Pesquisadores da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj), em parceria com o Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), desenvolveram um modelo matemático inédito capaz de prever com maior precisão o fenômeno da fluência em polímeros, ou seja, a deformação lenta de plásticos submetidos a cargas constantes, que pode comprometer sua durabilidade em aplicações de longo prazo.

O modelo permite estimar deformações de longo prazo em dutos e tubulações, prevenindo vazamentos e trocas prematuras; em peças automotivas, como caixas de bateria e suportes plásticos expostos a calor e esforço por anos; além de componentes da construção civil; como buchas, perfis e juntas, e de partes plásticas de dispositivos médicos, embalagens e reservatórios.

Polímeros são macromoléculas formadas por longas cadeias de unidades repetidas chamadas monômeros. Podem ser naturais como proteínas e celulose, ou sintéticos, como os plásticos. Por serem amplamente utilizados, compreender e antecipar o desgaste desses materiais é um desafio técnico fundamental para a indústria moderna.

“Imagine dois dispositivos ideais: uma mola, que deforma e volta, e um pistão imerso em mel, que deforma devagar e não volta completamente. Os plásticos reais se comportam entre esses dois extremos e mudam esse padrão ao longo do tempo, quando ficam submetidos a uma carga contínua”, explica o matemático Americo Cunha Jr., professor do Instituto de Matemática e Estatística da Uerj e um dos autores do artigo. “Propusemos um protótipo que ajusta esse comportamento à medida que o material envelhece sob esforço, prevendo quanto e quão rápido ele vai ceder”.

Estimativas mais precisas

Iniciado em 2024, o estudo envolveu os departamentos de Engenharia Mecânica e de Matemática Aplicada da Uerj, com o objetivo de formular um modelo computacional mais funcional e abrangente. O processo incluiu formulação teórica, implementação computacional e validação por meio de simulações com códigos desenvolvidos pelo grupo, utilizando a infraestrutura do LNCC.

“Diferentemente de modelos clássicos, que consideram propriedades fixas, nossa abordagem capta a transição gradual entre fases mais rígidas e mais flexíveis dos polímeros. Isso torna as previsões de vida útil muito mais fiéis, ampliando a confiabilidade em aplicações críticas”, afirma Cunha Jr. Segundo o pesquisador, os resultados também contribuem para a competitividade industrial e para a adoção de normas de segurança e regulação em diferentes setores.

Os próximos passos incluem testes com outros tipos de materiais, além do PVC e do polipropileno, já analisados. O artigo “Advanced creep modelling for polymers: a variable-order fractional calculus approach” foi publicado em setembro na revista científica Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, editada pela Academia Nacional de Ciências do Reino Unido, e está disponível em: http://dx.doi.org/10.1098/rspa.2024.0861 

O software de simulação já pode ser baixado em https://americocunhajr.github.io/SpringpotTune e pode ser utilizado em atividades cotidianas de engenharia, calibrando os dados do material analisado com a equação elaborada pelos pesquisadores.

O trabalho teve o apoio das agências de fomento Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), reforçando o papel da Uerj na produção científica de ponta e na inovação tecnológica nacional. 

Fontes para entrevista:

  • Americo Cunha Jr., professor do Departamento de Matemática Aplicada da Uerj
  • José Geraldo Telles Ribeiro, professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Uerj