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A estranha relação entre as bolhas no champagne e a geração de energia

Compartilhe:     |  19 de dezembro de 2014

O segredo escondido nas bolhas do champagne e outras bebidas gasosas pode abrir caminho para aumentar a geração de energia no mundo ao permitir a construção de turbinas mais eficientes. E para revelar como estas pequenas bolhinhas se comportam, cientistas japoneses usaram o computador mais poderoso do país para montar a simulação mais precisa já realizada sobre o que acontece com os gases distribuídos em líquidos na fase de transição para vapor. Este processo é comum no interior de milhares de usinas elétricas ao redor do mundo que usam os mais variados combustíveis, de carvão e gás a nucleares, para aquecer água e fazer com que ela movimente seus enormes dínamos.

Ao abrir uma garrafa de champagne, cerveja ou mesmo um refrigerante, vemos que a liberação abrupta da pressão promove a formação de bolhas no líquido, que então começam a se unir, com as bolhas maiores crescendo à medida que “absorvem” as menores. Este fenômeno, conhecido como “maturação de Ostwald”, também é observado em escala muito maior nas turbinas das usinas de geração de energia, mas até agora ninguém sabia com certeza o que ocorria dentro delas, especialmente como as bolhas se formam.

Assim, pesquisadores das universidades de Tóquio e Kyusyu e do Instituto Riken decidiram simular a dinâmica das moléculas em um líquido. Eles colocaram moléculas virtuais em uma caixa, determinaram suas velocidades iniciais e estudaram como elas continuaram a se mover com base nas Leis de Newton, observando as mudanças na sua posição com o tempo. Pode parecer simples, mas para representar uma única bolha são usadas pelo menos 10 mil destas moléculas, o que eleva para milhões o número necessário de forma que sua quantidade seja significativa o suficiente para que a simulação de seu comportamento seja válida.

Tudo isto requer uma enorme capacidade de processamento, e apenas recentemente os computadores ficaram poderosos o bastante para fazer estas simulações. No caso da máquina do Instituto Riken, batizada apenas como “K”, 4 mil processadores trabalhando em paralelo fizeram os cálculos do comportamento de nada menos que 700 milhões de moléculas se movendo conjuntamente ao longo de um milhão de passos, no que os cientistas acreditam ser a simulação mais precisa já realizada deste fenômeno.

– No passado, embora muitos pesquisadores quisessem explorar a formação de núcleos de bolhas em nível molecular, isto era difícil devido à falta de poder computacional – explica Hiroshi Watanabe, pesquisador da Universidade de Tóquio e um dos autores de artigo sobre o estudo, publicado na última edição do periódico científico “Journal of Chemical Physics”. – Mas, agora, diversos computadores em petaescala, sistemas capazes de atingir um desempenho de mais de um quatrilhão de operações por segundo, estão disponíveis ao redor do mundo, permitindo realizar estas enormes simulações.

Segundo os pesquisadores japoneses, para sua surpresa a simulação indicou que o comportamento das bolhas está em linha com as previsões da chamada “Teoria LSW”, desenvolvida nos anos 1960, que já tinham sido observadas em outros sistemas, como no crescimento de cristais de gelo, mas nunca em gases num líquido.

– Enquanto as taxas de nucleação de gotículas na condensação são bem previstas pela teoria clássica, as taxas de nucleação de bolhas em um líquido superaquecido previstas pela teoria são bem diferentes dos valores observados em experimentos – conta Watanabe. – Assim, esperávamos que a teoria clássica falhasse na descrição de sistemas de bolhas, mas ficamos surpresos que ela tenha se sustentado.

A simulação feita por Watanabe e colegas, no entanto, revelou o comportamento das bolhas criadas por movimentos do líquido que geram alterações na pressão, em um processo conhecido como cavitação. Assim, seu próximo passo será tentar fazer o mesmo com o processo de fervura, este sim ligado a possíveis aplicações para possíveis melhorias na geração de energia.

– Simular a fervura em nível molecular é mais difícil que a cavitação, mas isso nos dará novos conhecimentos que podem ser aplicados diretamente no desenho de dínamos mais eficientes – conclui.



Fonte: Extra - Cesar Baima - O Globo



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