Nuovo modo per far rimbalzare le gocce d'acqua

Gli ingegneri progettano superfici che possono rimbalzare la pioggia prevenendo potenzialmente la formazione di ghiaccio o il ristagno dell'acqua.

In molti ambiti, gli ingegneri vogliono minimizzare il contatto di goccioline d'acqua o altri liquidi con le superfici su cui cadono. L'obiettivo è quindi quello di impedire che il ghiaccio si accumuli su un'ala di un aeroplano o una pala di una turbina, prevenire la dispersione di calore da una superficie durante la pioggia, prevenire l'accumulo di sale sulle superfici esposte agli spruzzi dell'acqua di mare. Far rimbalzare le goccioline il più velocemente possibile e ridurre al minimo la quantità di contatto con la superficie può essere la chiave per mantenere il corretto funzionamento dei sistemi.

Lo studio è descritto nella rivista ACS (1) Nano in un documento del dottor Henri-Louis Girard, del MIT, del post dottorato Dan Soto e del professore di ingegneria meccanica Kripa Varanasi. (2) Questo processo, spiegano gli autori, genera una serie di forme ad anello sollevate dalla superficie del materiale. Nel momento in cui la gocciolina cade, invece di scorrere piatta attraverso la superficie, schizza verso l'alto assumendo una configurazione a forma di ciotola.

Il lavoro è il seguito di un precedente progetto (3) del dottor Kripa Varanasi e del suo team. Essi ridussero il tempo di contatto delle goccioline su una superficie creando creste sollevate che interruppero il normale modello di diffusione delle gocce sul piano piatto. Il nuovo lavoro rappresenta un passo evolutivo del progetto in quanto permette di ottenere una maggiore riduzione del tempo di impatto tra la goccia e la superficie su cui essa va a collidere.

Il team ha avviato una serie di esperimenti dimostrando come gli anelli rialzati della misura giusta, coprendo la superficie, alterano l'acqua facendola espandere verso l'alto, formando uno spruzzo a forma di ciotola. L'angolo dello spruzzo verso l'alto si potrebbe controllare regolando l'altezza e il profilo di quegli anelli. Se gli anelli sono troppo grandi o troppo piccoli rispetto alle dimensioni delle goccioline, il sistema diventa meno efficace o non funziona affatto, ma quando la dimensione è giusta si ottiene l'effetto.

Gli stessi anelli possono essere realizzati in diversi modi e con materiali diversi, dicono i ricercatori - sono solo le dimensioni e la spaziatura che contano. Per alcuni test, hanno usato anelli 3-D stampati su un substrato e per altri si sono serviti di una superficie con un motivo creato attraverso un processo di incisione simile a quello impiegato nella produzione di microchip. Altri anelli sono stati realizzati mediante fresatura di plastica controllata da computer.

Secondo Henri-Louis Girard, tenendo conto che gli impatti con goccioline a velocità maggiore generalmente possono essere più dannosi per una superficie, con questo sistema la velocità più elevata migliora effettivamente l'efficacia del reindirizzamento, eliminando anche più liquido rispetto a una velocità più bassa. Questa è una buona notizia per le applicazioni pratiche, ad esempio nel gestire la pioggia, che ha una velocità relativamente alta.

Oltre a tenere il ghiaccio lontano dalle ali degli aeroplani, il nuovo sistema potrebbe avere un'ampia varietà di applicazioni, sostengono i ricercatori. Ad esempio, i tessuti impermeabili possono inzupparsi quando l'acqua riempie gli spazi tra le fibre, ma una volta trattati con gli anelli di superficie, i tessuti riescono mantenere la capacità di gettare l'acqua più a lungo con risultati decisamente ottimali. “Abbiamo constatato un miglioramento del 50 percento utilizzando le strutture ad anello”, dice Henri-Louis Girard.

La ricerca è stata supportata dal MIT’s Deshpande Center for Technological Innovation.

Riferimenti:

(1) Waterbowls: Reducing Impacting Droplet Interactions by Momentum Redirection

(2) Kripa Varanasi

(3) Droplets break a theoretical time barrier on bouncing

Descrizione foto: le gocce che cadono su una superficie appositamente preparata con piccoli disegni a forma di anello schizzano verso l'alto a forma di ciotola, come visto in questa foto, invece di diffondersi sulla superficie riducono al minimo il contatto dell'acqua con la superficie. Credit: Henri-Louis Girard, Jim Bales, and Kripa Varanasi.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A new way to make droplets bounce away