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Silvana TapiaLuisa AchaerandioJuan Carlos GilIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasGastón GiribetAlberto Aparicisuperficies superhidrofóbicas atrapar airehojas de loto implos naturalezaagua gotas superficie superhidrofóbicasuperficies superhidrofóbicas como hojas de lotorevestimiento parabrisas coches para empañamientocapa en parabrisas tipo fórmula 1superhidrofobicidad zapatero de aguaarginoreta acuática seda superhidrofóbicacampana de buceo arginoreta acuáticahormigas del fuego solenopsissuperhidrofobicidad hormigas del fuegobalsas flotantes inundaciones hormiguitassuperhidrofobicidad inspirada en organismosbiomimética materiales super hidrofóbicosaerogel resistencia mecánica limitadaláminas flexibles atrapar aireArginoreta AcuáticaJuan Carlos GilTitanicFórmula 1Héctor Socascloruro de cobre 2PDMSAdvanced Functional Materialsgénero Solenopsisfigura 1Tian Xu XuUniversidad de RochesterChunlei WuNueva YorkAluminioEstados UnidosJohn LaplaceCFDCristina HernándezJuan Manuel Cruz
Superhidrofobicidad zapatero de Agua
Con
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Juan Carlos Gil describe ejemplos adicionales de organismos que utilizan la superhidrofobicidad, incluyendo el zapatero de agua y la Arginoreta Acuática.
…hecho lo hacemos, pero estas soluciones dependen de mantener el aire encerrado en compartimientos estancos. Si la estructura se perfora, se degrada, se corroe por cualquier cosa y el agua la inunda, pues obviamente se va a pique; que se lo digan al Titanic. Por eso en los últimos años se está explorando una estrategia diferente, no tanto en cerrar el aire sino atraparlo. ¿Cómo? La gracia fundamental de este artículo, usando superficies superhidrofóbicas, superficies con tan poca afinidad por el agua que prácticamente no se mojan. En vez de extenderse el líquido en estas superficies formando una película sobre ellas, pues las gotas de agua, si hablamos de ellas, permanecen casi esféricas y resbalan fácilmente a lo largo de la superficie superhidrofóbica y pues lo sabéis, hay implos en la naturaleza, el paradigmático es las hojas de loto que pueden soportar debido a este fenómeno y otras cosas una carga sobre ellas superior a su propio peso. No sé si habéis visto fotos o vídeos de un pedazo pájaro en una hoja, la hoja gorda, pero el peso del pájaro, en fin, es mucho mayor. O los zapateros de agua. Esto tiene que ver, perdona, esto tiene que ver con la película que se ponen los parabrisas de los coches para evitar, para que cuando llueve, no sé, ahora les ponen algo; hay alguna capa que aplica la parabrisas. Yo sé que hay sustancias, sustancias, si se refiere a eso, o una cobertura tipo la que llevan los pilotos de Fórmula 1 que se la quitan, no, hay sustancias que se echan y son súper hidrofóbicas. Sí, a eso me refiero, si algo así es lo que se usa en los coches parabrisas. Sí, es semejante tratamiento hidrofóbico. Más bichitos que utilizan la superhidrofobicidad, el zapatero de agua que es capaz de caminar sobre la superficie utiliza la tensión superficial, pero las patitas de sus patas son superhidrofóbicas; si no mojarían irían para el papique o el Araña de Agua. Esto es, si no lo conocéis, es fascinante: Arginoreta Acuática teje una campana de buceo, tal cual, con seda superhidrofóbica, la llena de aire y se la mete para abajo del agua porque es su hábitat; es donde vive y utiliza el aire acumulado ahí para respirar, nada menos. Y también está el ejemplo de las hormigas del fuego que lo menciona el artículo, el género Solenopsis que durante las inundaciones se unen formando entre ellas balsas flotantes de hasta decenas de miles de hormiguitas. Al agruparse atrapan el aire con sus cuerpos super hidrofóbicos, crean una estructura que puede mantenerse a flote incluso durante días. Van rotando alrededor de la estructura para no estar mucho rato debajo porque si no te mueres y el cadáver no actúa. Van rotándose en las posiciones inferiores; otra cosa fascinante, los bichitos son increíbles. Bueno, Inspirándose en estas estrategias entonces, los humanos hemos hecho biomimética; hemos explorado materiales super hidrofóbicos tratando de que floten pues como espumas, aerogeles, cosas porosas, láminas flexibles capaces de eso de atrapar el aire y de resistir al menos parcialmente la inmersión pero siempre, siempre, siempre manifiestan una serie de problemas notables. Primero resistencia mecánica: ¿qué resistencia va a tener un aerogel? A poquita, tolerancia a impactos, dificultad para escalarse, vale, en el laboratorio, pero si quieres poner una ciudad en medio del mar, de nuevo el aerogel no va a ser la solución y una cosa fundamental de todas ellas es Que acaban perdiendo la flotabilidad cuando se sumergen del todo o cuando se inclinan demasiado, vale. De hecho, los autores del paper que os voy a contar ya propusieron una de estas estructuras en el año 2019, bastante ingeniosa: dos placas de aluminio en…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil describe ejemplos adicionales de organismos que utilizan la superhidrofobicidad, incluyendo el zapatero de agua y la Arginoreta Acuática.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1superficies superhidrofóbicas atrapar airehojas de loto implos naturalezaagua gotas superficie superhidrofóbicasuperficies superhidrofóbicas como hojas de lotorevestimiento parabrisas coches para empañamientocapa en parabrisas tipo fórmula 1superhidrofobicidad zapatero de aguaarginoreta acuática seda superhidrofóbicacampana de buceo arginoreta acuáticahormigas del fuego solenopsissuperhidrofobicidad hormigas del fuegobalsas flotantes inundaciones hormiguitassuperhidrofobicidad inspirada en organismosbiomimética materiales super hidrofóbicosaerogel resistencia mecánica limitadaláminas flexibles atrapar aire…hecho lo hacemos, pero estas soluciones dependen de mantener el aire encerrado en compartimientos estancos. Si la estructura se perfora, se degrada, se corroe por cualquier cosa y el agua la inunda, pues obviamente se va a pique; que se lo digan al Titanic. Por eso en los últimos años se está explorando una estrategia diferente, no tanto en cerrar el aire sino atraparlo. ¿Cómo? La gracia fundamental de este artículo, usando superficies superhidrofóbicas, superficies con tan poca afinidad por el agua que prácticamente no se mojan. En vez de extenderse el líquido en estas superficies formando una película sobre ellas, pues las gotas de agua, si hablamos de ellas, permanecen casi esféricas y resbalan fácilmente a lo largo de la superficie superhidrofóbica y pues lo sabéis, hay implos en la naturaleza, el paradigmático es las hojas de loto que pueden soportar debido a este fenómeno y otras cosas una carga sobre ellas superior a su propio peso. No sé si habéis visto fotos o vídeos de un pedazo pájaro en una hoja, la hoja gorda, pero el peso del pájaro, en fin, es mucho mayor. O los zapateros de agua. Esto tiene que ver, perdona, esto tiene que ver con la película que se ponen los parabrisas de los coches para evitar, para que cuando llueve, no sé, ahora les ponen algo; hay alguna capa que aplica la parabrisas. Yo sé que hay sustancias, sustancias, si se refiere a eso, o una cobertura tipo la que llevan los pilotos de Fórmula 1 que se la quitan, no, hay sustancias que se echan y son súper hidrofóbicas. Sí, a eso me refiero, si algo así es lo que se usa en los coches parabrisas. Sí, es semejante tratamiento hidrofóbico. Más bichitos que utilizan la superhidrofobicidad, el zapatero de agua que es capaz de caminar sobre la superficie utiliza la tensión superficial, pero las patitas de sus patas son superhidrofóbicas; si no mojarían irían para el papique o el Araña de Agua. Esto es, si no lo conocéis, es fascinante: Arginoreta Acuática teje una campana de buceo, tal cual, con seda superhidrofóbica, la llena de aire y se la mete para abajo del agua porque es su hábitat; es donde vive y utiliza el aire acumulado ahí para respirar, nada menos. Y también está el ejemplo de las hormigas del fuego que lo menciona el artículo, el género Solenopsis que durante las inundaciones se unen formando entre ellas balsas flotantes de hasta decenas de miles de hormiguitas. Al agruparse atrapan el aire con sus cuerpos super hidrofóbicos, crean una estructura que puede mantenerse a flote incluso durante días. Van rotando alrededor de la estructura para no estar mucho rato debajo porque si no te mueres y el cadáver no actúa. Van rotándose en las posiciones inferiores; otra cosa fascinante, los bichitos son increíbles. Bueno, Inspirándose en estas estrategias entonces, los humanos hemos hecho biomimética; hemos explorado materiales super hidrofóbicos tratando de que floten pues como espumas, aerogeles, cosas porosas, láminas flexibles capaces de eso de atrapar el aire y de resistir al menos parcialmente la inmersión pero siempre, siempre, siempre manifiestan una serie de problemas notables. Primero resistencia mecánica: ¿qué resistencia va a tener un aerogel? A poquita, tolerancia a impactos, dificultad para escalarse, vale, en el laboratorio, pero si quieres poner una ciudad en medio del mar, de nuevo el aerogel no va a ser la solución y una cosa fundamental de todas ellas es Que acaban perdiendo la flotabilidad cuando se sumergen del todo o cuando se inclinan demasiado, vale. De hecho, los autores del paper que os voy a contar ya propusieron una de estas estructuras en el año 2019, bastante ingeniosa: dos placas de aluminio en…
Juan Carlos Gil explica por qué los autores del artículo recubrieron tanto el exterior como el interior de los tubos con un recubrimiento superhidrofóbico.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #4artículo advanced functional materialssuperhidrofobicidad universidad rochesterchunlei wu superficies bioinspiradasaluminio superhidrofóbico flotabilidad robustaestructura flotante superhidrofóbica impactoavanzado materiales artículo gilrugosificación química con cloruro cobrerecubrimiento hidrofóbico con ácido estiáricosuperhidrofobicidad en aluminio para estructuras flotantesreducción energía superficial con pdms siliconarecubrimiento superhidrofóbico interior tubosmembrana tensa efecto hidrofobicidadtensión superficial evita entrada aguadiámetro interno tubo artículoaltura máxima menisco aguamenisco curva tapa tubodiámetro excesivo tubos superhidrofóbicosmenisco de agua tapona el tubointerfaz colapsa agua invade tubopérdida de flotabilidad advanced functional materialsdiámetro interno de 5 milímetrosflotabilidad submarina con tubos de aluminiocapacidad hidrofóbica del aire atrapado…escapar por los extremos y enseguida la estructura perdía gran parte de su flotabilidad. Y claro, el océano tiene la mala costumbre de no permanecer completamente horizontal, que en ingeniería lo que se busca es que sirva para algo. Es en este contexto en El que aparece el artículo titulado Tubos metálicos superhidrofóbicos flotantes irrecuperables gracias a su geometría. Publicado en Advanced Functional Materials, está online desde enero y aparece en la revista desde el 27 de abril. Lo firma Tian Xu Xu, el primer autor y colaboradores, un grupo de la Universidad de Rochester, en el estado de Nueva York, liderado por Chunlei Wu, que lleva mogollón de años trabajando en estas lides de superficies superhidrofóbicas y materiales, digamos, bio-inspirados. La pregunta. que querían responder los autores sería, ¿cómo evitar que el aire atrapado escape cuando una estructura flotante superhidrofóbica se inclina o recibe un impacto? y siguen, van a explorar de nuevo el mismo material que usaron en 2019, que es aluminio superhidrofóbico, que dominan muy bien porque el grupo está empeñado en conseguir flotabilidad robusta, pues eso, usando algo fácil de conseguir y muy habitual como el aluminio, pero que claro, no parece a priori muy prometedor un metal para flotar. Y lo que cambian respecto de su trabajo anterior es la geometría. Para resolver el problema de la pérdida de aire pasan de placas a tubos. Por cierto, no he contado cómo va lo de la superhidrofobicidad en el aluminio. Primero lo que hacen es rugosificar las superficies químicamente, tratándolas con cloruro de cobre 2, lo que se llama grabado químico, o sea, corroen el aluminio de forma controlada para generar estructuras microscópicas y luego, aprovechando esta rugosidad, lo recubren con eso, con moléculas hidrofóbicas, Héctor, que puede ser parecido a lo que se usa en los lavaparabrisas. Ellos utilizan ácido estiárico o PDMS, que es un tipo de silicona, con el objetivo de reducir la energía superficial, de tal forma que el agua prefiera quedarse rodeada de aguas en vez de absorberse sobre la superficie, en vez de mojar, en este caso, los tubos y aplican este. recubrimiento superhidrofóbico tanto al exterior como al interior de los tubos. ¿Qué raro, no? Y al interior, ¿por qué? La primera pregunta que se me ocurrió. Bueno, porque es en el interior del tubo donde ocurre la física chula. Por efecto de la hidrofobicidad, el agua se comporta en la boca del tubo como una suerte de membrana tensa. Mientras el tubo sea lo suficientemente estrecho, la tensión superficial podrá sostener esta membrana y evitar que el agua entre al tubo. La figura más relevante para ver esto del artículo es la 1, que muestra estos tubos sobre la superficie del agua y, en particular, el panel B, que ilustra los dos parámetros claves. Son dos parámetros claves: el parámetro fundamental es la relación entre ellos, ¿vale?: el diámetro interno del tubo de max en el artículo y la altura máxima del menisco, H max. Si esta altura máxima del menisco del agua es mayor que el diámetro del tubo, el menisco puede curvarse lo suficiente como para alcanzar la parte superior del tubo, taponarlo completamente, sellarlo y deja así el aire atrapado en el interior. Pero si el tubo, claro, es demasiado ancho, pues el menisco este de agua ya no consigue taponar todo el tubo; la interfaz colapsa, el agua invade el tubo, el aire escapa y la flotabilidad obviamente se pierde. Así que el mecanismo que os estoy tratando de contar es que el tubo flota porque el agua forma una especie de cuente curvo estable en la boca ligeramente dentro del tubo que tendría que curvarse demasiado para conseguir entrar y si los parámetros son los adecuados, pues no lo consigue. Como el líquido del que estamos hablando, agua, la gravedad es la que es y el tratamiento hidrofóbico son los dos que os he contado; los autores encuentran que hay un punto dulce en cuanto a diámetro interior, ese va a ser al final el parámetro clave de los tubos, que es 5 milímetros: más grandes y el agua entra; más pequeños y el tubo pesaría demasiado para el aire que atrapan, que al fin y al cabo es lo que proporciona la capacidad hidrofóbica. ¿Vale? Bueno, pues con esos 5 milímetros, y estoy hablando de tubos de aluminio, hay suficiente flotabilidad submarina cuando el tubo está completamente sumergido para que los tubos vuelvan a la superficie. Por eso el nombre del artículo habla de recuperables; aunque tú lo hundas, el tubo de aluminio emerge. Vale, pero recordar que el desafío no era tanto hacer flotar a estas cositas sino impedir que el aire escapase cuando se inclinan. Obviamente, cuando el tubo está en horizontal la presión a ambos lados del tubo pues es la misma. Pero cuando se inclina uno de…
Juan Carlos Gil describe la solución que encontraron los autores del artículo para evitar la pérdida de aire en tubos superhidrofóbicos inclinados, que consiste en colocar una pared interna para desacoplar hidrostáticamente los extremos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11pared interna en tubos superhidrofóbicosdesacoplamiento hidrostático de extremospérdida de aire a 10 gradosburbujas comprimidas por impacto…Los autores usan la ecuación de John Laplace, simulaciones numéricas de fluidos CFD y hacen un montón de experimentos de flotabilidad y muestran que un tubito normal como de los que estamos hablando, de estos 5 milímetros. Pierde aproximadamente la mitad del aire atrapado cuando se inclina solo 10 grados; 10 grados de inclinación, que vamos, que nada es un día tranquilo en el océano. Llamamos a eso, vale, así que se ponen a tope para encontrar la solución: hacen más teoría, más simulaciones, más experimentos y tras arduas y sesudas deliberaciones se les ocurre una idea de una complejidad técnica apabullante que consiste en poner una pared en el interior del tubo; ese sellado interno desacopla hidrostáticamente los dos extremos del tubo de tal forma que ahora el aire ya no puede desplazarse de un lugar a otro. Cuando llega una ola o un impacto, pues las burbujas, ahora tenemos dos, una en cada lado, pues simplemente se comprimen un poquito, intentan irse hacia el lado de arriba y se encuentran con una pared; bueno, pues luego cuando se equilibra el tubo, pues se expande otra vez y Tampichis se quedan. Es una solución tremendamente simple y tremendamente efectiva, que me resonó con un problema del que fui testigo durante el diseño de la primera misión espacial en la que participé: el telescopio infrarrojo ISO. Que soy como el abuelo Cebolleta, creo que ya…
Juan Carlos Gil describe las pruebas de resistencia a las que se sometieron los tubos superhidrofóbicos para verificar su funcionamiento.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8 · Palabras #7pruebas de tortura a tuboscorrosión en agua saladarecubrimiento super hidrofóbico exteriorflotabilidad tras lijadotubo superhidrofóbico con 15 agujeroseliminación del 10 material tubosuperficie flotante tras perder masa…de la ingeniería, que a veces la diferencia entre un diseño mediocre y uno brillante no es tecnología súper complejas ni mecanismos sofisticados; a veces pues una pared en el sitio adecuado o un pequeño agujerito colocado adecuadamente pues puede bastar. Y con este diseño, pues empiezan las pruebas de tortura. Inclinan los tubos hasta la vertical, los golpean contra el agua, los someten a corrientes, los someten a olas, los dejan semanas en agua salada, súper concentrada para que se corroan, les hacen agujeros y aún así en todas las condiciones siguen flotando; hasta les lijan por fuera para eliminar el recubrimiento super hidrofóbico exterior, siguen flotando, confirmando un poco el mecanismo que os he contado: que la gracia de este asunto está en el interior de los tubos. Hay una imagen fantástica en el artículo, el panel D de la figura 4 donde aparece un tubito al que le han hecho 15 agujeros de varios milímetros, ¿vale? Han eliminado el 10% del material del tubo y aún así el tubo se mantiene a flote y si lo sumerges completamente emerge. El agua no puede invadir el interior incluso tras haber perdido el 10% de su masa en forma de 15 agujeros, 15 donuts. Para terminar, los autores construyen una pequeña balsa formada por ocho de estos tubitos y hacen hasta un prototipo de un pequeño generador, un dimotriz, para aprovechar la energía de las olas. Obviamente muy preliminar, no estamos ante la próxima revolución…
Héctor Socas introduce una discusión sobre la cantidad de oxígeno disuelto en el agua, señalando que, sorprendentemente, hay más oxígeno en un litro de agua que en un litro de aire, y también más en un kilo de agua que en un kilo de aire.
Habla: Héctor SocasPalabras #15oxígeno disuelto en aguaátomos de oxígeno en aguamasa de agua y oxígeno hectosocas…en el agua para que los peces puedan respirarlo, y Cristina dice: nosotros somos menos eficientes en absorber oxígeno que un cetáceo porque nos protege en parte del humo del fuego, y debajo del agua requiere aprovechar cada sorbo de aire, y no hay fuego. Y bueno, yo no sé realmente la respuesta a estas preguntas. No sé si ustedes la saben, pero sí me parece interesante comentar que, bueno, dos cosas: la primera es que realmente en el agua, esto nos puede parecer sorprendente, en el agua hay más oxígeno que en el aire para un mismo volumen o para una misma masa, o sea, en un litro de aire y un litro de agua hay más átomos de oxígeno en el litro de agua y en un kilo de aire y un kilo de agua también hay más oxígeno en el kilo de agua. Y ahora podemos comentar eso porque es interesante pero También el oxígeno del agua no es la que respiran los peces, a través de sus branquias. Que, por cierto, esto tampoco tiene mucho que ver con los cetáceos, que son mamíferos y respiran aire. Pero bueno, lo que respiran los peces es aire disuelto en el agua;…