Plumas de bolhas: natureza e riscos

O Laboratório de Mecânica da Turbulência da COPPE desenvolve pesquisas sobre meios turbulentos, que podem ser líquidos como oceanos e rios ou gasosos como a atmosfera terrestre. A turbulência que caracteriza esses meios deve-se às inúmeras variáveis físicas que neles interagem de forma caótica. O professor Átila Freire, coordenador do laboratório, explica que meios turbulentos são a regra na área de mecânica de fluidos e, indo além, defende que: “o regime turbulento é hoje o grande desafio da física teórica”. De fato, não faltam exemplos de meios turbulentos conhecidos. Além dos mares e rios, eles podem ser observados, por exemplo, no sangue que se movimenta por nossas artérias ou pulmões.

Entre os meios turbulentos estudados neste laboratório, destacam-se as chamadas “plumas de bolhas” – fluxos contínuos de bolhas de gás em um meio líquido que se repetem em padrões da Teoria do Caos, um dos ramos mais promissores da matemática moderna. Apesar da leveza dos gases que as compõem, as plumas de bolhas não são inofensivas. Dependendo da situação, podem apresentar sérios riscos, como gerar ondas de até cinco metros capazes de afundar plataformas ou embarcações, transportar poluentes ou mesmo gerar compostos tóxicos se submetidas a grandes pressões, causando danos ecológicos aos ecossistemas marinhos. Por isso, é tão importante investigar esse fenômeno em toda a sua complexidade.

Para dar conta deste trabalho, a Petrobras encomendou à COPPE na década de 90 uma pesquisa a respeito do assunto, o que deu origem à criação do laboratório que conta hoje com cinco grandes linhas de pesquisa. Uma destas é a de “escoamento multifásico”, da qual fazem parte as plumas de bolhas. Os resultados dessa pesquisa podem ser fundamentais para orientar as ações de prevenção e combate em caso de acidentes gerados no mar. O fenômeno de plumas de bolhas é há muito conhecido pelos pesquisadores. Mas até a década de 90, não eram realizados estudos com o rigor exigido pelos padrões científicos. Como a natureza das bolhas é matematicamente complexa, o laboratório da COPPE apareceu para preencher essa lacuna, trocando o excesso de métodos indutivos, normalmente usados para abordar o assunto, por experiências sistemáticas.

As plumas de bolhas não são necessariamente decorrentes de acidentes. Elas podem ser geradas artificialmente para diversos usos: desde separar esgotos industriais de esgotos domésticos numa estação de tratamento até misturar ferro e carbono para a fabricação de aço. Enfim, as plumas de bolhas representam muitas vezes o meio técnico mais econômico ou eficaz, quando não o único, para dar solução a problemas envolvendo fluidos.