Los científicos han desarrollado una nueva forma más eficiente de extraer agua dulce del aire

El efecto Cheerios es un proceso en el que pequeños objetos flotantes se juntan en la superficie de un líquido. Los investigadores han optimizado este proceso para aumentar las tasas de condensación para sistemas eficientes de recolección de agua. Crédito: 2024 KAUST; Iván Gromicho

Una forma más eficiente de capturar agua dulce del aire puede estar inspirada en un fenómeno de movimiento observado por primera vez en los tazones de cereales para el desayuno.

Los investigadores de KAUST observaron que, cuando las gotas de agua del aire se condensan sobre una superficie fría cubierta de aceite, las gotas comienzan una danza compleja. Este movimiento, similar a un proceso conocido como efecto Cheerios en el que los cereales flotantes tienden a agruparse debido a la tensión superficial, puede ayudar a acelerar la recolección de agua de la atmósfera en regiones áridas como Arabia Saudita.

«Estamos interesados ​​en diseñar superficies que puedan promover la condensación de agua, que tiene importantes aplicaciones de transferencia de calor y recolección de agua», dice Marcus Lin, investigador en el laboratorio de Dan Daniel, quien realizó la investigación. En una superficie sólida típica, las gotas condensadas se adhieren a la superficie con un movimiento mínimo. «Piense en el agua que se condensa en una lata de refresco fría», dice Lin. «Las gotas sólo se mueven una vez que crecen lo suficiente como para que la gravedad las empuje hacia abajo».

Sorprendentes movimientos de gotas.

Daniel, Lin y sus colaboradores tuvieron la idea de que agregar una fina película de aceite lubrica la superficie, lo que da como resultado gotas altamente móviles que liberan espacio para una mayor condensación de gotas, aumentando las tasas de condensación. La idea funcionó, pero las complejas formas en que se movían las gotas fueron una completa sorpresa, dice Daniel.

Una vez que las gotas alcanzaron un tamaño crítico, comenzaron a moverse a través del aceite en un patrón distintivo similar a una danza elaborada. «Al principio se movía de forma serpenteante, antes de pasar a movimientos circulares y luego viceversa», dice Lin. «Estos movimientos se produjeron en escalas que van desde micrómetros hasta varios centímetros y duraron horas».

Los investigadores capturaron gotas de agua que exhibían un movimiento colectivo complejo, oscilando entre movimientos circulares y serpentinos, mientras se condensaban en una fina película aceitosa. Crédito: 2024 KAUST; Fauzia Wardani

La fuerza impulsora detrás del proceso es que, como los Cheerios en la leche, las gotas de agua que flotan sobre el aceite son atraídas por sus vecinas. El movimiento de las gotas más grandes es impulsado por la energía liberada cuando tragan gotas más pequeñas en su camino.

Las gotas en movimiento redistribuyen la película de aceite y cambian de movimiento serpentino a circular cuando la película se drena localmente. Una vez que se reconstruya el petróleo local, se reanudará la danza de serpientes.

Este tipo de dispositivos, que pueden capturar agua del aire de manera eficiente mediante una simple condensación, sin aporte de energía, son muy buscados a medida que aumenta la presión sobre las fuentes de agua dulce, dice Daniel. «Al optimizar el movimiento colectivo de las gotas de condensación, podemos aumentar considerablemente las tasas de condensación y, por lo tanto, diseñar sistemas de recolección de agua más eficientes», afirma.

El equipo planea explorar más a fondo los mecanismos que impulsan el movimiento de las gotas, en particular investigando la transición del movimiento serpentino al movimiento circular. «Otro aspecto clave es explorar aplicaciones potenciales, particularmente para mejorar la transferencia de calor y la recolección de agua», añade Lin.

Referencia: «Movimiento colectivo emergente de gotas de condensado autopropulsadas» por Marcus Lin, Philseok Kim, Sankara Arunachalam, Rifan Hardian, Solomon Adera, Joanna Aizenberg, Xi Yao y Dan Daniel, 1 de febrero de 2024, Cartas de revisión física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.058203