Estruturas Inteligentes – Parte 1

Diferentemente de muitas forças letais da natureza, os terremotos quase sempre atacam sem aviso prévio. Essa força destrutiva e devastadora é capaz de fazer cidades ruírem em questão de segundos, deixando para trás nada mais do que escombros e tragédia. Além disso, os terremotos não se limitam a uma área do mundo ou a uma estação do ano e, embora a maioria deles sejam apenas pequenos tremores, basta um para causar a perda de milhões de dólares em danos a propriedades e milhares de mortes. Por este motivo, os cientistas continuam a correr atrás de novas tecnologias para limitar a destruição que os terremotos podem causar.

Nos laboratórios da Lord Corporation, em Cary, no estado da Carolina do Norte, pesquisadores acreditam ter desenvolvido, juntamente com pesquisadores da Universidade de Notre Dame, o mais recente produto para reduzir os danos causados por terremotos. A Lord é uma das maiores produtoras de uma substância bem diferente, chamada fluido magneto-reológico (fluido MR), que está sendo usada dentro de grandes amortecedores para dar estabilidade a prédios, durante terremotos. O fluido MR é um líquido que muda para um estado quase sólido ao ser exposto a uma força magnética, voltando ao estado líquido quando essa força é retirada.

Durante um terremoto, o fluido MR, dentro dos amortecedores, irá mudar de sólido para líquido e vice-versa, conforme os tremores ativam uma força magnética no interior de cada amortecedor. Usar estes amortecedores em prédios e em pontes irá criar estruturas inteligentes que, automaticamente, reagirão à atividade sísmica, limitando a quantidade de danos causada por terremotos.

Fluido MR

Olhado em um béquer, o fluido MR não parece ser uma substância revolucionária. Trata-se de um líquido cinza e oleoso, cerca de três vezes mais denso do que a água. Realmente, nada empolgante à primeira vista. No entanto, ele é incrível quando o vemos em ação.

Uma simples demonstração, por David Carlson, um físico do laboratório da Carolina do Norte, mostra a capacidade que o líquido tem de se transformar em sólido em questão de milésimos de segundo. Ele derrama o líquido no copo e o mexe com um lápis para mostrar que está líquido. Então, coloca um ímã na parte inferior do copo e o líquido instantaneamente vira um quase sólido. Para confirmar que a transformação foi real, ele segura o copo de cabeça para baixo, sem que caia uma única gota do material.

Fluido MR, antes da magnetização.

O fluido já sólido, após a magnetização.

 

O fluido MR comum consiste nestas três partes:

  • partículas de ferrocarbonila – de 20 a 40% do fluido é composto por essa partículas maleáveis de ferro, com apenas 3 a 5 micrômetros de diâmetro. Essas partículas são tão finas que um pacote de partículas de ferrocarbonila secas parece farinha negra;
  • um líquido transportador – as partículas de ferro ficam suspensas em um líquido, normalmente o óleo de hidrocarboneto. Já nas demonstrações, a água costuma ser usada;
  • aditivos patenteados – o terceiro componente do fluido MR é um segredo, mas a Lord diz que esses aditivos são colocados para inibir o depósito gravitacional das partículas de ferro, promover sua suspensão, aumentar a oleosidade, modificar a viscosidade e diminuir o desgaste.

Quando se aplica um ímã ao líquido, as partículas de ferrocarbonila se alinham para fazer com que o fluido endureça e fique sólido, fenômeno causado pelo campo magnético de corrente direta, que faz as partículas se imobilizarem em uma polaridade uniforme. O quanto a substância endurece depende da força do campo magnético. Caso se retire o ímã, as partículas ficam livres imediatamente.

Amortecedores

Arranha-céus e pontes longas são suscetíveis à ressonância criada por ventos fortes e atividades sísmicas. Para diminuir o efeito de ressonância, é importante colocar grandes amortecedores no seu desenho para interromper as ondas ressonantes. Se estes equipamentos não forem colocados, tanto os prédios como as pontes podem tremer até cair: um fenômeno bastante visto quando acontece um terremoto.

O tamanho dos amortecedores depende do tamanho do prédio. Há três classificações para os sistemas de amortecimento:

  • passivo – um amortecedor sem controle que não requer entrada de energia para funcionar. É simples e geralmente barato, mas não consegue se adaptar a necessidades diferentes;
  • ativo – os amortecedores ativos são geradores de força, que empurram a estrutura ativamente para contrabalancear as perturbações. São totalmente controláveis e necessitam de uma grande quantidade de energia;
  • semi-ativo – combina características dos amortecedores ativos e passivos. Em vez de empurrar a estrutura, eles contrapõem o movimento com uma força de resistência controlada para reduzi-lo. São totalmente controláveis, mas precisam de um mínimo de alimentação de energia. Ao contrário dos amortecedores ativos, eles não têm o potencial para sair de controle e desestabilizar a estrutura. Os amortecedores com fluido MR são dispositivos semi-ativos que modificam seu nível de amortecimento variando a quantidade de corrente fornecida para um eletromagneto interno, que controla a vazão do fluido MR.

Dentro do amortecedor com fluido MR, uma bobina eletromagnética é enrolada ao redor de três seções do pistão e, aproximadamente, 5 litros de fluido MR são necessários para encher a câmara principal do amortecedor. Durante um terremoto, os sensores presos ao prédio irão avisar o computador para fornecer carga elétrica aos amortecedores, magnetizando a bobina e fazendo o fluido MR solidificar-se. Agora, o eletromagneto, provavelmente, irá pulsar conforme as vibrações ondulam pela estrutura do prédio, fazendo com que o fluido MR alterne entre os estados líquido e sólido milhares de vezes por segundo, além de também poder fazer a temperatura do fluido se elevar. Um acumulador de expansão térmica é preso no topo do invólucro do amortecedor para permitir que o fluido se expanda conforme se aquece. A função desse acumulador é impedir uma perigosa elevação na pressão durante a expansão do fluido.

Prédios equipados com amortecedores de fluido MR.

Dependendo do tamanho do prédio, poderia haver centenas de amortecedores possíveis, com cada um deles sendo posicionado no piso e preso por braçadeiras soldadas em uma viga cruzada de aço. Conforme a construção começa a tremer, os amortecedores se movem para trás e para frente para compensar a vibração do choque. Ao receber força magnética, o fluido MR aumenta a quantidade de força que os amortecedores podem exercer.

Fonte: HowStuffWorks, Folha Online

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