Os surfactantes dão à bebida comemorativa sua ascensão estável e direta de bolhas – Strong The One

As descobertas, descritas em um novo Fluidos de revisão física estudo, baseiam-se em uma série de experimentos numéricos e físicos, incluindo, é claro, derramar taças de champanhe, cerveja, água com gás e vinho com gás. Os resultados não apenas explicam o que dá ao Champagne sua linha de bolhas, mas também podem conter implicações importantes para a compreensão dos fluxos de bolhas no campo da mecânica dos fluidos.

“Este é o tipo de pesquisa que venho desenvolvendo há anos”, disse o professor de engenharia da Brown, Roberto Zenit, um dos autores do artigo. “A maioria das pessoas nunca viu uma infiltração no oceano ou um tanque de aeração, mas a maioria já tomou um refrigerante, uma cerveja ou uma taça de champanhe. Ao falar sobre champanhe e cerveja, nosso plano mestre é fazer as pessoas entenderem que a mecânica dos fluidos é importante em suas vidas diárias”.

O objetivo da equipe era investigar a estabilidade das cadeias de bolhas em bebidas carbonatadas. Parte da experiência exclusiva de apreciar essas bebidas são as pequenas ou grandes bolhas que se formam quando a bebida é servida, criando uma cadeia visível de bolhas e efervescência. Dependendo da bebida e de seus ingredientes, a mecânica dos fluidos envolvida é diferente.

Quando se trata de champanhe e espumante, por exemplo, as bolhas de gás que aparecem continuamente sobem rapidamente para o topo em fila única e continuam assim por algum tempo. Isso é conhecido como uma cadeia de bolhas estável. Com outras bebidas carbonatadas, como a cerveja, muitas bolhas se desviam para o lado, fazendo parecer que várias bolhas estão surgindo ao mesmo tempo. Isso significa que a cadeia de bolhas não é estável.

Os pesquisadores começaram a explorar a mecânica do que torna as cadeias de bolhas estáveis ​​e se eles poderiam recriá-las, tornando as cadeias instáveis ​​tão estáveis ​​quanto no champanhe ou no prosecco.

Os resultados de seus experimentos indicam que as cadeias de bolhas estáveis ​​em Champagne e outros vinhos espumantes ocorrem devido a ingredientes que agem como compostos semelhantes a sabão chamados surfactantes. Essas moléculas semelhantes a surfactantes ajudam a reduzir as tensões entre o líquido e as bolhas de gás, proporcionando uma subida suave até o topo.

“A teoria é que em Champagne esses contaminantes que agem como surfactantes são as coisas boas”, disse Zenit, autor sênior do artigo. “Essas moléculas de proteína que dão sabor e singularidade ao líquido são o que torna estáveis ​​as cadeias de bolhas que eles produzem.”

Os experimentos também mostraram que a estabilidade das bolhas é afetada pelo tamanho das próprias bolhas. Eles descobriram que as cadeias com bolhas grandes têm uma esteira semelhante à das bolhas com contaminantes, levando a uma ascensão suave e cadeias estáveis.

Nas bebidas, no entanto, as bolhas são sempre pequenas. Faz dos surfactantes o ingrediente chave para a produção de cadeias retas e estáveis. A cerveja, por exemplo, também contém moléculas semelhantes a surfactantes, mas, dependendo do tipo de cerveja, as bolhas podem subir em cadeias retas ou não. Em contraste, as bolhas na água carbonatada são sempre instáveis, pois não há contaminantes, ajudando as bolhas a se moverem suavemente através dos fluxos deixados pelas outras bolhas na cadeia.

“Esse rastro, esse distúrbio de velocidade, faz com que as bolhas sejam eliminadas”, disse Zenit. “Em vez de ter uma linha, as bolhas acabam subindo em um cone.”

Os resultados do novo estudo vão muito além da compreensão da ciência que envolve os brindes comemorativos, disseram os pesquisadores. As descobertas fornecem uma estrutura geral em mecânica dos fluidos para entender a formação de aglomerados em fluxos borbulhantes, que têm valor econômico e social.

Tecnologias que usam mistura induzida por bolhas, como tanques de aeração em instalações de tratamento de água, por exemplo, se beneficiariam muito se os pesquisadores tivessem uma compreensão mais clara de como as bolhas se agrupam, suas origens e como prever sua aparência. Na natureza, a compreensão desses fluxos pode ajudar a explicar melhor as infiltrações oceânicas nas quais o metano e o dióxido de carbono emergem do fundo do oceano.

Os experimentos que a equipe de pesquisa realizou foram relativamente diretos – e alguns podem até ser executados em qualquer pub local. Para observar as cadeias de bolhas, os pesquisadores serviram copos de bebidas carbonatadas, incluindo água com gás Pellegrino, cerveja Tecate, champanhe Charles de Cazanove e um brut de estilo espanhol.

Para estudar as cadeias de bolhas e o que acontece para torná-las estáveis, eles encheram um pequeno recipiente retangular de acrílico com líquido e inseriram uma agulha no fundo para que pudessem bombear gás para criar diferentes tipos de cadeias de bolhas.

Os pesquisadores então gradualmente adicionaram surfactantes ou aumentaram o tamanho das bolhas. Eles descobriram que, quando aumentavam as bolhas, podiam fazer com que as cadeias de bolhas instáveis ​​se tornassem estáveis, mesmo sem surfactantes. Quando eles mantiveram um tamanho de bolha fixo e apenas adicionaram surfactantes, descobriram que também poderiam passar de cadeias instáveis ​​para estáveis.

Os dois experimentos indicam que existem duas possibilidades distintas para estabilizar uma cadeia de bolhas: adicionar surfactantes e aumentar as bolhas, explicam os pesquisadores no artigo.

Os pesquisadores realizaram simulações numéricas em um computador para explicar algumas das questões que não conseguiram explicar por meio dos experimentos físicos, como calcular quanto dos surfactantes vai para as bolhas de gás, o peso das bolhas e sua velocidade precisa.

Eles planejam continuar investigando a mecânica das cadeias de bolhas estáveis ​​em um esforço para aplicá-las a diferentes aspectos da mecânica dos fluidos, especialmente em fluxos de bolhas.

“Estamos interessados ​​em saber como essas bolhas se movem e sua relação com aplicações industriais e na natureza”, disse Zenit.