Se hai mai spruzzato acqua su una padella calda, probabilmente hai visto come le goccioline sembrano danzare e levitare sopra la superficie. Sebbene possa sembrare un trucco visivo, queste gocce in realtà levitano grazie a un fenomeno noto come effetto Leidenfrost.
Questo effetto, che prende il nome dal medico tedesco Johann Gottlob Leidenfrost, è stato studiato dai fisici sin dal XVIII secolo. Si verifica quando una superficie è abbastanza calda da vaporizzare la base delle gocce d’acqua, creando un cuscino di vapore che le fa galleggiare.
Generalmente questo fenomeno si osserva a temperature superiori ai 230 gradi Celsius, ma recenti ricerche, pubblicate su Nature Physics, hanno messo in discussione questi limiti stabiliti.
Un team guidato da Jiangtao Cheng, professore associato di ingegneria meccanica alla Virginia Tech, è riuscito a indurre l’effetto Leidenfrost a temperature molto più basse, intorno ai 130 gradi Celsius.
Ciò è stato possibile grazie allo sviluppo di superfici ricoperte da micropilastri. Queste strutture microscopiche, alte solo 0,08 millimetri (circa lo spessore di un capello umano), sono disposte secondo uno schema regolare a 0,12 millimetri di distanza l’una dall’altra, secondo un comunicato stampa.
Ogni goccia d’acqua si estende su 100 o più di questi micropilastri. Questi piccoli pilastri aumentano il trasferimento di calore verso le gocce d’acqua, permettendo loro di bollire più velocemente e facendo osservare il fenomeno nel giro di pochi millisecondi.
“Come le papille di una foglia di loto, i micropilastri fanno molto più che semplicemente decorare la superficie”, ha spiegato Cheng. “Danno alla superficie nuove proprietà.”
Trasferimento di calore efficiente
Questa innovazione non solo ridefinisce l’effetto Leidenfrost, ma ha anche importanti implicazioni pratiche, soprattutto in campi che richiedono un efficiente trasferimento di calore, come il raffreddamento dei macchinari industriali e le torri di raffreddamento nucleari.
Secondo Wenge Huang, dottorando e membro del gruppo di ricerca, la superficie del micropilastro consente un meccanismo di trasferimento del calore più efficiente, che potrebbe prevenire incidenti come esplosioni di vapore.
“Pensavamo che i micropilastri avrebbero cambiato il comportamento di questo fenomeno ben noto, ma i nostri risultati hanno superato anche le nostre stesse aspettative”, ha affermato il professor Jiangtao Cheng, direttore dello studio.
Queste esplosioni rappresentano un grave rischio negli ambienti industriali e nucleari, poiché si verificano quando le bolle di vapore all’interno di un liquido si espandono rapidamente a causa di un’intensa fonte di calore. La struttura superficiale degli scambiatori di calore può influenzare in modo significativo la crescita di queste bolle.
Pulizie in ambienti industriali
Inoltre, questa strategia superficiale a micropilastri non solo migliora il trasferimento di calore ma rende anche le superfici più facili da pulire. Le bolle di vapore generate possono rimuovere particelle e detriti dalle strutture superficiali, migliorando l’efficienza dei processi di pulizia negli ambienti industriali.
“Pensavamo che i micropilastri avrebbero cambiato il comportamento di questo fenomeno ben noto, ma i nostri risultati hanno sfidato anche le nostre stesse aspettative”, ha detto Cheng. “Le interazioni osservate tra bolle e goccioline sono una grande scoperta per il trasferimento di calore durante l’ebollizione”, ha aggiunto.
