Efeito Leidenfrost inverso: Gota quente flutua sobre panela fria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/03/2025

O comportamento é totalmente diferente quando as gotas estão aquecidas (embaixo).
[Imagem: Yufang Liu et al. - 10.1016/j.newton.2025.100014]

Efeito Leidenfrost inverso

O efeito Leidenfrost, que faz as gotas de água dançarem quando pingam sobre uma panela quente, é famoso e bem explorado, com ideias que vão de fazer a água ferver com mais eficiência nas panelas e resfriar casas sem gastar energia até armaduras térmicas e o uso de gelo para transferir calor.

Contudo, mesmo tendo sido observado em 1751 por Johann Gottlob Leidenfrost, esse curioso efeito ainda guardava surpresas, que acabam de ser desvendadas por Yufang Liu e colegas da Universidade Cidade de Hong Kong.

Liu descobriu que dá para imitar o mesmo efeito sem precisar de uma superfície quente: Basta aquecer a própria gota, e ela deslizará e saltará sobre uma superfície fria.

No efeito Leidenfrost original, a superfície quente faz a superfície da água vaporizar, criando um colchão de vapor que faz com que ela não apenas não grude na superfície, mas possa até saltar. Neste recém-descoberto "efeito Leidenfrost inverso", a convecção na própria gota é suficiente para gerar o mesmo efeito.

Evolução temporal da situação normal (esquerda) e do efeito Leidenfrost a frio (direita).
[Imagem: Yufang Liu et al. - 10.1016/j.newton.2025.100014]

Leidenfrost a frio

Para entender melhor como o calor afeta o comportamento das gotículas, os pesquisadores usaram hexadecano, um líquido oleoso com propriedades semelhantes às dos combustíveis. Eles deixaram cair gotículas da substância em temperatura ambiente, aquecidas (120 ºC) e em chamas em várias superfícies, algumas das quais eram lisas, algumas eram ranhuradas e outras eram repelentes de líquidos.

As gotículas em temperatura ambiente grudaram em todas as superfícies após o contato, como se esperava. Mas as gotículas aquecidas e em chamas ricochetearam, sugerindo que o calor era a chave para esse comportamento anômalo.

Usando câmeras térmicas e de alta velocidade, juntamente com modelos de computador, a equipe descobriu que, à medida que uma gotícula quente se aproxima da superfície em temperatura ambiente, a parte inferior da gotícula esfria mais rapidamente do que a parte superior, criando uma corrente interna de convecção.

Essa diferença de temperatura agita a circulação dentro da gotícula, onde o líquido mais quente flui das bordas em direção à parte inferior, arrastando o ar junto com ele. Esse ar forma uma almofada fina e invisível na parte inferior da gotícula, impedindo que ela faça contato com a superfície e permitindo que ela rebata. Os pesquisadores observam que, embora a distribuição de temperatura seja fundamental nesse processo, outros fatores também podem desempenhar um papel, mas isto terá que ser estudado comparando gotas de diferentes substâncias.

O fenômeno é explicado pela convecção interna gerada conforme a parte de baixo da gotícula esfria mais rapidamente do que a parte superior.
[Imagem: Yufang Liu et al. - 10.1016/j.newton.2025.100014]

Aplicações em motores e antichamas

Uma pesquisa básica como esta suscita uma curiosidade natural, mas é claro que os pesquisadores sempre pensam em como explorar suas descobertas.

"Entender por que gotículas quentes ricocheteiam não é apenas uma questão de curiosidade - isso pode ter aplicações no mundo real," destacou o professor Pingan Zhu. "Se gotículas em chamas não conseguem grudar em superfícies, elas não conseguirão incendiar novos materiais e permitir que o fogo se propague."

Ao combinar o comportamento de salto de gotículas quentes com revestimentos repelentes de líquidos, a equipe explorou algumas possíveis aplicações. Eles demonstraram que gotículas em chamas em filmes plásticos repelentes de líquidos flutuam em uma fina almofada de ar, impedindo o contato direto. Esse revestimento reduziu a área de contato da gotícula na superfície em mais de quatro vezes em comparação ao plástico puro, que se deformou e sofreu danos do fogo quando entrou em contato com a gotícula em chamas.

A equipe também estudou o fenômeno em motores. Eles descobriram que, quando gotículas de combustível grudam em superfícies, elas queimam de forma ineficiente, deixando resíduos não queimados e desperdiçando energia. Mas, em um modelo de motor com um revestimento repelente de líquidos, as gotículas formaram gotas e queimaram completamente. Isso pode levar a materiais mais resistentes ao fogo e a motores mais eficientes.

"Nosso estudo pode ajudar a proteger materiais inflamáveis, como tecidos, de gotículas em chama," disse Zhu. "Confinar incêndios a uma área menor e desacelerar sua propagação pode dar aos bombeiros mais tempo para apagá-los."

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