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Durante miles de años, los humanos han mezclado el aire rico en oxígeno
de la Tierra con una casi interminable variedad de combustibles con el
fin de producir llamas luminosas y calientes. Hay toda una historia de
aprendizaje sobre la combustión, la cual se extiende desde las primeras
fogatas que hicieron los seres humanos primitivos hasta los automóviles
más avanzados que recorren las supercarreteras del siglo XXI.
Los ingenieros estudian cómo se queman los materiales con el propósito
de producir mejores motores de combustión interna; los químicos analizan
las llamas en busca de reacciones exóticas; los cocineros experimentan
con el fuego para preparar mejores comidas.
Podríamos pensar que queda poco por aprender sobre este tema. El Dr.
Forman A. Williams, profesor de física en la Universidad de California,
en San Diego, estaría en desacuerdo. "Cuando se trata del fuego", dice,
"apenas estamos empezando".
En la llama común y corriente de una vela ocurren continuamente miles de
reacciones químicas. Las moléculas de hidrocarburos de la mecha se
vaporizan y se parten debido al calor. Luego, se combinan con oxígeno
para producir luz, calor, CO2 y agua.
Algunos de los fragmentos de hidrocarburos producen moléculas en forma
de anillo llamadas hidrocarburos policíclicos aromáticos, y finalmente,
hollín. Las partículas de hollín pueden quemarse también o simplemente
esparcirse en forma de humo. La forma de gotita de la llama, que nos es
tan familiar, es un efecto causado por la gravedad. El aire caliente
asciende y como resultado aire frío es jalado hacia adentro. Esto se
llama flotabilidad y es lo que hace que la llama se eleve y parpadee.
¿Pero qué sucede si se enciende una vela, digamos, a bordo de la
Estación Espacial Internacional ?
"Las llamas arden de manera distinta en microgravedad: forman pequeñas
esferas", dice Williams.
Estas esferas incandescentes a bordo de la EEI resultan ser fantásticos
mini laboratorios para investigar la combustión. A diferencia de las
llamas en la Tierra, que se expanden con avidez cuando necesitan más
combustible, las llamas esféricas dejan que el oxígeno venga a ellas. El
oxígeno y el combustible se combinan en una zona delgada, en la
superficie de la esfera, y no en todo su volumen. Es un sistema mucho
más simple.
Hace poco, Williams y sus colegas estaban realizando un experimento a
bordo de la EEI llamado "FLEX" (Flame Extinguishing Experiment, en
idioma inglés, o Experimento de Extinción de Llamas, en idioma español),
encaminado a apagar incendios en microgravedad, cuando se encontraron
con algo inusual. Pequeñas gotitas de heptano estaban quemándose en la
cámara de combustión de FLEX. Las llamas se extinguieron según lo
planeado, pero las gotitas continuaron quemándose inesperadamente.
"Eso es correcto: parecen estar quemándose sin emitir llamas", dice
Williams. "Al principio, no lo creíamos".
De hecho, Williams cree que las llamas siguen estando allí, solo que son
demasiado tenues como para verlas. "Estas son llamas frías", explica.
Generalmente, el fuego visible alcanza altas temperaturas, entre 1500K y
2000K. Las llamas esféricas de heptano a bordo de la EEI estaban
inicialmente en este régimen de "fuego caliente". Pero, conforme las
esferas de llama se enfriaron y comenzaron a apagarse, se inició un tipo
distinto de fuego.
"Estas llamas frías arden a temperaturas relativamente bajas, entre 500K
y 800K", dice Williams. "Y su química es completamente distinta. Las
llamas normales producen hollín, CO2 y agua. Las llamas frías producen
monóxido de carbono y formaldehídos".
Se han producido llamas frías similares en la Tierra, pero se apagan
casi inmediatamente. A bordo de la EEI, sin embargo, las llamas frías
pueden arder durante largos minutos.
"Estos resultados tienen consecuencias prácticas", agrega Williams. "Por
ejemplo, podrían conducir a sistemas de ignición automotrices más
limpios".
Una de las ideas que las compañías de automóviles han investigado por
años se denomina HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition, en
idioma inglés, o Ignición de Compresión de Carga Homogénea, en idioma
español). En el cilindro de un automóvil, en lugar de una chispa, se
produciría un proceso de combustión más suave y menos contaminante en
toda la cámara.
"La química de la HCCI involucra química de la llama fría", dice
Williams. "El control adicional que obtenemos del proceso de quemado
estable a bordo de la EEI nos dará valores químicos más precisos para
este tipo de investigación".
Es de destacar que estos experimentos pueden ser llevados a cabo en las
cámaras climáticas de simulación, en cualquier laboratorio de la Tierra.
Fuente. Nasa
www.ciencia.nasa.org
www.cci-calidad.com |
