Turbinas eólicas com centenas de metros de altura sobre muitas paisagens anunciam um futuro sem fim, energia limpa.

Mas em um sentido crucial, as turbinas permanecem enraizadas no passado:muito parecido com o seu carro, seus motores requerem lubrificação para funcionar sem problemas. A questão para muitos engenheiros químicos é, como você prolonga a vida útil dos lubrificantes?

Em um novo estudo publicado na revista Anais da Academia Nacional de Ciências , Vineeth Chandran Suja, um estudante de graduação de Stanford em engenharia química, explora um dos principais problemas:óleo de espuma.

O problema, ele diz, é que esteja em seu carro ou em uma turbina eólica, cada vez que as engrenagens de metal se chocam contra outros metais, o óleo se espalha e se mistura com o ar. Isso geralmente resulta na formação de pequenas bolhas com expectativa de vida variada. Se as bolhas não estourarem imediatamente, eles logo se juntam em uma espuma, que é um dos principais mecanismos de declínio do motor.

A espuma é prejudicial de várias maneiras. Ele degrada o lubrificante e permite que as engrenagens moam. O oxigênio aprisionado nas espumas de óleo faz com que as peças de metal oxidem, isso é, enferrujar. E a espuma age como um isolante térmico, captura de calor prejudicial no sistema. Portanto, os fabricantes de lubrificantes estão procurando ativamente maneiras de mitigar a formação de espuma do lubrificante.

Para entender melhor as condições que dão origem às espumas, Os pesquisadores, liderado por Gerald Fuller, professor de engenharia química, adaptou um conjunto de técnicas originalmente desenvolvidas para estudar a camada líquida que lubrifica o exterior do olho humano. Essas novas técnicas permitiram estudar os padrões coloridos na superfície de bolhas de óleo individuais - um avanço importante da pesquisa anterior, que se concentrou em espumas no agregado.

Quando Fuller e Suja deram um zoom na superfície iridescente de suas pequenas bolhas de óleo, eles descobriram que os padrões de cores revelavam a espessura da parede da bolha. Mais brilhante, cores mais vibrantes indicavam paredes mais grossas que levavam a bolhas mais persistentes e, portanto, mais espumoso, óleos menos eficazes, diz Suja, quem foi o primeiro autor do artigo. Cores mais escuras indicavam bolhas de paredes finas que estourariam rapidamente, assim, os óleos que durariam mais e forneceriam melhor lubrificação.

Os pesquisadores empregaram sua nova técnica de codificação por cores para determinar por que alguns óleos de motor tendem a ficar espumosos. Seu objetivo final era descobrir como fazer óleos mais duradouros. No processo, eles fizeram uma descoberta surpreendente sobre como a evaporação influencia a formação de bolhas e a formação de espuma.

Conforme eles aumentaram, eles observaram que a evaporação no topo de cada bolha fez com que sua tensão superficial mudasse, extraindo óleo extra para o topo. Este óleo adicional tornou a parede da bolha mais espessa e mais forte, e evitou que estourasse. Eles capturaram o vídeo das bolhas pulsando enquanto lágrimas de óleo se acumulavam no topo, em seguida, rolou para baixo na parede externa da bolha apenas para subir até o topo novamente por evaporação. Conforme o ciclo continuou, estes persistentes, bolhas de paredes espessas tendem a se tornar espumas indesejáveis. "Aprender que todo esse processo é impulsionado pela evaporação foi um resultado um tanto inesperado, "Fuller diz.

Os pesquisadores mostraram que este efeito é mais pronunciado na mistura, óleos multi-grau, mas virtualmente ausente em homogêneo, óleos de grau único. "Acontece que, se você quiser reduzir a espuma, você deseja usar alta pureza, óleos de grau único, "Fuller diz.

Suja e Fuller agora buscam duas estratégias para encontrar maneiras de reduzir ou eliminar a formação de espuma. O primeiro é formalizar seu entendimento sobre a formação de bolhas, evaporação e formação de espuma com modelos matemáticos que permitirão simular o desempenho de óleos puros ou misturados na vida real. Isso aceleraria o processo de pesquisa e descoberta de novos óleos. A segunda é procurar aditivos anti-espuma ou outras maneiras de neutralizar as lágrimas pulsantes.

Este é um estudo fundamental que elucida um grande problema que assola a lubrificação, Fuller diz. "Também nos aponta novas direções interessantes."