Los investigadores observan con precisión las gotas utilizando tecnología de cámaras de alta velocidad en 3D

Fabian Krull (izquierda) y el profesor Antonyuk investigan cómo las gotas impactan diferentes superficies. (Foto: TUK/Thomas Koziel)

Se utiliza un sistema de cámaras 3D de alta velocidad. (Foto: TUK/Thomas Koziel)

Las gotas de agua se deslizan por la hoja de loto, mientras que en una pared de concreto las gotas la humedecen. La causa es la naturaleza de la superficie. Estructuras diminutas provocan, por ejemplo, que una gota no se adhiera. Los investigadores en la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK) estudian estos efectos con un sistema de cámaras de alta velocidad en 3D. Así pueden ver qué sucede cuando las gotas impactan diferentes superficies. Los hallazgos pueden ayudar a reducir el desgaste en máquinas o mantener limpias las instalaciones de producción. En la feria de tecnología de procesos Achema en Frankfurt, presentan esta tecnología del 11 al 15 de junio en el stand de investigación de Renania-Palatinado (Hall 9.2, Stand A86a).

Cuando una gota de agua cae sobre una hoja de loto, simplemente rebota. Este fenómeno, conocido como efecto loto, se basa en que la superficie de las hojas presenta pequeñas irregularidades (bultos) que finalmente hacen que las gotas resbalen. Estas estructuras diminutas fueron descubiertas en los años 70 por el botánico Wilhelm Barthlott gracias a un microscopio electrónico de barrido. El principio ahora se usa, por ejemplo, en cristales de ventanas o en pinturas para paredes.

También en la TU Kaiserslautern, los investigadores del departamento de ingeniería mecánica y tecnología de procesos estudian este fenómeno. Investigan cómo se comportan las gotas cuando impactan superficies con microestructuras de diferentes formas, como bultos, rejillas o formas trapezoidales. "Se trata de estructuras mucho más pequeñas que, por ejemplo, el diámetro de un cabello", dice Fabian Krull, quien trabaja en su doctorado en la cátedra de tecnología mecánica de procesos con el profesor Dr. Sergiy Antonyuk. Estas estructuras tienen aproximadamente entre 100 nanómetros y 10 micrómetros, dimensiones que no son visibles a simple vista. Sin embargo, estas estructuras pueden influir de diferentes maneras en el impacto de las gotas en una superficie.

Para observar este proceso en detalle, se utilizan tres cámaras de alto rendimiento. "Toman imágenes desde diferentes ángulos", dice Fabian Krull. Un software combina los datos en una imagen 3D. "Con esto, podemos observar paso a paso qué sucede cuando las gotas impactan diferentes superficies", explica el profesor Antonyuk. Además, los ingenieros simulan la caída de las gotas en sus modelos informáticos.

Los trabajos de investigación se realizan en el marco del programa de investigación especial 926 (SFB) "Superficies de componentes: morfología a escala microscópica", financiado por la Sociedad Alemana de Investigación (Deutsche Forschungsgemeinschaft). Los conocimientos de los investigadores pueden ayudar en el futuro, por ejemplo, a reducir la fricción en máquinas o a diseñar superficies en instalaciones industriales para que no se acumulen polvo y suciedad. También podrían aplicarse en hospitales para evitar que microorganismos se adhieran.

En la feria Achema, los ingenieros presentarán su sistema de cámaras y sus investigaciones.