Funcionalização de superfícies para estudos de formação de gelo em gotas impactantes

• Processo: 24/18585-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2025
• Data de Término da vigência: 24 de maio de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: Arthur Vieira da Silva Oliveira
• Beneficiário: Murillo Augusto Correa Masculi
• Supervisor: Daniel Orejon Mantecon
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of Edinburgh, Escócia
• Vinculado à bolsa: 23/09775-7 - Caracterização do processo de congelamento de gotas sobre superfícies frias usando técnicas ópticas., BP.IC
• Assunto(s): Aeronáutica Congelamento Gelo Molhabilidade Superfícies Mecânica dos fluidos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aeronáutica | Congelamento | gelo | gotas | molhabilidade | superfícies | Mecânica dos Fluídos

Resumo

O impacto de gotas em sólidos é um fenômeno amplamente presente em diversas áreas da engenharia, apresentando comportamentos diferentes dependendo do tipo de superfície e das condições térmicas envolvidas. Na aeronáutica, por exemplo, gotas de água podem atingir uma aeronave durante o voo, principalmente em condições de chuva, representando um risco significativo. Isso pode comprometer a visibilidade na cabine e, em situações mais críticas, levar ao congelamento das gotas, resultando em instabilidades aerodinâmicas e potencial falha de equipamentos essenciais como o Tubo de Pitot, flaps e pás de turbina. Para entender melhor o comportamento do congelamento de gotas em superfícies resfriadas, uma Iniciação Científica financiada pela FAPESP teve início em 2023 na EESC/USP (São Carlos). Até o momento, foram realizados testes iniciais de congelamento de gotas utilizando a técnica óptica Shadowgraph em superfícies de alumínio. No entanto, é essencial ampliar a pesquisa para avaliar o impacto de gotas em diferentes superfícies, tanto em temperatura ambiente quanto em condições de congelamento, como ocorre no contexto aeronáutico. O estudo do impacto de gotas em superfícies feitas de diferentes materiais, estruturas e funcionalizações, visa aumentar nossa compreensão fundamental dos fenômenos e propor soluções para mitigar os problemas mencionados acima. Neste projeto de estágio no exterior para uma bolsa BEPE (Bolsa Estágio de Pesquisa no Exterior), superfícies de materiais como alumínio e vidro, com características hidrofóbicas, super-hidrofóbicas e hidrofílicas, serão usadas para analisar o comportamento de gotas durante o impacto em diferentes temperaturas, incluindo temperatura ambiente e abaixo de 0 °C. Além disso, a caracterização periódica da molhabilidade será realizada com base no ângulo de contato adotado pela gota em uma superfície sólida, que é considerado uma métrica que determina as interações entre líquidos e superfícies sólidas. Mais especificamente, o projeto atual aborda sistematicamente o efeito da velocidade de impacto, temperaturas ambiente e de superfície e molhabilidade de superfície, incluindo vidro e alumínio hidrofílicos, superfícies lisas funcionalizadas hidrofóbicas e superfícies estruturadas hidrofóbicas ou super-hidrofóbicas. O projeto proposto está alinhado com os interesses de pesquisa do Anfitrião Dr. Daniel Orejon Mantecon Professor Sênior em Engenharia Química na Universidade de Edimburgo (UoE). Mais particularmente, o candidato se beneficiará das capacidades experimentais no laboratório do Anfitrião, incluindo câmaras ambientais, shadowgrafia, microgoniometria, etc., bem como do domínio das diferentes técnicas de funcionalização de superfície desenvolvidas e adotadas na UoE. Enquanto o Anfitrião se beneficiará do aprofundamento em um novo tópico sobre impacto e congelamento de gotas muito relacionado aos seus interesses em manipulação e controle de gotas, bem como o efeito do ambiente circundante na umectação e mudança de fase. As superfícies preparadas em Edimburgo serão posteriormente aplicadas no Brasil para dar continuidade aos testes de congelamento de gotas, que são o principal objetivo da Iniciação Científica.