Le turbine eoliche che svettano per centinaia di piedi su molti paesaggi annunciano un futuro di infinite, energia pulita.

Ma in un senso cruciale, le turbine rimangono radicate nel passato:proprio come con la tua auto, i loro motori richiedono lubrificazione per funzionare senza intoppi. La domanda per molti ingegneri chimici è:come si prolunga la vita utile dei lubrificanti?

In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Vineeth Chandran Suja, uno studente laureato a Stanford in ingegneria chimica, esplora uno dei problemi principali:l'olio schiumogeno.

Il problema, lui dice, è che sia nella tua macchina o in una turbina eolica, ogni volta che ingranaggi metallici sfregano contro altri metalli, l'olio viene spruzzato e mescolato con l'aria. Ciò si traduce spesso nella formazione di minuscole bolle con durate variabili. Se le bolle non scoppiano subito, si raccolgono presto in una schiuma, che è uno dei principali meccanismi di declino del motore.

La schiuma è dannosa in vari modi. Degrada il lubrificante e consente agli ingranaggi di macinare. L'ossigeno intrappolato nelle schiume d'olio provoca l'ossidazione delle parti metalliche, questo è, arrugginire. E la schiuma agisce come un isolante termico, intrappolando il calore nocivo nel sistema. Quindi, i produttori di lubrificanti sono attivamente alla ricerca di modi per ridurre la formazione di schiuma di lubrificante.

Per comprendere meglio le condizioni che danno origine alle schiume, i ricercatori, guidato da Gerald Fuller, professore di ingegneria chimica, ha adattato una serie di tecniche originariamente sviluppate per studiare lo strato liquido che lubrifica l'esterno dell'occhio umano. Queste nuove tecniche hanno permesso loro di studiare i modelli colorati sulla superficie delle singole bolle d'olio - un progresso chiave dalla ricerca precedente, che si è concentrato sulle schiume nell'aggregato.

Quando Fuller e Suja hanno ingrandito la superficie iridescente delle loro minuscole bolle d'olio, hanno scoperto che i modelli di colore hanno rivelato lo spessore della parete della bolla. più luminoso, colori più vivaci indicavano pareti più spesse che portavano a bolle più persistenti e, quindi, più schiumoso, oli meno efficaci, dice Suja, chi è stato il primo autore della carta. I colori più scuri indicavano bolle a parete sottile che sarebbero scoppiate rapidamente, quindi gli oli che dureranno più a lungo e forniranno una migliore lubrificazione.

I ricercatori hanno utilizzato la loro nuova tecnica di codifica a colori per determinare il motivo per cui alcuni oli motore tendono a diventare schiumosi. Il loro obiettivo finale era capire come produrre oli più duraturi. Nel processo hanno fatto una scoperta sorprendente su come l'evaporazione influenzi la formazione di bolle e la formazione di schiuma.

Mentre ingrandivano, hanno osservato che l'evaporazione nella parte superiore di ogni bolla ha causato il cambiamento della sua tensione superficiale, tirando l'olio in più verso l'alto. Questo olio aggiuntivo ha reso la parete della bolla più spessa e più forte, e ne ha impedito lo scoppio. Hanno catturato il video delle bolle che pulsano mentre lacrime d'olio si accumulano nella parte superiore, poi arrotolato lungo la parete esterna della bolla solo per salire di nuovo verso l'alto per evaporazione. Man mano che il ciclo continuava, questi persistenti, le bolle a pareti spesse tendevano a diventare schiume indesiderabili. "Imparare che l'intero processo è guidato dall'evaporazione è stato un risultato un po' inaspettato, "dice Fuller.

I ricercatori hanno dimostrato che questo effetto è più pronunciato nelle miscele miste, oli multigrado, ma praticamente assente in omogenee, oli monogradi. "Si scopre, se vuoi ridurre la formazione di schiuma, vuoi usare un'elevata purezza, oli unigradi, "dice Fuller.

Suja e Fuller stanno ora perseguendo due strategie per trovare modi per ridurre o eliminare la schiuma. Il primo è quello di formalizzare la loro comprensione della formazione di bolle, evaporazione e formazione di schiuma con modelli matematici che consentiranno loro di simulare le prestazioni degli oli puri o miscelati nella vita reale. Ciò accelererebbe il processo di ricerca e scoperta di nuovi oli. Il secondo è cercare additivi antischiuma o altri modi per contrastare quelle lacrime pulsanti.

Si tratta di uno studio fondamentale che chiarisce un grosso problema che affligge la lubrificazione, dice Fuller. "Ci indica anche alcune nuove direzioni interessanti".