Mecânica

Líquidos fervem sem bolhas para evitar explosões

Bolhas explosivas

Quando você aquece a água para o café, as bolhas formadas pela fervura, subindo pela água, parecem simpáticas e inofensivas.

Mas sob alta pressão - no interior de uma caldeira industrial, de uma usina termoelétrica ou de um reator nuclear - mesmo as menores bolhas podem causar explosões, destruindo equipamentos e vidas.

Isso explica a importância da descoberta feita por Ivan Vakarelski, da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, da Arábia Saudita.

Inspirando-se em um fenômeno tão trivial quanto uma gota de água pingando sobre uma frigideira quente, os pesquisadores desenvolveram um tipo de aço super-hidrofóbico - com altíssimo nível de repelência à água - que evita a formação de bolhas durante a fervura.

Efeito Leidenfrost

Quando uma superfície metálica - como uma frigideira - fica quente o suficiente, pingos de água que caiam sobre ela não terão tempo de formar uma poça. Em vez disso, eles vão "pipocar", saltando e deslizando, graças ao efeito Leidenfrost.

Descrito em 1756 por Johann Gottlob Leidenfrost, o fenômeno explica como se forma uma camada de vapor na porção inferior da água assim que ela toca a superfície quente.

Essa camada de vapor funciona como um "colchão" de alta pressão que impede que a água ainda em estado líquido toque a frigideira, transformando todo o líquido em vapor sem formar bolhas.

É possível ver as consequências das bolhas - não faça isso em casa - despejando água o suficiente para resfriar a frigideira.

Em um determinado ponto, a temperatura não será alta o suficiente para formar o colchão de vapor e a água conseguirá tocar a superfície quente. Ela então ferverá, formando bolhas, e causando uma verdadeira explosão de água fervente.

Aço super-hidrofóbico

Vakarelski decidiu imitar o colchão de vapor criando uma superfície de aço com nanoestruturas superficiais que o tornaram altamente repelente à água, ou super-hidrofóbico - observe que o aço normal já é repelente à água.

Em termos técnicos, ele estabilizou o filme de vapor de Leidenfrost.

Com isto, o calor pode ser transferido para um líquido dentro do recipiente sem causar bolhas e, portanto, sem riscos de explosão - no experimento, os cientistas fizeram o contrário, colocando esferas e bastões de aço, devidamente superaquecidos, dentro de um recipiente com água.

Segundo a equipe, além de evitar as explosões, essas novas superfícies poderão ajudar a reduzir o desgaste dos metais e melhorar a transferência de calor em usinas e indústrias.

Outras possibilidades de aplicação incluem reduzir o arrasto de navios e permitir a criação de superfícies anticongelantes.

Bibliografia:

Stabilization of Leidenfrost vapour layer by textured superhydrophobic surfaces
Ivan U. Vakarelski, Neelesh A. Patankar, Jeremy O. Marston, Derek Y. C. Chan, Sigurdur T. Thoroddsen
Nature
Vol.: 489, 274-277
DOI: 10.1038/nature11418

How to boil water without bubbles
Katharine Sanderson
Nature
Vol.: Online
DOI: 10.1038/nature.2012.11400




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