Os pesquisadores responderam a perguntas-chave para ajudar a prevenir danos e melhorar a segurança dos sistemas hidráulicos usados ​​para dutos, turbinas de água e outras aplicações.

O trabalho, liderado por engenheiros da Universidade de Waterloo, investiga um fenômeno conhecido como cavitação, ou a formação e colapso de bolhas destrutivas cheias de gás resultantes de mudanças rápidas de pressão em líquidos.

A cavitação está por trás de um conhecido truque de festa que envolve quebrar o fundo de uma garrafa cheia de líquido ao atingir a parte superior aberta com a palma da mão.

"O crescimento e o colapso das bolhas de cavitação são fascinantes, "disse Zhao Pan, um professor de engenharia mecânica e mecatrônica que liderou a pesquisa. "Eles geralmente são pequenos e rápidos, mas podem causar sérios danos mesmo em superfícies como ligas duras e vidro. "

Os pesquisadores desenvolveram um modelo teórico para prever a formação e o tamanho de grandes, bolhas particularmente prejudiciais com base na aceleração e velocidade do fluxo de fluido. Experimentos usando fotografia de alta velocidade validaram a teoria.

As informações fornecidas pelo modelo ajudarão os engenheiros a projetar sistemas hidráulicos e desenvolver diretrizes de operação para minimizar o desgaste, evite grandes falhas, e melhorar a confiabilidade da tecnologia.

No truque da festa, bater na garrafa causa alta aceleração do líquido em relação às paredes da garrafa. Isso reduz a pressão do líquido no fundo, desencadeando a rápida formação de bolhas gasosas.

Quando essas bolhas entram em colapso, ou implodir, eles criam temporariamente altas temperaturas, microjatos de alta velocidade e ondas de choque. Esses efeitos são poderosos o suficiente para quebrar o vidro.

O fenômeno é um culpado comum em canos de água e hélices de navios danificados, por exemplo. Em casos extremos, isso levou a falhas desastrosas de tubulações em usinas hidrelétricas.

"Por outro lado, o poder dessas bolhas também pode ser aproveitado para sempre, "Pan disse." A cavitação pode ser usada para quebrar pedras nos rins, matar bactérias sem usar produtos químicos, e até na produção de cerveja e chocolate. "

Pan trabalhou anteriormente com pesquisadores no Japão e nos Estados Unidos em uma nova teoria de pequenas bolhas de cavitação causadas pela aceleração de líquidos que explicava como o truque funciona. Trabalhos recentes estendem esses resultados para a previsão de grandes bolhas. Um artigo sobre a pesquisa, No critério de grandes bolhas de cavitação em um tubo durante um processo transitório, aparece no Journal of Fluid Mechanics . Pan colaborou no novo estudo com pesquisadores da Universidade Tsinghua, na China.