Usare superfici ingegnerizzate per disperdere il calore

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L’effetto Leidenfrost è un fenomeno che stabilisce la temperatura alla quale le goccioline d’acqua si librano su un letto del proprio vapore. Ora i ricercatori della Virginia Tech hanno scoperto un metodo per riprodurre la levitazione acquatica a una temperatura molto più bassa.

Se alcune gocce d’acqua cadono su una padella calda, essa sfrigolerà e le goccioline sembreranno rotolare e galleggiare, librandosi sopra la superficie. Questo fenomeno è noto come effetto Leidenfrost e si verifica quando una sostanza liquida entra in contatto con una superficie molto più calda del suo punto di ebollizione. Al momento dell’esposizione, la parte a contatto con il liquido passa immediatamente allo stato gassoso, interponendosi tra la superficie “calda” e la parte ancora liquida.

La temperatura alla quale avviene l’effetto Leidenfrost supera i 230 gradi Celsius, ma i ricercatori della Virginia Tech, negli Stati Uniti, hanno scoperto un metodo per ottenere la levitazione acquatica a una temperatura molto più bassa.

La scoperta ha un grande potenziale nelle applicazioni di trasferimento di calore, come il raffreddamento di macchine industriali e la pulizia delle incrostazioni superficiali degli scambiatori di calore; potrebbe prevenire danni, e perfino disastri, ai macchinari nucleari.

Il team di scienziati ha trovato un modo per abbassare il punto di partenza dell’effetto Leidenfrost producendo una superficie ricoperta di micropilastri. Essi sono alti 0,08 millimetri, più o meno quanto la larghezza di un capello umano, e sono disposti secondo uno schema regolare di 0,12 millimetri l’uno dall’altro. Una goccia d’acqua ne racchiude 100 o più. Questi minuscoli pilastri premono sulla goccia d’acqua, rilasciando calore al suo interno e facendola bollire più rapidamente. Rispetto alla visione tradizionale secondo cui l’effetto Leidenfrost si attiva a 230 gradi Celsius, i micropilastri, simili a una serie di alette, immettono più calore nell’acqua rispetto a una superficie piana, facendo levitare fuori dalla superficie le microgoccioline in pochi millisecondi a temperature più basse, perché la velocità di ebollizione può essere controllata modificando l’altezza dei pilastri. Quando la superficie strutturata è stata riscaldata, il team ha scoperto che l’effetto fluttuante si otteneva a partire da 130 gradi Celsius, una temperatura significativamente inferiore a quella di una superficie piana.

Vantaggi concreti

Se si adatta una superficie calda all’approccio strutturato del team in ambiti come il raffreddamento delle macchine, il calore viene disperso più rapidamente, riducendo la possibilità di danni causati quando una macchina diventa troppo calda.

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