Teoria do Caos

Imagens de microscopia eletrônica e óptica ajudarão a compreender fenômenos do processo da corrosão

Um terço de todo o minério de ferro transformado em aço é perdido anualmente devido à corrosão, efeito que consiste na deterioração de materiais através de ações químicas ou eletroquímicas. Com o intuito de desvendar esse processo, uma pesquisa faz a análise do mecanismo do processo da corrosão via imagens em escala nanométrica.

Parceria surgiu através de estudos envolvendo a Teoria do CaosEntre os participantes estão o professor Odemir Martinez Bruno, do Grupo de Computação Interdisciplinar do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) daUSP, o professor Ernesto Chaves Pereira, do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e pesquisadores da Universiteit Gent, na Bélgica.

Segundo Odemir Bruno, essas análises, que são feitas através de imagens de microscopia eletrônica e óptica, poderão ajudar no entendimento e descoberta de fenômenos que ocorrem no processo da corrosão. De acordo com ele, essa parceria surgiu através de seus estudos envolvendo a Teoria do Caos (que trata de sistemas complexos, propõe que um simples fenômeno pode originar consequências imprevisíveis) e os Padrões Complexos (padrões que representam uma ciência não-linear, como, por exemplo, as superfícies dos materiais, em que determinadas diferenças não são visíveis a olho nu).

As metodologias têm permitido a investigação de diferentes superfícies de materiais. “Para o olho humano, uma superfície pode ser igual a outra, mas quando analisamos com um olhar matemático, podemos visualizar esses padrões distintos entre superfícies” diz Odemir Bruno.

O professor Ernesto Pereira afirma que, quando se trabalha com a corrosão, é preciso acompanhar e “olhar” o processo do efeito da deterioração, já que a reação pode ocorrer de forma diferente ao longo da superfície, o que torna o trabalho do professor Odemir Bruno muito importante, porque ele domina as ferramentas matemáticas que podem contribuir às análises”. Ernesto Pereira tem interesse na área de ciência não-linear, um fenômeno que ocorre comumente durante os experimentos complexos realizados. “Nos meus experimentos sobre corrosão, a presença de comportamentos não-lineares é muito comum”, afirma o professor da UFSCar.

A origem da pesquisa
Os trabalhos sobre o cloreto de sódio viabilizaram a realização de novas pesquisas envolvendo corrosão na área petrolífera, já que o petróleo contém água salina — composição semelhante à água do mar —, que pode causar graves problemas na tubulação de transporte do óleo. “A corrosão é um dos grandes problemas na indústria petrolífera, desde o processo de produção até a etapa realizada nas refinarias. Em todas estas fases existem problemas de corrosão e detalhes que devem ser aprimorados, prevenidos ou remediados”, diz o docente da UFSCar.

Segundo o Ernesto Pereira, seus estudos envolvendo a corrosão permitiram observar o efeito da deterioração de ligas usadas em dutos de petróleo, bem como em água do mar. Muitas vezes, nos dutos, existe também uma porção de água do mar junto ao óleo, sendo esta bastante agressiva por conter cloreto de sódio que, por sua vez, causa um tipo de corrosão considerada como a mais perigosa — a corrosão por pites, provocada por furinhos que vão de um lado até o outro do material.

“Na primeira etapa de nosso trabalho, estudamos a corrosão em solução de cloreto de sódio, onde o ânion (elementos químicos com cargas elétricas negativas) exerceu um papel primordial, tendo provocado uma deterioração que, ao ser filmada, nos forneceu informações que ainda não tínhamos, como, por exemplo, a profundidade dos pites ao longo do experimento, que nunca tinha sido medida antes”, explica ele.

Para estudarem os fenômenos não-lineares da corrosão, os pesquisadores tem trabalhado com duas metodologias inseridas na Teoria do Caos, que são as fractais  — figuras produzidas através de equações matemáticas — e os autômatos celulares — conjunto de células evolutivas. “Estudamos a Teoria do Caos para criarmos modelos matemáticos voltados à análise de padrões complexos”, diz Odemir Bruno.

Para ele, a solução desses problemas é um caminho para se desenvolverem novos métodos matemáticos, o que permitirá, inclusive, dar um novo passo para outras pesquisas na área das ciências não-lineares, tendo em vista que existem diversos fenômenos que ainda não têm respostas. Além disso, a resolução dos diversos enigmas envolvendo a corrosão pode refletir no desenvolvimento de novos modelos para os estudos destes fenômenos em diversas áreas, dada a importância econômica deste fenômeno em particular. Esta ideia, por exemplo, está descrita em um artigo escrito pelos pesquisadores, em parceria com os especialistas da universidade belga, publicado na revista Neurocomputing, neste ano.

Outra meta desses pesquisadores é estudar a propriedade dos filmes que crescem sobre os metais durante o processo de corrosão e melhorar o crescimento dessa capa protetora. De acordo com Ernesto Pereira, esses filmes podem oferecer informações que ajudarão no entendimento e prevenção da própria corrosão.

Os pites e os próximos passos
Hoje, utilizando técnicas eletroquímicas, é possível determinar a quantidade perdida de ferro, exatamente devido aos pites – causados pelo cloreto de sódio. Contudo, essa metodologia atual não é capaz de demonstrar a profundidade desse buraco.
Com isso, os pesquisadores filmaram um material com pites através de imagens em duas e três dimensões (2D e 3D).

“Antes, eu tinha a informação 3D, mas não tinha a coordenada ou a posição do local onde o processo acontecia. Agora, obtemos informação bidimensional, o que nos permite saber a posição correta onde o problema ocorre”, explica Ernesto Pereira, acrescentando que o próximo passo da pesquisa é refinar o conhecimento sobre este efeito, já que existem pites que crescem até aparecerem do lado oposto dos materiais, enquanto o crescimento de outros é interrompido. “Isso já me abriu um novo caminho para tentar descobrir porque isso ocorre”, finaliza ele.

Foto: Pedro Bolle / USP Imagens

Mais informações: (16) 3373-9770

Rui Sintra, da Assessoria de Comunicação IFSC
Agência USP

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