Micro-propulsão termicamente induzida: efeito do tamanho da gota

Abstract

O efeito de Leidenfrost, descoberto a 1756 por Johann Gottlob Leidenfrost, é um fenómeno físico em que líquidos depositados em superfícies suficientemente quentes, levitam sobre uma camada do seu próprio vapor, conferindo-lhes elevada mobilidade. Tendo-se procurado beneficiar desta situação de fricção reduzida, Linke et al. (2006) verificaram que, depositando gotas de água num substrato muito quente definido por uma textura assimétrica, estas se moviam numa direção bem definida. Neste trabalho foi realizado um estudo experimental sobre a propulsão de Leidenfrost sobre superfícies de dentado assimétrico, de modo a se perceber a influência do tamanho de gota nas velocidades atingidas pelas gotas. Também se analisaram a influência da temperatura e geometrias superficiais. Os ensaios efetuados mostraram o papel determinante do diâmetro de gota na velocidade de propulsão, que aumenta com a diminuição do volume das gotas de água. No entanto, em gotas de grandes dimensões, o aumento da área de contacto também permite um maior contacto com os topos dos dentes, aumentando a velocidade em relação a gotas pequenas, contrariada pelo aumento da força de fricção, diminuindo a velocidade de propulsão, para grupos de gotas da mesma dimensão. .

Discovered in 1756 by Johann Gottlob Leidenfrost, the Leidenfrost effect is a physical phenomenon in which liquids, that are placed on a hot enough surface, levitate on a layer of their own vapour. This absence of contact grants them very high mobility. Trying to benefit from this situation of reduced friction, Linke et al. (2006) observed that, when water droplets were dispensed on a substrate with an assimetric texture and at a high temperature, they would move on a well defined trajectory. An experimental study on the Leidenfrost propulsion, on ratchets with an assimetric saw tooth pattern, was therefore made, in order to estabilish the influence of the drop size on the velocities reached by the water droplets. An analysis on the influence of the temperature and geometry of the surface was also made. The tests carried out, showed the importance of the drop size on the velocity of the moving water bodies, which increases while reducing the water droplets’ volume. However, droplets of greater size, experience an increase of their contact area. This means that the droplet will contact more teeth than a smaller droplet, increasing its velocity. Even though they experience an increase in their velocity, this will also mean an increase on the friction force, reducing the droplet’s velocity for groups of the same size. .