Um estudo do laboratório de Sujit Datta , liderado pelo estudante Christopher Browne, descobriu que uma classe promissora de soluções de limpeza se comporta de maneiras que confundem os modelos tradicionais de fluidos e explicam sua utilidade nos esforços de remediação. Publicado em 2 de mara§o no Journal of Fluid Mechanics, o artigo ajuda a resolver um quebra-cabea§a de décadas atrás sobre por que esses produtos de limpeza são funcionam em algumas condições.

Os fluidos contem fios de polímeros microsca³picos que agem como molas a  medida que se movem atravanãs de rochas porosas. Por razões que os cientistas estãoapenas comea§ando a entender, essas fontes podem criar pequenos redemoinhos nos poros, perturbando o fluxo e desalojando contaminantes dos cantos e recantos subterra¢neos. O artigo de Browne mostra que, quando os poros estãopra³ximos o suficiente, os redemoinhos se sincronizam entre os Espaços e os efeitos se tornam mais fortes. Os pesquisadores chamam isso de biestabilidade, referindo-se aos dois possa­veis estados de equila­brio. A biestabilidade pode ser encontrada em todo o mundo fa­sico, em tudo, desde interruptores de luz atéa divisão celular. Trabalhos anteriores haviam assumido que havia apenas um aºnico estado na estrutura do fluxo desses fluidos atravanãs dos poros.

"O que descobrimos éque em um meio poroso, em vez de o fluxo ser uniforme, alguns poros mostram um tipo de estrutura de fluxo e outros por outro - uma forma de biestabilidade", disse Datta, professor assistente de engenharia química e biológica e autor saªnior do artigo. "Se entendermos como essas estruturas se formam, podemos prever como o fluido se comportara¡."

Os fluidos polimanãricos podem ser uma ferramenta eficaz na limpeza de petra³leo bruto, mercaºrio e outros contaminantes de aqa¼a­feros polua­dos. Mas não saber exatamente como esses fluidos funcionam, e não ser capaz de prever seus efeitos, os torna perigosos em ambientes sensa­veis. Os engenheiros continuam cautelosos quanto ao uso, pois, em alguns casos, o uso da solução errada pode piorar a situação. Resolver o problema de limpeza significa olhar mais de perto essa ação ela¡stica no subsolo.

A questãoincomoda os pesquisadores hámais de 10 anos. Embora tenha havido progresso na compreensão dos efeitos da forma e tamanho dos poros, o estudo de Browne éo primeiro a mostrar os efeitos do espaa§amento dos poros, abrindo uma nova linha de investigação que pode finalmente trazer o potencial dos fluidos ao alcance.

“Se pudermos ter um bom modelo fundamental de como [os polímeros] fluem em geometrias reais, então, se vocêtiver um aqa¼a­fero de a¡guas subterra¢neas com um derramamento, usando esses modelos, podera¡ dizer 'sim, um pola­mero ira¡ ou não ajuda 'e depois' éassim que vocêdeve usar esse pola­mero '”, disse Browne.

A chave para este estudo éa estranha capacidade de Datta de ver atravanãs das paredes - criar ambientes modelo a partir de materiais claros que imitam as condições subterra¢neas e, em seguida, usar imagens especializadas para analisar o fluxo.

A equipe usou a impressão 3D para criar poros parecidos com rochas e fora§ou o fluido a alta pressão. Quando os dados chegaram, eles perceberam que o fluxo atravanãs dos cantinhos era mais caa³tico do que a matemática previa. Conforme eles mudavam o espaa§amento, os dados também mudavam. Essa mudança levantou uma nova pergunta sobre o comportamento do fluido, que o jornal responde. Quando os poros estãopra³ximos, as molas não tem tempo para se estabelecer de um poro para o outro. As reverberações se acumulam para trás como um acaºmulo de rodovia. Extrapolado para cenários do mundo real, com trêsDimensões e muito mais desordem, o efeito recentemente observado preenche algumas das lacunas, por assim dizer, no entendimento dos cientistas sobre o comportamento das soluções de polímeros. a‰ um exemplo de como o laboratório da Datta divide problemas complexos de fluidos em partes gerencia¡veis,

"Na³s pegamos essas geometrias simplificadas e lentamente as estendemos para geometrias mais realistas", disse Browne. "Em um espaço de poros real, vocêtem muitos gra£os de rochas de diferentes formas e tamanhos reunidos."

Browne trabalhou em estreita colaboração com Audrey Shih, saªnior de Princeton, que analisou dados e ajudou a projetar aspectos do experimento. Como parte de sua tese jaºnior e trabalho de vera£o, apoiada por um esta¡gio no Centro Andlinger de Energia e Meio Ambiente , Shih criou uma maneira de examinar sistematicamente a varia¡vel espaa§amento.

"Audrey realmente levou esse projeto a sanãrio e vasculhou a literatura", disse Datta. Com base nisso, os pesquisadores também publicaram um artigo de revisão na revista Small.

Datta disse que a colaboração entre Browne e Shih, particularmente sofisticada nesse caso, deixou uma forte impressão nele: estudante de graduação em tutoria, projetando um experimento que continha um problema ambiental de longa data, criando uma abordagem que abriu novas questões para a comunidade. campo.

"Foi lindo o modo como eles trabalharam juntos", disse ele.