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 qué sucede con las llamas en una gravedad cada vez más baja. El experimento, llamado Extinción de llama-2 (FLEX-2), tiene como objetivo mejorar nuestro conocimiento de cómo se queman varios combustibles líquidos y qué producen para que podamos crear motores de combustión más limpios y eficientes.
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Instalado en la estación espacial en 2009, FLEX-2 aprovecha las condiciones únicas en el espacio para simplificar los estudios de combustión. En microgravedad, el combustible líquido puede formar gotas casi perfectamente redondas. Cuando estas esferas se encienden, la llama arde en una bola, dando a los científicos una geometría más limpia para ejecutar modelos y cálculos.
Sin embargo, lograr este nivel de simplicidad no fue una hazaña, dice C. Thomas Avedisian de la Universidad de Cornell, quien es co-investigador en el equipo FLEX-2. "Yo diría que esta es la configuración de combustión más difícil de crear para combustible líquido", dice. "Este experimento tardó décadas en perfeccionarse, desde mediados de los 80".
En la última prueba, vista en el video de arriba, la cámara FLEX-2, aproximadamente del 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. Las agujas dispensan una gota de 3 milímetros que es mitad isooctano y mitad heptano. Esta preparación química sirve como un sustituto más simple para la gasolina, dice Avedisian. Los dos líquidos generalmente se queman de manera similar, pero la gasolina puede contener tantos compuestos diferentes que su comportamiento es más difícil de modelar.
Dos bucles de alambre conducen la corriente para calentar la gota hasta que se enciende, provocando una bola brillante de llama azul que arde alrededor de 2000 Kelvin. No se deje engañar: la esfera ardiente no se transporta repentinamente a un cielo estrellado. Las luces de la cámara se apagan para que la llama sea más fácil de ver, pero eso también hace que las manchas en las imágenes, causadas por pequeñas imperfecciones en los sensores de video, sean más evidentes. La bola de fuego comienza a oscilar a medida que la combustión se apaga, haciendo que parezca pulsar a través de la cámara como una medusa nadando. Finalmente, la bola irradia tanto calor que la llama abrasadora se apaga.
Avedisian y su equipo han realizado varias pruebas como esta, mezclando los tipos de combustible y los tamaños de las gotas para verificar varios efectos. Pueden controlar la configuración inicial en tiempo real a través de una transmisión de video enrutada al laboratorio en Cornell, y luego ver cómo la prueba automática sigue su curso. El equipo de laboratorio también realiza experimentos similares en el terreno, observando gotas más cercanas en tamaño a la variedad de microescala creada a medida que se inyecta combustible dentro del motor de un automóvil. Para simular la baja gravedad en la Tierra, el equipo de Cornell deja caer sus gotas: envían los orbes en llamas a través de una cámara de caída libre de 25 pies y los filman en el camino hacia abajo.
Las gotas formadas en los experimentos espaciales le permitieron al equipo ver la física de la combustión a mayor escala y comparar los resultados con las pruebas realizadas en la Tierra. Un descubrimiento un tanto desconcertante es que los pulsos al estilo de las medusas solo ocurren cuando la gota es lo suficientemente grande (aproximadamente 3 milímetros o más) y no suceden todo el tiempo. "Las oscilaciones de las llamas realmente no se comprenden bien", dice Avedisian.
En última instancia, estudiar las bolas de fuego levitantes podría revelar formas de hacer que los combustibles se quemen más limpios. "Lo que creemos es que hay una zona de combustión a baja temperatura o 'llama fría', la gota aún está ardiendo aunque no podamos ver la llama", dice Avedisian. En esta zona, el fuego solo arde entre 600 y 800 Kelvin.
"Los fabricantes de motores han estado estudiando formas de reducir la contaminación que implican el uso de química de llama fría, y esa química no se entiende tan bien como la química de llama caliente", agrega el investigador principal de FLEX-2, Forman A. Williams, de la Universidad de California., San Diego. "Al estudiar las llamas frías que encontramos en los experimentos de la EEI, podemos obtener una mejor comprensión de esa química, que luego podría ser útil para los fabricantes de motores en sus diseños".
