Materiais Avançados

Material biomimético diminui atrito de líquidos em canos

Material biomimético diminui atrito de líquidos em canos
A microtextura cria bolhas de ar que duram meses, facilitando a passagem dos fluidos pelos canos. [Imagem: KAUST]

Arrasto em dutos

Canos e dutos estão por toda parte, servindo desde o transporte de petróleo bruto e refinado até a irrigação e a dessalinização de água.

Agora, pesquisadores da Universidade Rei Abdullah, na Arábia Saudita, desenvolveram superfícies inspiradas na natureza que diminuem o atrito na interface entre a superfície do líquido e a superfície do tubo, reduzindo o arrasto e diminuindo drasticamente a energia necessária para bombear o fluido.

Os métodos convencionais para reduzir o arrasto em dutos dependem exclusivamente de revestimentos químicos, que geralmente consistem em compostos perfluorados. Quando aplicados em superfícies ásperas, esses revestimentos tendem a reter pequenas bolhas de ar na interface líquido-sólido, o que reduz o contato entre o líquido e a superfície do tubo. Consequentemente, isso aumenta a omnifobicidade da superfície - a capacidade de repelir líquidos, como água e óleo.

"Mas se os revestimentos forem danificados, então você está com problemas," explica o professor Himanshu Mishra, observando que os revestimentos geralmente são danificados por condições abrasivas e de temperatura elevada.

Por isso, ele e sua equipe desenvolveram superfícies com microtexturas que dispensam os revestimentos para reter o ar quando em contato com líquidos. As microtexturas imitam a pele omnifóbica dos colêmbolos (Collembola), que são organismos semelhantes a insetos encontrados em solos úmidos.

Material biomimético diminui atrito de líquidos em canos
As microcavidades circulares são as mais eficientes no aprisionamento do ar. [Imagem: 10.1038/s41467-018-05895-x]

Cavidades duplamente reentrantes

A superfície biomimética é construída esculpindo matrizes de cavidades microscópicas com bordas em forma de cogumelo, que recebem o pomposo nome de cavidades duplamente reentrantes (CDRs).

Enquanto cavidades cilíndricas simples foram tomadas pelo líquido em menos de 0,1 segundo quando imersas no solvente hexadecano, as cavidades biomiméticas mantiveram o ar retido por mais de 10.000.000 de segundos (115 dias). Depois de testar o comportamento de molhamento de CDRs circulares, quadradas e hexagonais, constatou-se que as CDRs circulares são as melhores para sustentar o ar aprisionado.

Os pesquisadores também descobriram que a pressão de vapor dos líquidos influencia a armadilha de ar. Para líquidos com baixa pressão de vapor, como o hexadecano, o gás aprisionado permaneceu intacto por meses. Para líquidos com maior pressão de vapor, como a água, a condensação capilar no interior das cavidades interrompeu o aprisionamento de longo prazo.

A equipe agora está explorando abordagens escalonáveis para gerar as cavidades em forma de cogumelo em materiais de baixo custo, como o tereftalato de polietileno, para reduzir a arrasto por atrito. Um dos primeiros usos do material deverá ser na dessalinização de água.

Bibliografia:

Biomimetic coating-free surfaces for long-term entrapment of air under wetting liquids
Eddy M. Domingues, Sankara Arunachalam, Jamilya Nauruzbayeva, Himanshu Mishra
Nature Communications
Vol.: 9, Article number: 3606
DOI: 10.1038/s41467-018-05895-x




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