Ya sea en su automóvil o en un aerogenerador, la espuma descompone el lubricante necesario para que los motores funcionen de manera eficiente. Crédito:Pixabay / phtorxp
Las turbinas eólicas que se elevan cientos de pies sobre muchos paisajes presagian un futuro sin fin, energia limpia.
Pero en un sentido crucial, las turbinas permanecen arraigadas en el pasado:al igual que con su automóvil, sus motores requieren lubricación para funcionar sin problemas. La pregunta para muchos ingenieros químicos es:¿Cómo se prolonga la vida útil de los lubricantes?
En un nuevo estudio publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , Vineeth Chandran Suja, un estudiante graduado de Stanford en ingeniería química, explora uno de los problemas centrales:el aceite espumoso.
El problema, él dice, es que ya sea en su automóvil o en una turbina eólica, cada vez que los engranajes de metal se muelen contra otros metales, el aceite se derrama y se mezcla con el aire. Esto a menudo da como resultado la formación de pequeñas burbujas con una vida útil variable. Si las burbujas no estallan inmediatamente, pronto se juntan en espuma, que es uno de los principales mecanismos de deterioro del motor.
La espuma es dañina de diversas formas. Degrada el lubricante y permite rectificar los engranajes. El oxígeno atrapado en las espumas de aceite hace que las partes metálicas se oxiden, es decir, a la roya. Y la espuma actúa como un aislante térmico, atrapando calor dañino en el sistema. Por eso, Los fabricantes de lubricantes están buscando activamente formas de mitigar la formación de espuma del lubricante.
Para comprender mejor las condiciones que dan lugar a las espumas, los investigadores, dirigido por Gerald Fuller, profesor de ingeniería química, adaptó un conjunto de técnicas desarrolladas originalmente para estudiar la capa líquida que lubrica el exterior del ojo humano. Estas técnicas novedosas les permitieron estudiar los patrones de colores en la superficie de las burbujas de aceite individuales, un avance clave de investigaciones anteriores. que se centró en las espumas en el agregado.
Cuando Fuller y Suja se acercaron a la superficie iridiscente de sus diminutas burbujas de aceite, descubrieron que los patrones de color revelaban el grosor de la pared de la burbuja. Más brillante colores más vibrantes indicaron paredes más gruesas que condujeron a burbujas más persistentes y, por eso, más espumoso aceites menos efectivos, dice Suja, quien fue el primer autor del artículo. Los colores más oscuros indicaban burbujas de paredes delgadas que estallarían rápidamente, para que los aceites duren más y proporcionen una mejor lubricación.
Los investigadores emplearon su nueva técnica de codificación por colores para determinar por qué algunos aceites de motor tienden a volverse espumosos. Su objetivo final era descubrir cómo hacer aceites más duraderos. En el proceso, hicieron un descubrimiento sorprendente sobre cómo la evaporación influye en la formación de burbujas y la formación de espuma.
Mientras se acercaban, observaron que la evaporación en la parte superior de cada burbuja hacía que cambiara su tensión superficial, extrayendo aceite extra hacia la parte superior. Este aceite adicional hizo que la pared de la burbuja fuera más gruesa y fuerte, y evitó que estallara. Capturaron un video de las burbujas pulsando mientras las lágrimas de aceite se acumulaban en la parte superior. luego rodó hacia abajo por la pared exterior de la burbuja solo para volver a subir hasta la parte superior por evaporación. Mientras el ciclo continuaba, estos persistentes, las burbujas de paredes gruesas tendían a convertirse en espumas indeseables. "Saber que todo este proceso es impulsado por la evaporación fue un resultado un tanto inesperado, "Dice Fuller.
Los investigadores demostraron que este efecto es más pronunciado en mezclas, aceites multigrado, pero prácticamente ausente en homogéneos, Aceites de un solo grado. "Resulta, si desea reducir la formación de espuma, quieres usar alta pureza, aceites de un solo grado, "Dice Fuller.
Suja y Fuller ahora están siguiendo dos estrategias para encontrar formas de reducir o eliminar la formación de espuma. El primero es formalizar su comprensión de la formación de burbujas, evaporación y formación de espuma con modelos matemáticos que les permitirán simular cómo es probable que se comporten los aceites puros o mezclados en la vida real. Esto aceleraría el proceso de investigación y descubrimiento de nuevos aceites. La segunda es buscar aditivos antiespumantes u otras formas de contrarrestar esas lágrimas pulsantes.
Este es un estudio fundamental que aclara un gran problema que afecta a la lubricación, Fuller dice. "También nos apunta en algunas direcciones nuevas e interesantes".