Aviões hipersônicos serão resfriados por catalisadores impressos em 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/09/2021

Canais com catalisadores, impressos em 3D na estrutura típica de um veículo hipersônico experimental.
[Imagem: Roxanne Hubesch et al. - 10.1039/D1CC04246G]

Aviões hipersônicos

Uma das maiores dificuldades para criar aviões hipersônicos está na necessidade de contar com materiais que não sejam destruídos no atrito com o ar atmosférico e que possam resistir ao superaquecimento dos motores.

Um voo hipersônico é definido como acima de Mach 5, mais do que cinco vezes a velocidade do som, o que dá cerca de 6.100 km/h ou 1,7 km por segundo.

Uma das alternativas vistas como mais viáveis para o problema do superaquecimento está no uso do próprio combustível como líquido refrigerante, para manter os motores dentro da faixa de temperatura operacional.

"Combustíveis que podem absorver calor enquanto alimentam uma aeronave são um foco importante para os cientistas, mas essa ideia se baseia em reações químicas que consomem calor e precisam de catalisadores altamente eficientes," explica a pesquisadora Roxanne Hubesch, da Universidade RMIT, na Austrália. "Além disso, os trocadores de calor onde o combustível entra em contato com os catalisadores devem ser os menores possíveis, por causa do volume apertado e de restrições de peso das aeronaves hipersônicas."

Catalisadores impressos em 3D

A novidade é que Hubesch e seus colegas encontraram uma saída para esse problema juntando a química dos catalisadores com uma técnica de engenharia, mais especificamente, da fabricação 3D.

A equipe usou impressão 3D para construir minúsculos trocadores de calor, ou radiadores, feitos de ligas metálicas às quais são adicionados os catalisadores. Depois de prontos, eles foram revestidos com minerais sintéticos conhecidos como zeólitas, um dos materiais mais porosos que se conhece.

Quando as finas estruturas impressas em 3D foram levadas à temperatura típica do motor de um avião hipersônico, parte do metal se moveu para a estrutura das zeólitas.

Isso gerou uma dispersão do catalisador quase impossível de se alcançar por qualquer outro processo conhecido, destacando-se que a área de exposição ao catalisador é um elemento chave para aumentar a eficiência de qualquer reação. De fato, a eficiência alcançada não tem precedentes em experimentos descritos na literatura científica.

"Nossos catalisadores impressos em 3D são como reatores químicos em miniatura, e o que os torna tão incrivelmente eficazes é a mistura de metais e minerais sintéticos," disse Hubesch. "É uma nova direção empolgante para a catálise, mas precisamos de mais pesquisas para entender totalmente este processo e identificar a melhor combinação de ligas metálicas para o maior impacto."

Diversos trocadores de calor experimentais construídos pela equipe usando a nova técnica.
[Imagem: RMIT University]

Superaquecimento na indústria

A equipe já está montando os experimentos que serão feitos a seguir utilizando a radiação síncrotron, para tentar entender os pormenores da reação nas minúsculas "cavernas" das zeólitas.

Os pesquisadores também esperam estender as aplicações potenciais dos catalisadores impressos em 3D no controle da poluição do ar para veículos e dispositivos em miniatura para melhorar a qualidade do ar de edificações.

"Potentes e eficientes, eles oferecem uma solução potencial empolgante para gerenciamento térmico na aviação - e além. Com mais desenvolvimento, esperamos que esta nova geração de catalisadores impressos em 3D ultra-eficientes possa ser usada para transformar qualquer processo industrial, onde o superaquecimento é um desafio sempre presente," disse o professor Periasamy Selvakannan.

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