Micro-propulsão termicamente induzida

Abstract

Em 1756, Leidenfrost descobriu que líquidos depositados sobre superfícies muito quentes levitam sobre uma camada do seu próprio vapor, apresentando uma elevada mobilidade. De tal forma que, quando uma gota é colocada sobre um substrato suficientemente quente, caraterizado por uma textura assimétrica, é propulsionada numa direção bem definida (Linke et al. , 2006). O mesmo acontece com sólidos em sublimação, como é o caso do gelo seco. Neste trabalho foi efetuado um estudo experimental da propulsão de Leidenfrost sobre superfícies com perfis dentados assimétricos de dimensões milimétricas, procurando esclarecer a influência da temperatura e da geometria superficiais na velocidade atingida pelo corpo. Os ensaios realizados sobre superfícies em cobre, para o movimento de gotas de água, revelaram o papel determinante da oxidação, que proporcionou, possivelmente em resultado de ligeiras alterações geométricas da textura superficial, velocidades de locomoção mais elevadas. Por sua vez, as experiências realizadas sobre perfis dentados de várias dimensões, tanto com gotas de água como com pequenos discos de gelo seco, indicaram a importância da relação entre a força de propulsão e a força de fricção propiciadas pelo dentado.

As discovered by Leidenfrost in 1756, liquids placed on very hot surfaces levitate on a layer of their own steam with very high mobility. In that way, when placed on a hot enough substrate with an assimetric texture, liquid droplets move in a well-defined direction (Linke et al. , 2006). Something similar happens with sublimating solids, such as dry ice. This work presents an experimental study of the Leidenfrost propulsion on surfaces with assimetric saw-tooth patterns of milimetric dimensions, containing an analysis of the influence of surface geometry and temperature on the velocity reached by the moving body. The tests involving copper substrates and water droplets revealed the decisive role of oxidation, which enabled higher velocities through small modifications on the surface textures. Besides that, experiments performed on the movement of water droplets and small dry ice disks over several surface textures showed the relevance of the ratio of propulsion force to friction force imposed by the toothed surface.