O superpoder do revestimento torna o impossível possível

Os motores a jato são um dos feitos mais impressionantes da engenharia humana.

Mas os motores a jato não serão possíveis, diz Ben Beck, diretor de pesquisa de materiais da Micro Materials, uma empresa de testes de equipamentos no País de Gales.

“O ar que entra é mais quente do que o ponto de fusão do metal abaixo – o que obviamente não é bom”, explica ele, acrescentando que esse ar atinge temperaturas acima de 1.000ºC.

Os projetistas de motores a jato encontraram esse problema aplicando Revestimento cerâmico resistente ao calor perto da lâmina do motor. E agora, os investigadores estão a desenvolver revestimentos mais fortes que permitem que os motores funcionem mais quentes.

“Se conseguirmos aquecê-lo, haverá enormes poupanças em combustível e CO2”, diz o Dr. Beck. Ele estima que aumentando a temperatura em apenas 30°C ou mais, você pode obter uma economia de combustível de 8%.

Este é o poder dos revestimentos – eles transformam radicalmente o desempenho e as capacidades de um material subjacente. Poucas pessoas percebem o quão importantes eles são, mas essas sobreposições e revestimentos podem sobrecarregar máquinas de alto desempenho ou garantir que equipamentos caros sobrevivam aos ambientes mais adversos.

Dr. Beck e seus colegas têm a tarefa de levar os revestimentos ao seu limite, para ver quão fortes ou eficazes eles realmente são. Seus clientes nem sempre obtêm os resultados desejados. “Estragámos o seu disfarce”, disse ele a um fabricante de mísseis há alguns anos. “Eles deram viva”, diz o Dr. Beck.

Além de expor o revestimento a altas temperaturas, a Micro Materials também inclui um dispositivo “stick”, uma pequena caneta de diamante, que bate repetidamente no revestimento em locais aleatórios para testar sua durabilidade.

Recentemente, a empresa trabalhou com a Tear Coatings, sediada no Reino Unido, para testar um produto que pudesse ser aplicado a componentes de satélites, incluindo engrenagens e rolamentos utilizados em diversas peças móveis.

Esta é uma tarefa difícil, diz Xiaoling Zhang, da empresa, porque o revestimento deve proteger esses componentes do pré-lançamento (quando são expostos à umidade atmosférica ao nível do solo) e em órbita, poeira e radiação espacial. No entanto, ele afirma que a organização alcançou os resultados desejados.

Mas, além de proteger a espaçonave, os revestimentos também podem evitar que os astronautas adoeçam.

Biofilme – o acúmulo pegajoso de bactérias dentro dos canos – Cresce rapidamente em ambientes de baixa gravidadeIsso poderia ser um problema para o abastecimento de água ou equipamentos que transferem fluidos ao redor da estação espacial ou de futuras espaçonaves, por exemplo.

“Sabe-se que os biofilmes causam falhas mecânicas”, diz Kripa Varanasi, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. “Você não quer isso”.

O professor Varanasi e seus colegas desenvolveram uma variedade de revestimentos que tornam as superfícies escorregadias e, portanto, resistentes à formação de biofilme. Um experimento realizado na Estação Espacial Internacional descobriu isso em um teste de tal revestimento Funcionou como pretendido.

A ideia por trás do revestimento é misturar um material sólido e um lubrificante. Em seguida, é pulverizado no interior de um cano ou tubo, tornando a superfície interna extremamente escorregadia.

O professor Varanasi já foi manchete por desenvolver revestimentos semelhantes O interior do pacote de pasta de dente – para que você possa tirar até o último pedaço de pasta de dente. Ele e seus colegas comercializaram a tecnologia por meio de sua empresa spin-out LiquidGlide.

O escorregadio é, talvez, uma característica subestimada. Nuria Espalergas, da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, e colegas desenvolveram um revestimento à base de carboneto de silício para ferramentas utilizadas na produção ou reparo de alumínio.

Este é um tipo de solução antiaderente para frigideiras, o que significa que camadas de alumínio derretido não grudam nessas ferramentas caras. No entanto, a função precisa deste revestimento específico é atualmente um mistério.

“Para ser sincero, não sabemos realmente como funciona, o mecanismo é desconhecido neste momento”, disse o professor Espallargas.

No entanto, o revestimento está disponível comercialmente através de sua empresa spin-out, Serum Coatings. A Atlas Machine & Supply, uma empresa norte-americana que fabrica e repara máquinas industriais, experimentou.

“O verdadeiro benefício é prolongar a vida útil da ferramenta e melhorar a qualidade do produto”, afirma Jeremy Rydberg, Diretor de Inovação.

Ele conta que, sem o revestimento, a Atlas teria que reconstruir o equipamento de rolos usado para trabalhar o alumínio a cada dois dias. Custa US$ 4,5 milhões anualmente. Mas o novo revestimento significa que o equipamento dura uma semana inteira, e não apenas alguns dias, reduzindo esses custos de reconstrução em cerca de US$ 1,3 milhão por ano.

Os revestimentos podem fazer coisas incríveis, mas nem sempre funcionam como pretendido, observa Andy Hopkinson, diretor administrativo do Safinah Group, uma empresa que é frequentemente chamada para investigar quando os revestimentos dão errado.

“Estamos vendo muitos problemas com estacionamentos neste momento, onde seus sistemas passivos de proteção contra incêndio estão falhando”, disse ele, referindo-se à tinta resistente ao fogo às vezes aplicada em estruturas de concreto.

E sua empresa também descobriu que os revestimentos aplicados em navios comerciais nem sempre evitam que cracas e outras formas de vida marinha se fixem no casco. Este problema, conhecido como bioincrustação, aumenta o atrito, o que significa que os navios O motor deve trabalhar duro – e queimar mais combustível.

Apesar da disponibilidade de revestimentos que prometem ajudar, nem sempre os armadores escolhem o mais adequado para suas embarcações. O Dr. Hopkinson diz que a escolha dependerá de onde o navio estiver navegando e de quanto tempo ficará ocioso em vez de se mover.

O custo para resolver esses problemas pode chegar a milhares, até milhões de libras. “Normalmente, o custo da tinta fica entre 1 e 2% do projeto. O problema é que, quando dá errado, o custo se torna exponencial”, diz o Sr. Hopkinson.

No entanto, os investigadores que trabalham nesta área dizem que há muitas oportunidades para melhorar os revestimentos e desenvolver novos que possam melhorar significativamente o desempenho das máquinas ou da infraestrutura no futuro.