Os motores a jato são um dos feitos mais impressionantes da engenharia que os humanos já criaram.
Mas os motores a jato não deveriam ser possíveis, diz Ben Beake, 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 por baixo – o que obviamente não é uma coisa boa”, explica, apontando que esse ar atinge temperaturas bem acima de 1.000 ° C.
Os projetistas de motores a jato contornaram esse problema aplicando revestimentos cerâmicos resistentes ao calor nas lâminas do motor.
E agora, os pesquisadores estão desenvolvendo revestimentos ainda mais fortes que permitem que os motores funcionem ainda mais quentes.
“Se você conseguir que ele fique mais quente, então há uma enorme economia de combustível e CO2”, diz o Dr. Beake.
Ao aumentar a temperatura em apenas 30C ou mais, você pode obter uma economia de combustível de 8%, ele estima.
Este é o poder dos revestimentos – eles transformam radicalmente a funcionalidade e as capacidades de um material subjacente.
Poucas pessoas percebem o quão importantes são, mas essas sobreposições e folheados podem sobrecarregar máquinas de alto desempenho ou garantir que equipamentos caros sobrevivam aos ambientes mais severos.
Drake e seus colegas são encarregados de empurrar os revestimentos até seus limites, a fim de ver o quão robustos ou eficazes eles realmente são.
Seus clientes nem sempre obtêm os resultados que desejam.
Ele se lembra de ter dito a um fabricante de mísseis: “Nós quebramos seu revestimento”, alguns anos atrás.
“Eles fugiram em um aperto”, diz o Dr. Beake.
Além de expor revestimentos a altas temperaturas, a Micro Materials também tem um dispositivo de “madeira”, uma pequena caneta de diamante, que repetidamente toca em um revestimento em locais aleatórios para testar sua durabilidade.
Recentemente, a empresa trabalhou com a Teer Coatings, com sede no Reino Unido, para testar um produto que poderia ser aplicado a componentes de satélite, incluindo engrenagens e rolamentos usados em várias partes móveis.
É uma tarefa complicada, diz Xiaoling Zhang, da empresa, porque o revestimento deve proteger esses componentes tanto pré-lançamento (quando eles estão expostos à umidade atmosférica no nível do solo) e também em órbita, contra partículas de poeira e radiação no espaço.
No entanto, ela afirma que a empresa alcançou os resultados desejados.
Mas, além de proteger as naves espaciais, os revestimentos também podem impedir que os astronautas fiquem doentes.
Biofilmes – acumulações gloopy de bactérias dentro de tubos – crescem mais rápido em ambientes de baixa gravidade, o que poderia ser um problema para o abastecimento de água ou máquinas que se movem fluido em torno de estações espaciais ou futuras naves espaciais, por exemplo.
“Os biofilmes são conhecidos por causar falhas mecânicas”, diz Kripa Varanasi, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.
O professor Varanasi e seus colegas desenvolveram uma gama de revestimentos que tornam as superfícies escorregadias e, portanto, resistentes à formação de biofilmes.
Testes de um desses revestimentos em um experimento realizado a bordo da Estação Espacial Internacional descobriram que ele funcionava como pretendido.
A ideia por trás do revestimento é misturar um material sólido e um lubrificante.
Isso é então pulverizado no interior de um tubo ou tubo, o que torna essa superfície interna extremamente escorregadia.
O Prof. Varanasi já fez manchetes por desenvolver revestimentos semelhantes para o interior dos pacotes de pasta de dente – para que você possa obter cada último pedaço de pasta de dente.
Ele e seus colegas comercializaram a tecnologia através de sua empresa de spin-out LiquiGlide.
A escorregadia é, talvez, um atributo subestimado.
Nuria Espallargas, da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, e colegas desenvolveram um revestimento à base de carboneto de silício para equipamentos usados na fabricação ou reparo de alumínio.
É uma espécie de solução de frigideira antiaderente, o que significa que as camadas de alumínio fundido não ficam presas neste equipamento caro.
O funcionamento preciso deste revestimento particular é atualmente algo de um mistério, no entanto.
“Para ser honesto, nós realmente não sabemos como funciona, o mecanismo é desconhecido no momento”, diz o Prof. Espallargas.
No entanto, o revestimento está disponível comercialmente através de sua empresa spin-out Seram Coatings.
A Atlas Machine and Supply, uma empresa norte-americana que fabrica e repara máquinas industriais, testou isso.
“O benefício real está em estender a vida útil das ferramentas e melhorar a qualidade dos produtos que estão sendo produzidos”, diz Jeremy Rydberg, diretor de inovação.
Ele diz que, sem o revestimento, a Atlas deve reconstruir as ferramentas de rolo que usa para trabalhar alumínio a cada dois dias.
Isso custa US $ 4,5 milhões por ano.
Mas o novo revestimento significa que essas ferramentas duram uma semana inteira, não apenas alguns dias, reduzindo os custos de reconstrução para cerca de US $ 1,3 milhão por ano.
Os revestimentos podem fazer algumas coisas incríveis, mas nem sempre funcionam como pretendido, observa Andy Hopkinson, diretor administrativo do Safinah Group, uma empresa que muitas vezes é chamada para investigar quando os revestimentos dão errado.
“Estamos vendo muitos problemas no momento com estacionamentos, onde seu sistema passivo de proteção contra incêndio está descascando”, diz ele, referindo-se à pintura resistente ao fogo às vezes aplicada a estruturas de concreto.
E sua empresa também descobriu que os revestimentos aplicados a navios comerciais nem sempre impedem que os cracas e outras formas de vida marinha se prendam ao casco.
Esse problema, conhecido como bioincrustação, aumenta a fricção, o que significa que o motor do navio deve trabalhar mais – e queimar mais combustível.
Apesar da disponibilidade de revestimentos que prometem ajudar, os proprietários de navios nem sempre escolhem o correto para sua embarcação.
Essa escolha deve depender de onde o navio está navegando, quanto tempo ele deve ficar ocioso e não em movimento, e assim por diante, diz o Dr. Hopkinson.
O custo de corrigir problemas como esse pode chegar a muitos milhares, ou até milhões de libras.
“Normalmente, a pintura custa entre 1 e 2% do projeto.
O problema é que, quando dá errado, os custos se tornam exponenciais”, diz Hopkinson.
Os pesquisadores que trabalham neste campo, no entanto, dizem que ainda há muitas oportunidades para melhorar os revestimentos e desenvolver novos que poderiam melhorar drasticamente o desempenho de máquinas ou infra-estrutura no futuro.