O conhecimento e o controle do fenômeno da abrasão em máquinas hidráulicas e instalações hidroelétricas ou de abastecimento de água, e ainda em tubulações e instalações utilizadas em indústrias de diferentes naturezas, é de suma importância para a manutenção dos equipamentos em geral em condições satisfatórias de funcionamento, para a prevenção desse indesejável fenômeno, e para a garantia de sua eventual ocorrência em níveis compatíveis com a vida útil das instalações envolvidas.
No caso em que o fluido em escoamento é a água, tem-se a chamada “hidro-abrasão”, ou seja o desgaste, ou retirada de material das paredes sólidas com as quais entra em contato a água em escoamento. Esse desgaste pode ser provocado não só pela ação isolada das forças tangenciais que se exercem sobre a parede sólida devido ao elevado gradiente de velocidades verificado na camada limite do escoamento, como também pode ocorrer devido à existência de partículas sólidas carreadas pela água em escoamento.
Na literatura técnica, faz-se distinção entre as diferentes maneiras pelas quais são carreadas outras substâncias pelas águas de um rio. Assim, são considerados o arrastamento ou rolamento e os saltos, a suspensão mecânica ou a coloidal, a solução, e a suspensão propriamente dita. Nesta notícia sobre a hidro-abrasão e a cavitação, estaremos simplificadamente chamando de material em suspensão todo o material carreado pelas águas, independentemente da maneira específica pela qual se dá o seu transporte.
Empresas fabricantes de equipamentos hidráulicos têm efetuado pesquisas sobre a hidro-abrasão, visando à compreensão mais profunda do fenômeno, para conseguir controlá-la e minimizar os seus efeitos. Uma dessas empresas líderes no mundo é a SULZER, localizada na Suíça, de cuja publicação periódica “Sulzer Technical Review” são retiradas algumas das informações técnicas apresentadas a seguir.
No “trabalho” dos rios e das correntezas de uma maneira geral, devem ser distinguidos a erosão, o transporte e a deposição de material sólido. As partículas resultantes do processo de erosão são transportadas pelo escoamento do fluido, e constituem a chamada “carga de sedimentos em suspensão”, que pode se depositar sob condições de pequena velocidade do escoamento, quando é mínima a turbulência. Partículas de granulometria maior, como areias e cascalhos, são roladas ou deslizadas sobre o leito do rio, pelo arrastamento provocado pelo escoamento turbulento da água, e se deslocam com velocidades menores do que a do escoamento mais acima do leito, não só porque o movimento dos grãos é intermitente, como também porque situam-se na camada limite do escoamento, onde as velocidades são menores.
A erosão fluvial é provocada por processos distintos dentre os quais se destacam a corrosão, a abrasão e a cavitação.
A corrosão é um processo de reação eletroquímica entre a água (com os sais nela dissolvidos), e as superfícies das rochas com as quais ela entra em contato, e sobre as quais ela escoa.
A abrasão é um processo mecânico no qual se dá a retirada de partículas da superfície das rochas pelo efeito do atrito com as partículas sólidas em suspensão no escoamento.
A cavitação é um processo hidromecânico de remoção de partículas da superfície das rochas, devido às elevadas pressões puntiformes provocadas pelo colapso de bolhas de vapor de água produzidas em regiões de baixa pressão no escoamento. Em conexão com o episódio do dilúvio, interessa-nos demorar um pouco mais nos processos de abrasão e de cavitação.
No dispositivo experimental montado nos laboratórios da SULZER para o estudo da hidro-erosão, foi tomada a precaução de manter constante tanto a concentração dos grãos de areia como a sua distribuição em termos granulométricos, pois no decorrer dos ensaios, devido à abrasão ocorrida nos próprios grãos de areia, eles vão se erodindo ou desgastando, e se tornando mais arredondados.
Nesta breve notícia desejamos exatamente destacar esse aspecto da hidro-erosão, cujos resultados podem ser facilmente observados em pedregulhos, pedras, matacões, e até mesmo em blocos de rocha de maior porte.
Durante o processo de transporte, graças ao impacto recíproco e à abrasão resultante, os blocos anfractuosos perdem suas arestas e transformam-se em seixos arredondados de formas esféricas, cilíndricas, elipsoidais ou discoidais, dependendo da forma original do fragmento antes de sofrer esse processo de desgaste. Fragmentos pequenos, com dimensões inferiores a alguns décimos de milímetro, devido à sua pequena massa, não sofrem impactos sensíveis, e por isso não se arredondam no processo de carreamento pelas águas. Quanto maior for o fragmento original, maior também será a facilidade para o seu arredondamento.
A título de ilustração, transcreve-se a seguir um trecho do livro Geologia do Brasil, de Setembrino Petri e Vicente José Fúlfaro (Editora da USP, 1988), descrevendo a ocorrência de conglomerados na Bacia do Paraná, no Subgrupo Itararé:
A litologia mais comum do Subgrupo Itararé é constituída de arenitos. … A granulometria é muito variada, desde arenitos muito finos a conglomeráticos. … Ritmitos são comuns, embora com menor freqüência que arenitos. São constituídos de lâminas de siltitos ou arenitos finos … alternados com argilitos ou folhelhos. Seixos ou blocos de rochas, às vezes facetados e estriados, ocorrem com freqüência. … Os diamictitos são constituídos de blocos, seixos e partículas de rochas de variada natureza. … O tamanho dos clastos predominantes é pequeno, mas podem ocorrer blocos de até 5 metros de diâmetro.
Evidentemente a explicação uniformista para a existência de toda essa gama de partículas supõe a ocorrência de processos lentos e graduais no decorrer de imensos períodos de tempo. Por outro lado, a explicação catastrofista aponta para a ocorrência de fenômenos de hidro-abrasão ocorridos em um grau de intensidade imensamente grande, em tempo muito menor, como o que se pressupõe ter acontecido por ocasião do dilúvio universal. O banco de ensaios da SULZER é bastante ilustrativo do mecanismo de ocorrências desses fenômenos de hidro-abrasão de forma intensa e rápida.
Além da hidro-abrasão propriamente dita, deve-se chamar a atenção também para o processo de cavitação, outro fenômeno usual em escoamentos de líquidos quando a velocidade atinge valores locais elevados, e conseqüentemente a pressão valores muito baixos, podendo-se chegar ao valor da “pressão de vapor” do fluido, à temperatura local. Ao ser atingido esse valor, o líquido se evapora, formando-se uma bolha de vapor que, deslocada pelo escoamento, é levada para uma região de maior pressão onde entra em colapso. Nesse processo dinâmico são atingidos valores pontuais elevadíssimos da pressão, de tal maneira que, se isso ocorrer junto a uma superfície sólida em contato com o escoamento, ter-se-ão valores elevadíssimos de forças atuando sobre o material dessa superfície, que poderão facilmente ocasionar um processo de fratura local, com a conseqüente remoção do material fraturado, pelo líquido em escoamento.
Esse fenômeno recebe o nome de cavitação, exatamente porque vai ocasionando cavidades (verdadeiras “cáries”), sendo de natureza bastante distinta da hidro-abrasão considerada anteriormente.
O efeito da cavitação (aparentemente semelhante ao da hidro-abrasão) recebe em Inglês o nome de “pitting”, ou seja, formação de cavidades no material sólido.
A formação dessas cavidades em virtude do processo de cavitação propriamente dito, pode ser um fator de importância para o estabelecimento de condições iniciais extremamente favoráveis a um processo rápido de hidro-erosão. Além do mais, dependendo da natureza do material que está sendo submetido à cavitação, ela mesma constitui um processo de erosão intensa e rápida bastante significativo.
Desta forma, cavitação e hidro-erosão, associadas a um processo catastrófico, das dimensões do dilúvio universal descrito em Gênesis, fornecem um modelo criacionista para explicar a formação rápida de blocos, matacões, pedras, cascalho, pedregulhos e seixos rolados, de maneira geral, encontrados de forma tão abundante na natureza, sem se recorrer à necessidade de enormes eras geológicas postuladas pela concepção evolucionista.
