Por Bruno Giordano

Desde as bolhas efêmeras do champanhe nas comemorações de fim de ano até o banho relaxante ao final do dia, as espumas fazem parte do nosso cotidiano. Mas já reparou como sua duração e textura variam? A leveza do champanhe, por exemplo, não proporcionaria o conforto desejado em um banho aconchegante. Mas a estabilidade das espumas vai muito além de momentos triviais.  Em diferentes setores como indústria alimentícia, farmacêutica, produtos de limpeza, flotação mineral, extinção de incêndios e recuperação avançada de petróleo, a eficiência dos processos e produtos, depende diretamente da longevidade da espuma. Como garantir que ela permaneça estável pelo tempo necessário? O entendimento dos mecanismos de desestabilização é fundamental para responder a essa questão.

Mas, afinal o que é uma espuma?

Espumas são sistemas coloidais compostos por bolhas de gás, usualmente ar atmosférico, dispersas em uma fase líquida. Entre as bolhas, forma-se um filme líquido contendo tensoativos, como surfactantes, que se posicionam na interface ar-líquido, reduzindo a tensão interfacial e estabilizando a interface. O equilíbrio desse filme depende do balanço entre forças atrativas e repulsivas, da viscosidade do líquido e da pressão exercida pelas bolhas.

São três os principais mecanismos de desestabilização das espumas: coalescência, coarsening e drenagem. A coalescência ocorre quando o filme líquido entre as bolhas se rompe, geralmente devido à baixa eficácia dos tensoativos, além de ser uma consequência dos outros dois mecanismos. O coarsening é o crescimento das bolhas devido à difusão gasosa, e acontece de forma mais relevante com gases solúveis em água, como o CO₂. Já a drenagem, que abordaremos à seguir é o principal fator limitante na longevidade da espuma na maioria das aplicações

A drenagem ocorre devido à ação da gravidade, que induz o escoamento do líquido ao longo dos filmes interfaciais, separando-o do gás devido à diferença de densidade entre eles (o gás é muito menos denso que o líquido). À medida que o líquido escoa e a espuma se torna mais seca, os filmes ficam mais finos, facilitando a difusão do gás e tornando a estrutura mais frágil, o que pode levar ao colapso da espuma. O tempo e a velocidade da drenagem variam conforme a composição do sistema e as condições experimentais.

As principais estratégias para mitigar a drenagem incluem a adição de co-surfactantes ou álcoois de cadeia longa para aumentar a viscoelasticidade da interface; o uso de nanopartículas e proteínas, que reduzem a mobilidade interfacial; e, mais comumente, a incorporação de polímeros, que aumentam a viscosidade da fase líquida. Além disso, as condições e o método de formação da espuma desempenham um papel crucial na drenagem e, consequentemente, na sua estabilidade, pois determinam a quantidade de líquido nos filmes e o tamanho das bolhas.

Se controlar a drenagem é essencial, medir esse processo de forma eficiente se torna um desafio igualmente importante. Métodos baseados em observações visuais muitas vezes carecem da precisão necessária para aplicações industriais rigorosas. O controle de parâmetros experimentais e o monitoramento em tempo real são fundamentais para garantir reprodutibilidade e avaliar as propriedades das espumas, permitindo sua otimização.

Dynamic Foam Analyzer: Caracterização avançada de espumas

O Dynamic Foam Analyzer (DFA 100), da Krüss, é uma ferramenta avançada projetada para caracterizar a estabilidade de espumas de forma automatizada e quantitativa. Ao contrário de métodos convencionais que dependem de observações subjetivas o DFA automatiza a caracterização da espuma através de sensores ópticos, garantindo reprodutibilidade e precisão. Ele permite gerar espumas de forma precisa, através de métodos como borbulhamento ou agitação mecânica (stirring), com alto controle de parâmetros como vazão e volume de gás, altura da espuma ou taxa de agitação.

O equipamento possibilita monitorar tanto a formação da espuma quanto seu decaimento e drenagem ao longo do tempo, fornecendo indicadores como meia-vida da espuma e meia-vida da drenagem de forma automática. Além disso, com o auxílio de eletrodos sensores de condutividade, é possível acompanhar em tempo real a distribuição e o escoamento do líquido dentro da espuma, medindo a quantidade de líquido em até sete alturas diferentes na coluna e como essa distribuição evolui ao longo do tempo. Com o DFA 100, a estabilidade e a drenagem das espumas podem ser avaliadas de forma científica e criteriosa, fornecendo dados quantitativos essenciais para otimização de formulações e desenvolvimento de produtos de alto desempenho.