Físicos do Instituto Politécnico da Virgínia e da Universidade Estadual descobriram uma nova forma de levitar a água, estudada em detalhes há cerca de 300 anos por Johann Gottlob Leidenfrost. A solução proposta reduz drasticamente a temperatura na qual as gotas de água em um líquido começam a voar sobre a superfície resfriada. A descoberta pode melhorar a eficiência da remoção de calor em sistemas de refrigeração de água, por exemplo, em reatores nucleares.
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O chamado efeito Leidenfrost é que uma camada de vapor entre uma gota de líquido e uma superfície superaquecida atua como um isolante de calor, o que também faz com que a gota voe acima da superfície. Em casos críticos, isso pode levar a explosões de vapor, o que é inaceitável no caso de operação de reatores nucleares e, em princípio, na área de resfriamento em geral (ninguém precisa de surpresas na operação de equipamentos).
Os pesquisadores da Virgínia decidiram criar condições mais amenas para a transferência de calor da superfície resfriada de um líquido para reduzir o risco de vaporização explosiva, que aumenta à medida que o meio aquece.
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«Pensávamos que os micropilares mudariam o comportamento deste fenómeno bem conhecido [o efeito Leidenfrost], mas os nossos resultados excederam até a nossa imaginação”, disse o engenheiro mecânico Jingtao Cheng, da Virginia Tech and State University. “As interações observadas entre bolhas e gotículas [de vapor] são uma grande descoberta no campo da transferência de calor em ebulição.”
A superfície resfriada proposta pelos cientistas consiste em centenas de pequenas colunas com cerca de 0,08 mm de altura. Eles estão dispostos em uma grade com espaçamento de célula de cerca de 0,12 mm. Quando colocada em tal superfície, uma gota d’água cobre cerca de 100 colunas. Pressionadas dentro da gota, essas colunas fazem com que ela ferva mais rápido. Como resultado, o efeito de levitação ocorre muito mais rapidamente e a uma temperatura de apenas 130 °C, em vez de aproximadamente 230 °C para superfícies planas convencionais.
A descoberta certamente pode ser utilizada em muitas áreas onde a refrigeração líquida é utilizada, inclusive na área de computadores e principalmente de supercomputadores, que são cada vez mais instalados em usinas nucleares – seu consumo está crescendo muito rapidamente.