Muitas regiões do mundo sofrem escassez crónica de água e os impactos associados na saúde humana e no crescimento económico [1]. Essa crise estimulou a investigação de novas tecnologias para explorar fontes alternativas de água, como nevoeiro, [2,3] orvalho [4-6] e até mesmo vapor d'água [7 ].
(...) A coleta de nevoeiro geralmente é obtida com malhas finas expostas ao fluxo de entrada de nevoeiro. As minúsculas gotas de névoa interceptadas pelos fios acumulam-se até atingirem um tamanho crítico, ponto em que a força da gravidade supera as forças de tensão superficial, permitindo que as gotas deslizem pela superfície do coletor até atingir a calha existente na base.
(...) O desafio central no projeto da coleta eficiente de névoa envolve identificar o equilíbrio ideal entre dois processos físicos que têm requisitos opostos [19]. Por um lado, as malhas coletoras de névoa não podem ser muito densas ou apresentar um grande obstáculo ao fluxo de ar ; caso contrário, o fluxo de neblina que entra simplesmente contornará a estrutura lateralmente. Por outro lado, gotas de névoa podem ser interceptadas apenas se encontrarem um elemento de malha enquanto transitam pelo coletor. Portanto, malhas muito densas ou muito esparsas são maus coletores. Um problema relacionado aos coletores de névoa é o entupimento da malha pelas gotas de água que foram capturadas, tornando o coletor menos permeável à névoa que entra e reduzindo a eficiência geral da coleta de água [11].
Em particular, as modificações da histerese do ângulo de contato podem reduzir o tamanho crítico que uma gota precisa atingir antes de ser libertada da malha [11] No entanto, muitas dessas possíveis melhorias terão que ser dimensionadas para tamanhos realistas (>1 m2) e produzidas a um preço competitivo (menos de US$ 25 por m2) [26] antes de poderem ser usados.
Fonte: M. Azeem, A. Guérin, T. Dumais, L. Caminos, R.E. Goldstein, A.I. Pesci, J.D. Rivera, M. J. Torres, J. Wiener, J. L. Campos, J. Dumais, Optimal Design of Multilayer Fog Collectors, ACS Applied Materials & Interfaces 12 (6), 2020, 7736-7743.
Biomimetismo como fonte de inspiração:
Uma via alternativa para melhorar o desempenho dos coletores de neblina surge da observações da bromélia Tillandsia landbeckii, uma planta que depende quase exclusivamente da neblina para atender às suas necessidades de água [27,29].
A Tillandsia forma grandes bancos na costa nebulosa do deserto de Atacama no Chile. Esses povoamentos são impressionantes porque as plantas auto-organizam-se em faixas ortogonais ao fluxo de neblina, permitindo assim que cada planta tenha acesso direto ao fluxo de neblina. Além disso, as folhas e caules de Tillandsia são reduzidos a finas estruturas filamentosas organizadas numa malha tridimensional, uma característica única entre as bromélias. Finalmente, uma densa camada de tricomas hidrofílicos cobre as superfícies das plantas.
Três escalas de comprimento aerodinamicamente significativas emergem das observações de Tillandsia: a menor escala de comprimento é a dos tricomas (∼100 μm) envolvidos na interceptação de gotículas de neblina, a escala de comprimento intermediário é o tamanho característico do poro entre as folhas (∼1 mm) através do qual o nevoeiro deve filtrar, e a maior escala de comprimento é a auto-organização das plantas de Tillandsia em stands coletores de nevoeiro (≥1 m). Essas observações indicam que estruturas 3-D, com escalas de comprimento apropriadamente selecionadas, podem ser eficientes na coleta de névoa.
Fonte: M. Azeem, A. Guérin, T. Dumais, L. Caminos, R.E. Goldstein, A.I. Pesci, J.D. Rivera, M. J. Torres, J. Wiener, J. L. Campos, J. Dumais, Optimal Design of Multilayer Fog Collectors, ACS Applied Materials & Interfaces 12 (6), 2020, 7736-7743.
Acoplamento de sistema eletrostático para potenciar a eficiência
Fonte: M.J. Zeng, J.G. Qu, J.F. Zhang, Design and optimization of an electrostatic fog collection system for water harvesting: Modeling and experimental investigation, Separation and Purification Technology 323, 2023, 124422.