Cavitação: Quando bolhas de ar destroem tubulações e hélices de navios

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/04/2021

A força das pequenas bolhas foi suficiente para quebrar o vidro durante experimentos em tubos de ensaio.
[Imagem: Peng Xu et al. - 10.1017/jfm.2021.114]

Bolhas assassinas

Você certamente conhece a força gerada pela formação de bolhas em líquidos, suficiente para lançar ao ar todo o conteúdo de uma garrafa de refrigerante ou champanhe devidamente sacudidas.

Mas não é nada divertido quando bolhas se formam no interior de dutos e sistemas hidráulicos, sejam usados para transportar líquidos ou para levar água para as turbinas de hidroelétricas.

O fenômeno é conhecido como cavitação, ou a formação e colapso de bolhas, resultantes de mudanças rápidas de pressão em líquidos.

"O crescimento e o colapso das bolhas de cavitação são fascinantes," explica o professor Zhao Pan, da Universidade de Waterloo, no Canadá. "Elas geralmente são pequenas e rápidas, mas podem causar sérios danos até mesmo em superfícies como ligas duras e vidro."

O problema é que os cientistas até hoje não compreendem o que faz com que bolhas pequenas e inofensivas, que se formam o tempo todo nos líquidos em movimento, de repente se tornem grandes o suficiente para romper tubos feitos com os aços mais resistentes.

Origem da cavitação

A boa notícia é que o professor Zhao Pan e seus alunos acabam de desenvolver uma teoria capaz de explicar e prever a formação de bolhas grandes - incluindo os seus tamanhos -, que são particularmente prejudiciais.

A teoria, que se baseia na aceleração e na velocidade do fluxo do fluido, foi validada por experimentos usando fotografias de alta velocidade.

Os experimentos envolveram criar uma vibração na base de um tubo de ensaio cheio de água comum. Dependendo de sua frequência, a vibração causa uma aceleração do líquido em relação às paredes do tubo de vidro. Isso reduz a pressão do líquido no fundo, provocando a rápida formação de bolhas gasosas.

Quando essas bolhas entram em colapso, ou implodem, elas criam temporariamente altas temperaturas, microjatos de alta velocidade e ondas de choque. Esses efeitos foram fortes o suficiente para quebrar o vidro do tubo de ensaio.

Quebrar pedras nos rins

O fenômeno da cavitação é responsável por inúmeras rupturas em canos de água, mas é capaz de danificar até mesmo hélices de navios. Em casos mais extremos, a cavitação levou a falhas catastróficas de canos em usinas hidrelétricas.

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

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