os engenheiros da UCLA desenvolvem a primeira tecnologia de redução de arrasto para barcos
a superfície “super-hidrofóbica” do tamanho de um cartão de crédito tem ranhuras microscópicas que prendem o ar e reduzem o atrito da água em 30%.
uma equipe de pesquisa da escola de engenharia UCLA Samueli demonstrou que uma superfície especialmente projetada é capaz de reduzir o atrito da água corrente em quase um terço. Isso foi feito em um primeiro teste de barco bem-sucedido em águas abertas em Marina Del Rey, Califórnia.
Em um estudo publicado na Física de Revisão Aplicados, os pesquisadores dizem que a superfície da amostra pode, finalmente, ser escalado para cobrir os cascos dos barcos e navios para ajudá-los a cortar a água com menos resistência.
“o efeito é semelhante a um disco de hóquei aéreo escorregando sobre a mesa com facilidade”, disse o líder do estudo Chang-Jin “CJ” Kim, um distinto professor de engenharia mecânica e aeroespacial da UCLA Samueli. “A diminuição do arrasto levaria à redução do uso e das emissões de combustível marítimo.”
a ideia de usar um repelente de água incomum, ou superfície” super-hidrofóbica ” em cascos de barcos, existe há cerca de duas décadas, com o conceito mostrando promessa inicial em experimentos de laboratório. Em vez de fluir diretamente sobre uma superfície sólida, a água fluiria sobre uma pequena película de ar presa entre a água e a superfície super-hidrofóbica.”Superfícies Superhidrofóbicas foram mostradas para manter uma fina película de ar, chamada plastron, durante experimentos de canal de água em muitos laboratórios”, disse Kim. “No entanto, esse plastrão desapareceria inexplicavelmente quando as mesmas superfícies fossem testadas em águas abertas fora do laboratório. O principal avanço relatado em nosso estudo é que conseguimos manter o plastron durante os testes de campo e confirmamos a redução do arrasto em um barco em águas abertas.Estudos globais estimaram que os navios de carga oceânica representam cerca de 12% do uso mundial de energia de transporte e cerca de 15% das emissões globais de gás nitroso e óxido de enxofre.”O arrasto de fricção das embarcações constitui porções significativas do consumo global de energia e da emissão de gás, de modo que mesmo uma redução leve do arrasto produziria um impacto significativo para o mundo”, disse Kim, sobre as motivações de longo prazo por trás do estudo.
os pesquisadores substituíram uma pequena parte da parte inferior de uma lancha de 13 pés por um testbed. Incluía uma bolacha de silício do tamanho de um cartão de crédito com ranhuras microscópicas personalizadas que têm um décimo de milímetro de profundidade no sentido do comprimento a partir da direção da viagem. As ranhuras são tratadas com Teflon para repelir a água e espaçadas com um décimo de milímetro de distância.
projetado para maximizar a captura de ar, sua superfície superhidrofóbica resultou em uma redução de 30% no atrito durante os experimentos. Os testes foram realizados em águas abertas a velocidades entre 6 e 12 milhas por hora. Até este estudo da UCLA, uma superfície superhidrofóbica nunca havia sido confirmada para reduzir o arrasto em um ambiente realista de águas abertas.”O principal desafio para nós foi desenvolver um experimento que representasse as condições reais enfrentadas por um barco enquanto usamos uma pequena amostra que podemos produzir no laboratório de pesquisa da escola”, disse Kim, que também é a cadeira de engenharia dotada da UCLA Volgenau. “Como nada disso existia, tivemos que desenvolver tudo nós mesmos.Além de adaptar uma pequena seção do casco do barco e desenvolver um sistema de câmera subaquática para registrar os experimentos, a equipe também teve que criar um sensor de fluxo compacto, um processo de desenvolvimento de três anos que resultou em seu próprio artigo publicado.
para Kim, a demonstração bem-sucedida culminou em muitos anos de pesquisa. Seu grupo já está trabalhando na fabricação da superfície superhidrofóbica para cobrir toda a parte inferior de um barco para novos experimentos. Além de barcos e navios, Kim disse que a superfície também pode ser usada para reduzir o atrito de líquidos que fluem através de tubos.
o principal autor do estudo foi o graduado em Engenharia Mecânica da UCLA, Muchen (Mitch) Xu. Os outros autores incluíram Andrew Grabowski, Ning Yu, Gintare Kerezyte e Jeong-Won Lee — todos os membros atuais ou antigos do laboratório de Micro e Nano-fabricação da UCLA, que Kim dirige, bem como Byron Pfeifer, um técnico no UCLA Marine Aquatic Center.
o estudo foi apoiado pela Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), pela National Science Foundation (NSF) e pelo Office of Naval Research (ONR).