que, como los Cheerios en la leche, las gotas de agua que flotan en el aceite son atraídas hacia sus vecinas. El movimiento de las gotas más grandes es impulsado por la energía liberada cuando tragan las gotas más pequeñas a su paso.
Las gotas en movimiento redistribuyen la película de aceite y cambian de un movimiento serpentino a uno circular cuando la película se agota localmente. Una vez que el petróleo local se reconstruye, se reanuda la danza de serpientes.
Este tipo de dispositivos que pueden capturar eficientemente agua del aire mediante simple condensación, sin aporte de energía, son muy buscados a medida que aumenta la presión sobre las fuentes de agua dulce, dice Daniel. "Al optimizar el movimiento colectivo de las gotas de condensación, podemos aumentar considerablemente las tasas de condensación y, por lo tanto, diseñar sistemas de recolección de agua más eficientes", afirma.
El equipo planea explorar más a fondo los mecanismos que impulsan el movimiento de las gotas, investigando en particular la transición del movimiento serpentino al circular. "Otro aspecto clave es explorar aplicaciones potenciales, particularmente en la mejora de la transferencia de calor y la recolección de agua", añade Lin.
El estudio se publica en la revista Physical Review Letters. .
Más información: Marcus Lin et al, Movimiento colectivo emergente de gotas de condensado autopropulsadas, Cartas de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.058203
Información de la revista: Cartas de revisión física
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah
