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Com que rapidez uma gota flui ao longo de uma fibra? Depende do diâmetro da fibra… e também da sua subestrutura! Estas são as conclusões de um estudo conduzido por investigadores da Universidade de Liège interessados em microfluídica, especialmente na recolha de água em regiões áridas/semiáridas do nosso planeta. Esses resultados são tema de publicação destacada pelos editores da revista Fluidos de revisão física.
Semelhante às fazendas de umidade imaginadas em mundos de ficção científica como o de “Guerra nas Estrelas”, muitas espécies de plantas de regiões áridas ou semiáridas da Terra desenvolveram estratégias engenhosas para capturar água do ar, garantindo sua sobrevivência. Recentemente, os investigadores têm-se concentrado na compreensão dos mecanismos fundamentais do transporte aquático, pretendendo reproduzi-los e melhorá-los, especialmente para facilitar a recolha de humidade atmosférica em desertos. Um estudo recente liderado pelo GRASP da Universidade de Liège (ULiège) procurou compreender melhor os factores que influenciam o movimento destas preciosas gotículas. Para fazer isso, os cientistas rastrearam em tempo real as características e a dinâmica dessas gotículas à medida que deslizavam ao longo de fibras individuais ou feixes de fibras.
“Seguir uma gota enquanto ela desce ao longo de uma fibra vertical sob a influência da gravidade apresenta um desafio experimental complexo: como rastrear uma gota ao longo de vários metros de fio? Explica Matteo Léonard, pesquisador do GRASP e principal autor do estudo. problema, os pesquisadores desenvolveram um dispositivo inteligente em seu laboratório. “Em vez de seguir a queda de uma gota, colocamos a fibra em movimento de modo que sua velocidade seja exatamente igual e oposta à da gota. Dessa forma, a gota permanece ‘estacionária’ na frente da câmera.” Superado esse desafio, eles usaram inicialmente fibras de diâmetros diferentes. Eles observaram que as gotas tinham velocidade menor em um determinado volume quando as fibras eram mais espessas, conforme previsto por teoria. Posteriormente, os pesquisadores criaram feixes de fibras amarrando as pontas de duas ou mais fibras e aplicando uma leve torção para garantir o contato entre todas as fibras. “Essa configuração criou um feixe de fibras com ranhuras, semelhante à trança de fios em um corda, o que resultou no aparecimento de ranhuras no cordão”, explica Matteo Leonard. Nessa configuração, os pesquisadores observaram os mesmos comportamentos das fibras simples: à medida que o número de fibras no feixe aumentava, o diâmetro geral do feixe aumentava, resultando em velocidade mais baixa em um determinado volume. Este comportamento previsível, no entanto, escondeu um fenômeno mais complexo…
Na verdade, o que dizer do comportamento da gota no caso em que ambas as configurações (simples e feixe) têm o mesmo diâmetro (ou seja, uma fibra com diâmetro de 0,28 mm versus duas fibras com diâmetro de 0,14 mm)? Dado que o obstáculo do fenómeno é a dissipação (isto é, o atrito dentro do líquido e entre o líquido e a fibra), seria de esperar que ambos os casos produzissem resultados idênticos porque a superfície de contacto entre o líquido e a fibra é a mesma. “De jeito nenhum. Observamos que na mesma distância percorrida, a gota no feixe de fibras foi mais rápida. Também perdeu mais volume.” Os investigadores acreditam que nesta configuração a gota perde volume porque tende a “preencher” as ranhuras com o seu próprio volume, criando assim um trilho líquido sobre o qual desliza de forma mais eficiente e, portanto, mais rápida.
Os resultados deste estudo trazem uma contribuição significativa para a área de projeto de estruturas para captação de água atmosférica. Notavelmente, pode potencialmente melhorar a eficiência das redes de nuvem, que consistem numa rede de fibras, a um custo baixo. Além disso, esta pesquisa destaca a importância crescente das subestruturas regularmente observadas em organismos que vivem em ambientes desérticos. Estas subestruturas, como micro-ranhuras ou micro-cabelos, demonstram a engenhosidade da natureza na captação e transporte de água, inspirando futuras inovações tecnológicas.
*Uma fazenda de umidade é uma área de terra dedicada à produção de água através da extração de umidade do ar seco.
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