Talvez você pense que o processo de fervura não seja um tema tão importante para a ciência. Afinal, o que pode ser tão significativo nesse fenômeno em que o líquido ferve e se transforma em gás? Contudo, uma equipe do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) afirma que compreender melhor a ebulição pode trazer avanços significativos para a tecnologia de reatores nucleares, sistemas de propulsão espacial e outras áreas.
Em uma publicação oficial do MIT, o professor associado Matteo Bucci explica que é essencial entender a física por trás da ebulição, especialmente para o setor de energia.
O pesquisador afirma que esse processo, que transforma o líquido em gás, pode ser crucial para aprimorar a eficiência energética, a refrigeração de eletrônicos, o funcionamento de equipamentos médicos e muito mais. Ele ressalta que, apesar de ser um tema de grande importância para a segurança nuclear, sua aplicação vai muito além dos reatores nucleares.
Atualmente, sistemas de ebulição de água para resfriamento são usados em 80% das usinas nucleares que geram eletricidade. Mas o professor Bucci expande seu foco além do setor nuclear, sua pesquisa é também voltada para aplicações em propulsão espacial, armazenamento de energia, refrigeração de eletrônicos e sistemas de resfriamento de computadores.
Mesmo sendo uma reação amplamente utilizada, o entendimento atual sobre a ebulição ainda limita diversos projetos no setor energético. Por isso, a proposta do associado do MIT é desenvolver novas técnicas para investigar todos os fenômenos relacionados à transferência de calor e à ebulição.
“A eficácia do processo de ebulição na superfície do revestimento de um reator nuclear determina a eficiência e a segurança do reator. É como um carro: você quer acelerar, mas há um limite superior. Para um reator nuclear, esse limite é ditado pela transferência de calor na ebulição. Estamos interessados em entender esse limite e como superá-lo para melhorar o desempenho do reator”, Matteo detalha na publicação do MIT.
Como a ebulição é utilizada na refrigeração?
Pode parecer contraintuitivo, mas a ebulição é essencial para a refrigeração de reatores nucleares. Afinal, ao ferver, o líquido não ficaria mais quente e poderia aquecer ainda mais os equipamentos?
Na verdade, o líquido atinge o ponto de ebulição e se transforma em vapor, e é nesse processo que ocorre a refrigeração. Durante a mudança de estado, o líquido absorve uma alta quantidade de calor sem aumentar sua temperatura, transferindo a energia térmica para o vapor.
Por exemplo, em um reator nuclear, o calor gerado pela fissão é dissipado pela água em ebulição. Após a ebulição, o vapor quente é removido do ambiente ao redor dos reatores nucleares. Existem outros sistemas que utilizam água e fluidos para refrigerar os reatores, mas grande parte opera de forma semelhante à mencionada.
“Ponto de ebulição é temperatura na qual a pressão exercida pelo ambiente sobre um líquido é igualada pela pressão exercida pelo vapor do líquido. Nessas condições, a adição de calor resulta na transformação do líquido em vapor sem aumento da temperatura. Em qualquer temperatura, um líquido vaporiza parcialmente no espaço acima dele até que a pressão exercida pelo vapor atinja um valor característico, chamado de pressão de vapor do líquido”, a enciclopédia Britannica descreve.
O estudo da ebulição
Bucci utilizou métodos experimentais para entender diversos fenômenos, mas sua prioridade foi a chamada ‘crise de ebulição’. Nessa situação, bolhas se formam rapidamente e criam uma camada de vapor, o que impede a dissipação eficiente do calor. A proposta do autor é desenvolver uma forma de prever quando a ebulição alcançará esse ponto, para evitar a ineficácia da refrigeração.
No desastre de Chernobyl, ocorrido perto da cidade de Pripyat, na Ucrânia, o design inseguro do reator RBMK e erros humanos levaram à explosão. Apesar de não ter sido o problema principal, o vapor gerado no processo de ebulição contribuiu para o acidente. Por esse e outros desastres, a segurança nuclear é considerada tão importante.
Além de desenvolver novas técnicas para entender a ebulição e a transferência de calor, a equipe do cientista pesquisa materiais e revestimentos que aumentem a eficiência em processos de fervura.
Bucci também estuda o resfriamento por imersão em duas fases, uma técnica capaz de refrigerar chips de computadores em bancos de dados (data centers), além de contribuir para a redução de emissões de dióxido de carbono. Nesse método, as partes quentes dos servidores fazem o líquido ferver, e o vapor gerado dissipa o calor do sistema, formando um ciclo contínuo de resfriamento.
"Queríamos criar um caminho para unir cientistas da computação e da ciência térmica, promovendo o progresso. Precisamos atrair esses especialistas para nossa área para acelerar esse processo. É possível que a IA nos permita compreender coisas que não podem ser observadas ou, pelo menos, nos guie no escuro enquanto buscamos as causas de muitos problemas", Bucci explica.
O cientista destaca que os avanços no campo da inteligência artificial (IA) podem trazer contribuições significativas para o estudo da refrigeração por ebulição. A ideia é aplicar a IA para analisar grandes volumes de dados e estudos na área, o que poderia possibilitar novas perspectivas e soluções inovadoras.
Matteo afirma que continuará investigando as diversas características do ponto de ebulição, a fim de desenvolver novas soluções para os diferentes setores que utilizam essa técnica no resfriamento de equipamentos.
Você sabia que existe um reator nuclear em pleno coração de São Paulo? Descubra como ele funciona e quais são suas contribuições para a ciência e a tecnologia: conheça o reator nuclear que fica no meio de São Paulo. Até a próxima!
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