Os cientistas presumiram que, uma vez que o fluxo de um fluido se tornou turbulento, a turbulência persistiria. Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (IST Áustria), incluindo o professor Björn Hof e os co-autores Jakob Kühnen e Baofang Song, agora mostraram que não é esse o caso. Em seus experimentos, que eles publicaram em Física da Natureza , eles desestabilizaram a turbulência em um tubo para que o fluxo se tornasse um estado laminar (não turbulento), e eles observaram que o fluxo permaneceu laminar depois disso. A eliminação da turbulência pode economizar até 95% da energia necessária para bombear um fluido através de um tubo.

A quantidade de energia usada pela indústria para bombear fluidos por meio de tubulações é considerável e corresponde a aproximadamente 10% do consumo global de eletricidade. Portanto, não é uma surpresa que pesquisadores em todo o mundo estejam buscando maneiras de reduzir esses custos. A maior parte dessas perdas de energia é causada pela turbulência, um fenômeno que leva a um aumento drástico do arrasto de fricção, exigindo muito mais energia para bombear o fluido. Abordagens anteriores visavam reduzir localmente os níveis de turbulência. Agora, o grupo de pesquisa de Björn Hof no IST Áustria adotou uma abordagem totalmente nova, lidar com o problema de um lado diferente. Em vez de temporariamente enfraquecer a turbulência, eles desestabilizaram a turbulência existente de modo que o fluxo automaticamente se tornou laminar.

Em um chamado fluxo laminar, um fluido flui em camadas paralelas que não se misturam. O oposto disso é um fluxo turbulento, que é caracterizado por vórtices e mudanças caóticas na pressão e velocidade dentro do fluido. A maioria dos fluxos que podemos observar na natureza e na engenharia são turbulentos, da fumaça de uma vela apagada ao fluxo de sangue no ventrículo esquerdo de nosso coração. Em tubos, ambos os fluxos laminar e turbulento podem, em princípio, exista e seja estável, mas uma pequena perturbação pode tornar o fluxo laminar turbulento. A turbulência nas tubulações era até agora considerada estável, e os esforços para economizar custos de energia, portanto, apenas se concentraram em reduzir sua magnitude, mas não em extingui-la completamente. Em sua prova de princípio, Björn Hof e seu grupo mostraram agora que essa suposição estava errada, e que um fluxo turbulento pode, na verdade, ser transformado em laminar. O fluxo depois disso permanece laminar, a menos que seja perturbado novamente.

“Ninguém sabia que na prática era possível livrar-se da turbulência. Já provamos que é possível. Isso abre novas possibilidades para o desenvolvimento de aplicações para dutos, "explica Jakob Kühnen.

O segredo está no perfil de velocidade, ou seja, na variação da velocidade do fluxo ao observar diferentes posições na seção transversal do tubo. O fluxo é mais rápido no meio do tubo, enquanto é muito mais lento perto das paredes. Ao colocar rotores no fluxo que reduziu a diferença entre o fluido no centro e aquele próximo à parede, os pesquisadores conseguiram obter um perfil "mais plano". Para tais perfis de fluxo, os processos que sustentam e criam redemoinhos turbulentos falham e o fluido retorna gradualmente ao movimento laminar suave e permaneceu laminar até chegar ao fim do tubo. Outra forma de obter o perfil de velocidade plano era injetar líquido da parede. Outra implementação da ideia de um perfil de velocidade plano foi uma parte móvel do tubo:movendo as paredes rapidamente sobre um trecho do tubo, também obtiveram o mesmo perfil plano que restaurou o fluxo laminar.

O grupo já registrou duas patentes para sua descoberta. Contudo, transformar este experimento de prova de conceito em um sistema que pode ser usado em oleodutos ou oleodutos reais em todo o mundo exigirá mais alguns esforços de desenvolvimento. Até aqui, o conceito foi comprovado para velocidades relativamente pequenas, mas para uso em pipelines, será necessário um aplicativo que trabalhe em maior velocidade. Em simulações de computador, Contudo, o perfil de velocidade plana sempre levou a uma eliminação bem-sucedida de turbulência, o que é muito promissor para desenvolvimentos futuros.

"Em simulações de computador, testamos o impacto do perfil de velocidade plana para números de Reynolds até 100.000, e funcionou absolutamente em todos os lugares. A próxima etapa agora é fazer com que funcione também para altas velocidades nos experimentos, "diz Björn Hof.