L’acqua puo’ trovarsi in tutti gli stati della materia, sotto forma di ghiaccio (solido), acqua (liquido) o vapore (gassoso) ma le fonti di calore possono alterare il comportamento e lo stato dell’acqua. In un nuovo studio, pubblicato sulla rivista Physical Review Fluids, gli scienziati del College of Engineering presso la Virginia Polytechnic Institute and State University hanno utilizzato il ghiaccio per esplorare i meccanismi dell’effetto Leidenfrost, o calefazione, un fenomeno fisico che si osserva quando una sostanza liquida entra in contatto con una superficie avente temperatura significativamente piu’ alta del suo punto di ebollizione.
L’effetto Leidenfrost, in particolare, si verifica quando una goccia d’acqua viene depositata su una piastra di alluminio che si trova a 150°C. In questo caso, spiegano gli esperti, il vapore resta intrappolato sotto la goccia, creando un cuscino che impedisce al liquido di entrare in contatto diretto con la superficie. Il vapore fa quindi levitare il liquido, che scivola sulla superficie riscaldata.
Nel loro studio, i ricercatori hanno scoperto una nuova proprieta’ dell’acqua che potrebbe portare ad applicazioni future per il raffreddamento d’emergenza. Il team, guidato da Jonathan Boreyko e Mojtaba Edalatpour, ha eseguito degli esperimenti per testare se la calefazione si verifica anche con il ghiaccio. Gli scienziati hanno scoperto che la soglia di levitazione del ghiaccio era di 550°C, non di 150°C, come riscontrato per l’acqua.
I ricercatori hanno dedotto che l’enorme divario di temperatura necessario dipende dalla differenza di temperatura che si verifica nello strato di acqua di disgelo, che da un lato raggiunge l’ebollizione e dall’altro e’ si trova a 0 C. “Il differenziale di temperatura che il ghiaccio crea in modo univoco attraverso lo strato d’acqua – spiega Boreyko – altera il comportamento dell’acqua stessa, dato che in questa situazione la maggior parte del calore trasmesso dalla superficie deve attraversare l’acqua per mantenere il differenziale. La necessita’ di raggiungere temperature cosi’ elevate per ottenere la calefazione puo’ essere un aspetto positivo, poiche’ la finestra di temperatura piu’ ampia per l’ebollizione si traduce in un migliore trasferimento di calore rispetto all’utilizzo di un semplice liquido”. “E’ molto piu’ difficile far levitare il ghiaccio rispetto all’acqua in forma liquida. Il trasferimento di calore precipita non appena inizia la levitazione, perche’ appena il liquido levita, non bolle piu’. Fluttuando sulla superficie, non stabilisce il contatto, che rappresenta il metodo piu’ efficace per il trasferimento di calore“.
Tra le possibili applicazioni di questa ricerca, gli autori ipotizzano nuovi sistemi di raffreddamento rapido. “Siamo entusiasti di questa nuova prospettiva – concludono gli scienziati – possiamo immaginare che in futuro sia possibile abbassare la temperatura di una superficie in modo molto piu’ rapido ed efficiente, grazie a questa proprieta’. Sistemi di emergenza nelle centrali nucleari, misure di controllo nella metallurgia, sono solo alcuni degli ambiti in cui questo meccanismo potra’ rivelarsi fondamentale”.
