Os investigadores da Universidade de Princeton resolveram um mistério com 54 anos. A equipa conseguiu perceber por que razão certos fluidos se tornam estranhamente lentos sob pressão quando fluem através de materiais porosos, como solos e rochas sedimentares.
As descobertas, refere o Phys, podem ajudar a melhorar muitos processos nos setores da energia, meio ambiente e indústria – desde a recuperação de petróleo até à remediação de águas subterrâneas.
Os fluidos em questão são denominados de soluções de polímero. Estas soluções contêm polímeros dissolvidos ou materiais feitos de grandes moléculas com muitas subunidades repetidas. Normalmente, quando são colocadas sob pressão, as soluções de polímero tornam-se menos viscosas e fluem mais rápido. Mas ao passar por materiais com muitos orifícios e canais minúsculos, as soluções tendem a tornar-se mais viscosas reduzindo as suas taxas de fluxo.
Para chegar à raiz do problema, os investigadores de Princeton desenvolveram uma experiência inovadora através do uso de um meio poroso transparente feito de minúsculas contas de vidro – uma rocha artificial transparente.
Este meio lúcido permitiu aos especialistas visualizar o movimento de uma solução de polímero. A experiência revelou que o longo e desconcertante aumento da viscosidade em meios porosos acontece porque o fluxo da solução de polímero torna-se caótico.
“Encontramos a resposta para um problema que tem escapado aos especialistas ao longo de mais de meio século”, referiu disse Sujit Datta, um dos autores do estudo.
“Com este estudo, finalmente conseguimos perceber exatamente o que está a acontecer no subsolo ou dentro de outros meios opacos e porosos quando as soluções de polímero estão a ser bombeadas”, destacou Christopher Browne, autor principal do estudo, que foi publicado na revista Science Advances.
Durante a experiência, Browne bombeou uma solução de polímero comum misturada com micropartículas de látex fluorescentes para ajudar a ver o fluxo da solução em torno das contas. Posteriormente, o cientista ampliou, com recurso a um microscópio, os poros, ou orifícios entre as contas, que ocorrem na escala de 100 micrómetro (milionésimos de metro) de tamanho, com o objetivo de examinar o fluido através de cada poro.
À medida que a solução de polímero percorria o meio poroso, o fluxo do fluido tornava-se caótico, e percebeu-se que o este voltava para dentro de si mesmo, gerando turbulência. Enquanto os polímeros navegavam no espaço dos poros iam-se alongando, gerando forças que se acumulavam e geravam um fluxo turbulento em diferentes poros. Esse efeito ficou mais pronunciado ao empurrar a solução com pressões mais altas.
“Pude ver e registar todas essas regiões irregulares de instabilidade. Essas regiões realmente impactam o transporte da solução através do meio”, disse Browne.
Os investigadores de Princeton usaram dados recolhidos na experiência para formular uma forma de prever o comportamento de soluções de polímero em situações da vida real.
Gareth McKinley, professor de engenharia mecânica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, que não esteve envolvido no estudo, destaca a importância da descoberta. “Este estudo mostra que o grande aumento na queda de pressão observável num meio poroso tem as suas origens físicas microscópicas em instabilidades de fluxo visco-elástico que ocorrem na escala de poro do meio poroso”, referiu.
Tendo em conta que a viscosidade é um dos descritores mais fundamentais do fluxo de fluido, as descobertas não apenas ajudam a aprofundar a compreensão dos fluxos de solução de polímero, e fluxos em geral, mas também fornecem diretrizes quantitativas para informar as aplicações em larga escala no campo.
