Líquidos e gases são direcionados sem válvulas, usando apenas canos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/03/2021

O sistema retificador de fluidos é inspirado no sistema respiratório das aves.
[Imagem: Quynh M. Nguyen et al. - 10.1103/PhysRevLett.126.114501]

Retificação de fluxos

Engenheiros da Universidade de Nova York conseguiram simplificar drasticamente um sistema de controle de fluxo de fluidos - imagine os quilômetros de canos de líquidos e gases na indústria - simplesmente imitando o sistema respiratório das aves.

Quynh Nguyen e seus colegas conseguiram fazer com que uma rede simples de tubos, inspirada nas estruturas do pulmão dos pássaros, transforme um fluxo que vai e vem em um fluxo unilateral, que flui apenas numa direção.

É mais ou menos como um conversor de corrente alternada em corrente contínua, só que para fluxos de líquidos e gases.

Tudo sem válvulas, torneiras ou qualquer outro mecanismo.

Engenharia biomimética

Cerca de um século atrás, os biólogos fizeram uma observação notável: Enquanto a direção do fluxo de ar oscila com a inalação e exalação nos pulmões da maioria dos mamíferos, os pulmões das aves são diferentes - o fluxo de ar através dos tecidos que absorvem oxigênio é unilateral.

Por outro lado, os sistemas de engenharia humana construídos para fazer essa mesma tarefa, conhecida como retificação de fluxo - transformar um fluxo oscilante em um fluxo unidirecional -, exigem componentes como diodos ou válvulas para impedir o fluxo reverso, o que os torna mais complexos e mais caros e mais exigentes em termos de manutenção.

Muita gente já havia proposto copiar o sistema respiratório das aves, usando a inércia do fluido que se move através de uma junção de dois tubos para criar um efeito semelhante ao de uma válvula, mas ninguém havia conseguido até agora demonstrar a ideia experimentalmente e explicar os princípios de funcionamento, o que é necessário para que o sistema possa ser reproduzido fora do laboratório nas condições adequadas a cada utilização.

Nguyen percebeu que o efeito da válvula só leva à retificação se a rede tiver uma estrutura adequada, mais especificamente, com derivações para o circuito secundário colocadas em ângulos assimétricos.

Com uma bomba impulsionando água no circuito primário (veja foto), a retificação ocorreu no loop que incluía o segmento de derivação e uma parte do loop original. Partículas colocadas na água oscilam, mas progridem gradualmente em torno desse ciclo, movendo-se mais para a frente do que para trás em cada ciclo. Enquanto isso, as partículas na porção restante do loop original não avançam.

"Isto é, em essência, o que acontece dentro dos pulmões [das aves]. Agora podemos realmente ver e medir o que está acontecendo," disse o professor Leif Ristroph.

Esquema do circuito experimental para demonstrar o funcionamento do retificador sem válvulas.
[Imagem: Quynh M. Nguyen et al. - 10.1103/PhysRevLett.126.114501]

Uso na indústria

Com tudo bem compreendido, a expectativa agora é que circuitos de gases e líquidos na indústria possam ser simplificados, ficando mais baratos e exigindo menos manutenção.

"Direcionar, controlar e bombear fluidos é um objetivo muito comum em muitas aplicações, desde a saúde até o processamento químico de combustíveis, lubrificantes e sistemas de refrigeração em todos os tipos de maquinário," observa Ristroph. "Em todos esses casos, nós precisamos bombear fluidos em direções específicas para fins específicos, e agora aprendemos com os pássaros uma maneira inteiramente nova de fazer isso, que esperamos possa ser usada em nossas tecnologias."

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