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Silvana TapiaLuisa AchaerandioJuan Carlos GilIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasGastón GiribetAlberto Aparicirecubrimiento 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 atrapadofuga de aire en tubos inclinadospresión hidrostática en estemosmenisco colapsa por desbalance hidrostáticopresión laplace y curvatura meniscoJuan Carlos GilTitanicAdvanced Functional MaterialsArginoreta AcuáticaFórmula 1Héctor SocasJohn LaplaceCFDLaplacefigura 1
Tensión superficial evita entrada Agua
Con
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Juan Carlos Gil explica por qué los autores del artículo recubrieron tanto el exterior como el interior de los tubos con un recubrimiento superhidrofóbico.
…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 los estemos queda más profundo que el otro y por tanto aparece una diferencia de presión hidrostática que empuja el aire hacia arriba. La única cosa que puede evitar que el aire acabe saliendo es la presión de Laplace asociada a la curvatura del menisco que os he descrito antes de la interfaz aire-agua. Así que si el empuje hidrostático, el desbalance hidrostático gana a Laplace, ocurre lo de antes, el menisco colapsa, el aire sale literalmente desplazado por el extremo superior y a pique que nos vamos. 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.…
Significado #1 · Palabras #2
Juan Carlos Gil explica una estrategia innovadora para mantener el aire encerrado en compartimientos estancos, basada en el uso de superficies superhidrofóbicas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4superficies 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 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…
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 #1 · Palabras #2recubrimiento 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 atrapadofuga de aire en tubos inclinadospresión hidrostática en estemosmenisco colapsa por desbalance hidrostáticopresión laplace y curvatura menisco…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 los estemos queda más profundo que el otro y por tanto aparece una diferencia de presión hidrostática que empuja el aire hacia arriba. La única cosa que puede evitar que el aire acabe saliendo es la presión de Laplace asociada a la curvatura del menisco que os he descrito antes de la interfaz aire-agua. Así que si el empuje hidrostático, el desbalance hidrostático gana a Laplace, ocurre lo de antes, el menisco colapsa, el aire sale literalmente desplazado por el extremo superior y a pique que nos vamos. 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.…
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 #10pared 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 un experimento realizado con un tubo superhidrofóbico al que se le han hecho 15 agujeros de varios milímetros.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15tubo superhidrofóbico con 15 agujeroseliminación del 10 material tubosuperficie flotante tras perder masa…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…