Do orvalho ao amanhecer a um espelho embaciado após uma chuvada, a condensação faz parte do nosso quotidiano na Terra. No espaço, a microgravidade altera o fluxo de calor através de gases e líquidos, um potencial inimigo para os componentes electrónicos das naves espaciais que necessitam de ser arrefecidos em ambientes extremos.
Pela primeira vez, uma experiência europeia está a analisar a forma que os filmes líquidos assumem em superfícies arrefecidas a bordo da Estação Espacial Internacional. Um metal em forma de barbatana está em destaque para que os cientistas possam observar melhor os aspetos fundamentais da condensação.
A experiência Condensation on Fins é pioneira em testes de transferência de calor em órbita para estudar o papel da pressão capilar – a força que puxa líquidos através de espaços minúsculos, como a água que sobe por uma toalha de papel – durante a condensação de filmes, tudo sem a interferência da gravidade.
Embora esta seja uma investigação física fundamental para refinar modelos matemáticos, os resultados terão aplicações práticas, como o arrefecimento de componentes electrónicos em ‘smartphones’ e computadores e a otimização de processos industriais de revestimento no nosso planeta.
As missões espaciais também podem beneficiar de permutadores de calor mais eficientes para manter os componentes electrónicos e os sistemas de suporte de vida à temperatura correta.
O fator ‘alhetas’
Os frigoríficos, aparelhos de ar condicionado e radiadores utilizam pequenas alhetas metálicas para uma transferência de calor mais eficiente entre fluidos e gases. O formato das alhetas é também crucial para as experiências espaciais.
“Estamos à procura do melhor formato de barbatana para maximizar a transferência de calor“, afirma Brice Saint-Michel, cientista do projeto da ESA para esta experiência.
A alheta de um centímetro de altura, feita de liga de alumínio, é gradualmente absorvida por um refrigerante de baixa tensão superficial – este fluido volátil pode evaporar ou condensar com pouco calor. O líquido drena e acumula-se na base da alheta, onde um material esponjoso e uma bomba o aspiram.
“As condições de microgravidade permitem-nos utilizar uma alheta grande sem sermos perturbados pela drenagem gravitacional e pela convecção de vapor. Assim, é muito mais fácil perceber se as películas líquidas assumem uma forma diferente“, explica Balazs Toth, da equipa de carga útil em órbita baixa da ESA.
Mantenha-se frio e continue
As imagens em escala de cinzentos mostram como o vapor se condensa no solo (à esquerda) e na Estação Espacial Internacional (à direita). A filmagem foi acelerada cinco vezes – todo o filme demorou cerca de um minuto em tempo real.
Na Terra, o líquido acumula-se na base da alheta, enquanto que na microgravidade o líquido acumula-se em toda a superfície da alheta.
“O líquido parece ser atraído pelas superfícies frias como um local seguro para se deslocar, ao contrário do que acontece com a transferência de calor na Terra”, afirma o investigador sénior Andrey Glushchuk, do Centro de Investigação e Engenharia em Tecnologias Espaciais (CREST) da Universidade Livre de Bruxelas, na Bélgica.
“Qualquer sistema térmico concebido com padrões terrestres não funcionará em microgravidade. Precisamos de criar novos projetos com conceitos inovadores em mente”, acrescenta.
Os dois dedos pontiagudos de cada lado fazem parte da experiência como objetos de referência para a calibração. São feitos de uma liga de níquel-ferro termicamente estável. Durante cada corrida, o líquido condensado é continuamente aspirado por um material esponjoso na base da alheta, bombeado e reevaporado num circuito fechado.
Um interferómetro de alta precisão regista as alterações de temperatura e concentração de vapor em torno da alheta, além de monitorizar a espessura do filme líquido.
Modelos teóricos voando alto
Experiências semelhantes sobre a transferência de calor têm desfrutado de breves períodos de microgravidade durante as campanhas de voos parabólicos nas últimas duas décadas. O conhecimento adquirido com estes voos ajudou a equipa científica a desenvolver uma técnica para medir com precisão a distribuição da película líquida.
“Precisávamos das condições constantes de microgravidade da Estação Espacial Internacional; em nenhum outro lugar poderíamos ter atingido este nível de estabilidade, precisão e alta resolução nas nossas medições”, afirma Andrey.
A comunidade científica trabalha com vários modelos teóricos para prever como as taxas de condensação evoluiriam em função da distribuição da espessura do filme líquido. “Queremos uma fórmula que se aplique a todos, e esta é a primeira vez que temos uma riqueza de dados para a consolidar”, acrescenta Carlo Saverio Iorio, responsável do CREST na Universidade Livre de Bruxelas.
Nova instalação espacial para transferência de calor
A experiência Condensação em Alhetas faz parte de uma ronda maior de testes sobre a transferência de calor em gases e líquidos.
Tudo acontece dentro da nova instalação Heat Transfer Host 2, instalada a 30 de setembro de 2025 após a sua entrega na 23.ª missão de reabastecimento de carga da Northrop Grumman para a Estação Espacial Internacional.
Este módulo, com altura da cintura, está dentro do European Drawer Rack 2 como a mais recente atualização para o laboratório europeu Columbus na Estação Espacial.
A instalação está a funcionar perfeitamente e o seu ‘design’ permite que as experiências sejam encaixadas e executadas de forma autónoma.
Após este primeiro estudo de condensação, a campanha continuará com uma experiência Marangoni em filmes, focada nas instabilidades em filmes líquidos em evaporação.
Texto original: Condensation defying gravity
Texto e imagens: ESA
Tradução automática via Google
Edição: Rui Barbosa