Como os géis e xampus se movem: RRI constrói um dispositivo para vê-los em ação

Pesquisadores do Raman Analysis Institute (RRI) construíram um novo dispositivo que revela como os fluidos espessos do dia a dia, como géis, xampus e soluções industriais, se comportam no inside, um avanço que pode ajudar a melhorar os processos de extração e produção em todas as indústrias.

Ao mostrar como esses fluidos respondem até mesmo a um único objeto em movimento, o método oferece às empresas uma maneira mais clara de projetar materiais que fluam melhor, desperdicem menos energia e tenham um desempenho mais previsível.

Por que esse avanço é importante?

Isto, explicou a equipa, é importante porque muitos produtos do mundo actual e produtos químicos industriais, desde fluidos de recuperação de petróleo a géis cosméticos, pertencem a um grupo conhecido como fluidos não newtonianos e, ao contrário da água ou do óleo de cozinha, estes materiais não permitem que os objetos deslizem suavemente através deles. Sua estrutura interna continua se reorganizando em resposta ao movimento. Esse empurrar e puxar oculto afeta a forma como o petróleo é bombeado dos poços subterrâneos, como o xampu se espalha na mão e como os géis se sentem e se fixam na pele. Até agora, os cientistas não tinham uma forma fiável de observar o desenrolar destas mudanças à medida que aconteciam.

O novo dispositivo muda isso. Os pesquisadores construíram uma configuração personalizada dentro de um reômetro, uma máquina comum usada para estudar como os materiais fluem, mantendo o fluido entre dois cilindros e movendo uma sonda em forma de agulha através dele. Isso permitiu medir as forças exatas que o fluido exerceu na sonda enquanto observava simultaneamente as mudanças microscópicas em tempo actual usando imagens ópticas in-situ.

Esta combinação de medição de força e visualização ao vivo revelou um comportamento impressionante. Em baixas velocidades da sonda, o fluido agia quase como a água – a força permanecia constante no tempo. Mas, além de uma certa velocidade, a força repentinamente começou a subir e descer repetidamente, formando um padrão irregular de “dente de serra”. Foi um sinal claro do que os cientistas chamam de “movimento caótico”, onde o fluido continua acumulando resistência e depois liberando-a abruptamente.

Imagens de alta velocidade mostraram o que causou isso. À medida que a sonda avançava, o fluido se esticava em uma estrutura semelhante a uma cauda conhecida como “despertar”. Essa esteira ficou mais longa e mais apertada até que de repente se rompeu, como esticar um elástico até se soltar, causando a queda repentina de força. Após cada estalo, o fluido se reformava e o ciclo recomeçava.

“O design da configuração personalizada oferece flexibilidade e liberdade para explorar muitos aspectos no contexto do movimento da sonda para acessar, medir e revelar o comportamento de materiais complexos”, disse Abhishek Ghadai, pesquisador de doutorado na RRI e principal autor da pesquisa.

O estudo mostra que esse comportamento não pode ser capturado por meio de medições volumétricas tradicionais, que tratam o fluido como um todo uniforme. Em vez disso, as descobertas destacam como as estruturas locais – aglomerados minúsculos e em constante mudança dentro do fluido – são o que realmente controlam a forma como qualquer objeto se transfer através dele.

“Nosso estudo destaca a importância de investigar a mecânica dos materiais em diferentes escalas de comprimento para compreender materiais complexos para aplicações e interesses científicos fundamentais”, disse o Prof. Sayantan Majumdar, membro do corpo docente da RRI, que liderou o projeto.

Como as indústrias poderiam se beneficiar

Este método, disse a equipe, pode ajudar as indústrias a ajustar os materiais de forma mais eficiente, seja melhorando o fluxo de produtos químicos de perfuração no setor petrolífero ou fabricando produtos cosméticos que se espalham de forma mais consistente. Quando as indústrias sabem exatamente como um fluido engrossa, afina ou resiste ao movimento, elas podem ajustar suas máquinas para lidar melhor com ele, levando a uma produção mais suave e a produtos que se comportam de forma mais consistente para os clientes, disseram os pesquisadores.