Lquidos e gases so direcionados sem vlvulas, usando apenas canos

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 26/03/2021

Retificao de fluxos

Engenheiros da Universidade de Nova York conseguiram simplificar drasticamente um sistema de controle de fluxo de fluidos – imagine os quilmetros de canos de lquidos e gases na indstria – simplesmente imitando o sistema respiratrio das aves.

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

mais ou menos como um conversor de corrente alternada em corrente contnua, s que para fluxos de lquidos e gases.

Tudo sem vlvulas, torneiras ou qualquer outro mecanismo.

Engenharia biomimtica

Cerca de um sculo atrs, os bilogos fizeram uma observao notvel: Enquanto a direo do fluxo de ar oscila com a inalao e exalao nos pulmes da maioria dos mamferos, os pulmes das aves so diferentes – o fluxo de ar atravs dos tecidos que absorvem oxignio unilateral.

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

Muita gente j havia proposto copiar o sistema respiratrio das aves, usando a inrcia do fluido que se move atravs de uma juno de dois tubos para criar um efeito semelhante ao de uma vlvula, mas ningum havia conseguido at agora demonstrar a ideia experimentalmente e explicar os princpios de funcionamento, o que necessrio para que o sistema possa ser reproduzido fora do laboratrio nas condies adequadas a cada utilizao.

Nguyen percebeu que o efeito da vlvula s leva retificao se a rede tiver uma estrutura adequada, mais especificamente, com derivaes para o circuito secundrio colocadas em ngulos assimtricos.

Com uma bomba impulsionando gua no circuito primrio (veja foto), a retificao ocorreu no loop que inclua o segmento de derivao e uma parte do loop original. Partculas colocadas na gua oscilam, mas progridem gradualmente em torno desse ciclo, movendo-se mais para a frente do que para trs em cada ciclo. Enquanto isso, as partculas na poro restante do loop original no avanam.

“Isto , em essncia, o que acontece dentro dos pulmes [das aves]. Agora podemos realmente ver e medir o que est acontecendo,” disse o professor Leif Ristroph.

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

Uso na indstria

Com tudo bem compreendido, a expectativa agora que circuitos de gases e lquidos na indstria possam ser simplificados, ficando mais baratos e exigindo menos manuteno.

“Direcionar, controlar e bombear fluidos um objetivo muito comum em muitas aplicaes, desde a sade at o processamento qumico de combustveis, lubrificantes e sistemas de refrigerao em todos os tipos de maquinrio,” observa Ristroph. “Em todos esses casos, ns precisamos bombear fluidos em direes especficas para fins especficos, e agora aprendemos com os pssaros uma maneira inteiramente nova de fazer isso, que esperamos possa ser usada em nossas tecnologias.”

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