Los astronautas a bordo de la Estación Espacial informan que ven llamas que se comportan como las medusas
Bolas de fuego ardiendo en baja gravedad podrían ayudar a los científicos a crear combustibles más limpios y de motores más eficientes
Prometeo estaría muy orgulloso. Como parte de un experimento de la NASA, los humanos han llevado fuego a la Estación Espacial Internacional (ISS) para ver lo que ocurre con las llamas en una ridículamente baja gravedad. El experimento, llamado Flame Extinguishment-2 (FLEX-2), tiene como objetivo mejorar el conocimiento de cómo se queman diversos combustibles líquidos y lo que producen para que podamos crear motores de combustión más limpias y eficientes.
Instalado en la estación espacial en 2009, FLEX-2 se aprovecha de las condiciones únicas en el espacio para simplificar los estudios de la combustión. En microgravedad, el combustible líquido puede formar gotitas casi perfectamente redondas. Cuando estas esferas se encienden la llama arde en una bola, dando a los científicos una geometría más limpia para el funcionamiento de modelos y cálculos.
El logro de este nivel de simplicidad, sin embargo, era una hazaña, dice C. Thomas Avedisian en la Universidad de Cornell, quien es co-investigador del equipo de FLEX-2. "Yo diría que esta es la configuración de combustión más difícil de crear para el combustible líquido", dice. "Este experimento llevó décadas para perfeccionarlo, se remonta a mediados de los años 80".
En la última prueba de funcionamiento, vista en el vídeo de arriba la cámara FLEX-2, de aproximadamente el tamaño de una caja de pan en el interior, se llena con una mezcla presurizada de oxígeno y nitrógeno diseñada para simular el aire en la superficie de la Tierra. Agujas dispensan una gota de 3 milímetros que es mitad de isooctano y heptano. Este brebaje químico sirve como un simple sustituto de la gasolina, dice Avedisian. Los dos líquidos generalmente se queman de manera similar, pero la gasolina pueden contener tantos compuestos diferentes que su comportamiento es más difícil de modelar.
Dos asas de alambre conducen la corriente para calentar la gota hasta que se inflama, lo que desata una brillante bola de fuego azul que se quema alrededor de 2.000 grados Kelvin. No te dejes engañar - la esfera ardiente no es súbitamente transportada a un cielo estrellado. Las luces de la cámara se apagan para que la llama sea más fácil de ver, pero que también hace motas en las imágenes, causadas por pequeñas imperfecciones en los sensores de vídeo. A continuación la bola de fuego, comienza a oscilar a medida que la combustión se extingue, haciendo parecer un pulso como una natación medusas a través de la cámara. Con el tiempo, la pelota irradia tanto calor que la llama abrasadoramente caliente se apaga.
Avedisian y su equipo han realizado varias pruebas como esta variando los tipos de combustible y el tamaño de las gotas para comprobar si hay varios efectos. Ellos son capaces de controlar la configuración inicial en tiempo real a través de un canal de video enrutado al laboratorio de Cornell, y luego ven como sigue su curso la prueba automatizado. El equipo de laboratorio también realiza experimentos similares en el suelo mirando a gotas más cerca del tamaño de la variedad de micro escala creada creando un combustible se inyecta dentro de un motor de automóvil. Para simular la baja gravedad en la Tierra, el equipo de Cornell deja caer sus gotas ardientes a través de una cámara de 25 metros de caída libre y las filman en el camino hacia abajo.
Las gotas formadas en los experimentos espaciales permiten al equipo ver la física de la combustión a escalas más grandes y comparar los resultados de las pruebas que se hacen en la Tierra. Un descubrimiento un tanto desconcertante es que los pulsos de estilo medusas sólo ocurren cuando la gota es lo suficientemente grande - cerca de 3 milímetros o más grandes - y no ocurren todo el tiempo. "Las oscilaciones de la llama realmente no se conocen bien", dice Avedisian.
En última instancia, el estudio de la levitación de las bolas de fuego podría revelar maneras de hacer que los combustibles se quemen más limpios. "Lo que creemos es que hay una zona de baja temperatura, o "llama fría", de la combustión de gotas que sigue ardiendo a pesar de que no podemos ver la llama", dice Avedisian. En esta zona, el fuego sólo se está quemando en alrededor de 600 a 800 grados Kelvin.
"Los fabricantes de motores han estado estudiando formas de reducir la contaminación que implican el uso de la química de llama fría, y que la química no entiende tan bien como la química de la llama caliente", añade el investigador principal de FLEX-2 Forman A. Williams de la Universidad de California, San Diego. "Mediante el estudio de las interesantes llamas que hemos encontrado en los experimentos de la ISS, podemos ser capaces de obtener una mejor comprensión de la química, que luego pueda ser de utilidad para los fabricantes de motores en sus diseños".
