Bombas que batem como o corao aumentam eficincia energtica do bombeamento

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/09/2023

Eficincia no bombeamento

O bombeamento de lquidos, seja petrleo por um oleoduto ou a gua em nossas casas, pode parecer um problema resolvido, mas a otimizao desse processo ainda uma rea de pesquisa ativa.

Forar fluidos atravs de sistemas, dos mais simples aos mais complexos, consome entre 10 e 15 por cento do fornecimento mundial de eletricidade. Assim, qualquer ganho obtido tem potencial para gerar economias de energia muito significativas.

Davide Scarselli e colegas do Instituto de Cincia e Tecnologia da ustria mostraram agora como uma tcnica de bombeamento pulsado – em vez de contnuo – permite reduzir o atrito e o consumo de energia do bombeamento.

“Ao longo dos anos, pesquisadores e engenheiros tm tentado tornar o bombeamento de fluidos mais eficiente,” disse Scarselli. “Embora muitas solues estejam sendo simuladas ou testadas em laboratrio, elas geralmente so muito complexas e, portanto, muito caras para serem implementadas em aplicaes industriais reais. Estvamos procurando uma abordagem que no exigisse mudanas estruturais complicadas na infraestrutura, como sensores e atuadores.”

Para isso, eles foram buscar inspirao em um sistema de bombeamento intimamente familiar a todos, o corao humano, que parecia ser um bom ponto de partida porque ele tem o benefcio de milhes de anos de evoluo.

Assim, em vez de alterar a composio dos tubos para reduzir o atrito entre o lquido em movimento e as paredes dos tubos, a equipe tentou uma abordagem diferente. “Ao contrrio das bombas mecnicas comuns, que criam um fluxo constante de lquido, o corao pulsa. Estvamos curiosos para saber se poderia haver uma vantagem nesta forma peculiar de propulso,” justificou o professor Björn Hof.

Bombas pulsadas

Para verificar sua teoria, a equipe criou um grande conjunto de tubos transparentes, dos mais diversos dimetros e comprimentos, para estudar em detalhes os turbilhes e redemoinhos que quebram o que deveria ser um fluxo contnuo e estvel de fluido dentro dos canos. Esses turbilhes e redemoinhos formam a turbulncia, criando grande parte do atrito entre o lquido e as paredes do tubo, custando energia para serem vencidos – a mesma equipe j havia demonstrado que domar a turbulncia dentro dos canos reduz em 95% a energia gasta no bombeamento.

Desta vez, eles tornaram a turbulncia visvel adicionando minsculas partculas reflexivas gua e lanando um laser atravs do tubo transparente. “O laser dispara luz atravs do tubo em uma folha horizontal e refletido pelas partculas. Ns ento tiramos fotos que podem ser usadas para detectar se o fluxo era turbulento ou laminar – este ltimo significando sem turbilhes e redemoinhos,” explicou Scarselli.

Em seguida, o pesquisador testou vrios modos de bombeamento pulsante, alguns deles acelerando a gua lentamente no incio e depois parando rapidamente, enquanto outros faziam o contrrio. “Tipicamente, a pulsao aumentava o arrasto e a energia necessria para o bombeamento, o que no era o que procurvamos. No entanto, quando introduzimos uma curta fase de repouso entre os pulsos, onde a bomba no empurra a gua – assim como o corao humano faz – obtivemos resultados muito melhores,” contou o professor Hof.

A turbulncia no tubo diminuiu drasticamente: Para um movimento de bombeamento pulsante otimizado, semelhante ao do corao humano, os pesquisadores mediram uma diminuio de 27% no atrito mdio e uma reduo de 9% na energia consumida pelas bombas.

“Embora tenhamos demonstrado resultados promissores em laboratrio, as aplicaes da nossa pesquisa no mundo real so menos diretas. As bombas teriam que ser reformadas para produzir esses movimentos pulsantes. No entanto, isso ainda seria muito menos dispendioso do que modificaes nas paredes dos tubos ou a instalao de atuadores. Esperamos que outros cientistas aproveitem nossos resultados para explorar essas solues inspiradas na natureza para aplicaes industriais,” concluiu Scarselli.

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