doi.org/10.1038/s41526-024-00390-8
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#Química
Experimentos em ausência de gravidade isolam o fenômeno clássico de difusão
Durante anos, pesquisadores desenvolveram vários modelos para descrever uma classe crítica de efeitos de mistura, como aqueles que ocorrem no fluxo dentro de um reator químico. No entanto, a validação experimental ficou significativamente para trás, principalmente devido à interferência dos efeitos da gravidade.
Uma equipe de pesquisa europeia envolvendo o Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e parceiros da Universidade de Szeged (Hungria) e da Université Libre de Bruxelles (ULB, Bélgica) agora fechou essa lacuna com experimentos conduzidos sob ausência de peso. Os pesquisadores publicaram recentemente seus resultados no periódico Nature npj Microgravity.
As chamadas frentes de reação-difusão ocorrem quando dois produtos químicos reagem um com o outro e ao mesmo tempo se espalham. Os cientistas podem usar esse efeito para modelar e entender melhor problemas em química e física, bem como em áreas completamente diferentes, como o mundo financeiro ou a linguística, pois as equações matemáticas subjacentes têm as mesmas características. Fica mais complicado quando os pesquisadores combinam essas reações com fluxos.
Processos desse tipo são importantes para aplicações tecnológicas relacionadas a processos de combustão, geologia, produção de materiais específicos e armazenamento de dióxido de carbono. Apesar da infinidade de aplicações, partes essenciais desses sistemas ainda não são totalmente compreendidas.
Até agora, experimentos para verificar modelos de tais processos foram distorcidos por efeitos de flutuação causados “”por diferenças de densidade entre as soluções de reação. Para isolar esse problema, conduzimos experimentos usando ausência de peso a bordo de um foguete de sondagem. Nossos parceiros fizeram simulações numéricas paralelas para mostrar a importância dos efeitos bidimensionais que não podem ser levados em consideração em modelos unidimensionais simples, – diz a Dra. Karin Schwarzenberger do Instituto de Dinâmica de Fluidos do HZDR, descrevendo o trabalho de sua equipe.
Decolagem do foguete no Círculo Polar Ártico
O experimento ocorreu em 1º de outubro de 2022 – a bordo do foguete de sondagem TEXUS-57 que foi lançado do Centro Espacial Esrange, 40 quilômetros a leste de Kiruna, na Suécia. O projeto colaborativo envolvendo a Airbus Defense & Space, a Agência Espacial Europeia ESA e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR) transportou, entre outras coisas, o modelo experimental da equipe de Schwarzenberger para os arredores do espaço. O módulo tinha três reatores de tamanhos diferentes consistindo de placas de vidro empilhadas umas sobre as outras em diferentes proximidades. O foguete atingiu uma altura de 240 quilômetros, alcançando um estado de quase completa ausência de peso por quase seis minutos.
Durante esse período, os pesquisadores conseguiram executar seus experimentos automaticamente – experimentos que resultaram de vários anos de planejamento meticuloso. A reação foi desencadeada quando a ausência de peso se instalou. Três câmeras de alta resolução filmaram as frentes de reação que se espalharam entre dois líquidos fluindo. Foram essas imagens o foco de todos os esforços da equipe: com a ajuda delas, os pesquisadores agora podem separar um efeito de mistura muito específico de outros fenômenos de fluxo.
Publicado em 26/08/2024 19h53
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