20/11/2014 - Combustión en Microgravedad

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Determinar cómo ocurre la combustión de distintos materiales en condiciones de gravedad reducida o en un ambiente completamente confinado, es el principal objetivo de esta investigación desarrollada por el Energy Conversion & Combustion Group, EC2G, del Departamento de Industria y que busca convertirse en una alternativa para prevenir los incendios que se generan en naves o instalaciones espaciales.     

El interés por abordar este tipo de temáticas nace luego del incendio ocurrido en la estación espacial MIR. A raíz de esto, la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA), y la Agencia Europea del Espacio (ESA), buscan determinar las causas reales de este siniestro, dado que los materiales presentes en la nave fueron testeados para no ser inflamables. No obstante, los primeros resultados de las pesquisas de inmediato determinaron que las pruebas realizadas a dichos materiales no fueron las adecuadas, en virtud que los testeos fueron realizados en gravedad normal.

El contar con condiciones de gravedad reducida o con un ambiente completamente confinado, se traduce en que la llama se propague de manera distinta, provocando además que la tasa de oxigeno disponible en el momento que ocurre la combustión se reduzca drásticamente. Es importante destacar también que este tipo de procesos ocurre a escalas de movimiento bastante pequeñas y que son inaccesibles con los actuales sistemas de diagnóstico, no obstante la ausencia de gravedad es el escenario ideal para el estudio de la combustión, ya que permite hacerlo de forma más precisa.    

Para tratar de determinar cómo ocurre la combustión en gravedad reducida, el primer paso es recrear condiciones donde la gravedad sea nula, sin embargo existen muy pocos dispositivos para lograr aquello. Entre las alternativas que se disponen en la actualidad –aunque son muy poco accesibles–, destacan experimentos en la Estación Espacial Internacional, ISS, la utilización de vehículos que trasladan pertrechos espaciales o un cohete sonda, además de una torre de caída libre en la que se debe generar el vacío que permita recrear condiciones de microgravedad excepcionales.

En el caso de esta investigación, se recrean condiciones de gravedad reducida a través de vuelos parabólicos, técnica que se puede resumir en el desarrollo controlado de una parábola que comienza a una altura aproximada de 6.000 metros de altitud para terminar en 8.500, en un avión de gran envergadura y especialmente adaptado para llevar a cabo experimentos en su interior (www.novespace.fr).

Durante cada parábola los pilotos e ingenieros a cargo de la maniobra se preocupan de anular todas las fuerzas ejercidas sobre la aeronave dejando presente solo el peso del avión, logrando con esto que se encuentre en caída libre y en consecuencia se recrean solamente 22 segundos de microgravedad, pero suficientes para realizar al menos un experimento de combustión.

Distintas investigaciones en torno a este tema, revelan además que uno de los elementos que favorece la propagación de un incendio es la radiación que emite la llama y que se debe principalmente a las nanopartículas sólidas y calientes que se generan en su interior y que se conocen con el nombre de hollín.

En base a lo anterior, es que el presente estudio se centró en analizar cómo se formaba el hollín al interior de este tipo de llama y cómo su radiación es liberada por la zona de combustión, generando de paso un modelo físico que permite comprender cómo este hollín se forma y oxida, y, además, cómo libera energía por radiación e interactúa con el mismo combustible que se está quemando.

Actualmente, en el seno del EC2G, se están desarrollando modelos numéricos cuyos resultados son comparados con los datos experimentales recopilados en más de 1.500 parábolas realizadas por integrantes del grupo a bordo del avión A300 Zero-G de Novespace.

Es importante destacar también que la NASA y la ESA están sumamente atentas a los avances de esta investigación dado que particularmente se estudia una configuración de combustión que por ahora es la más representativa de un incendio en condiciones de gravedad nula.

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Dr. Andrés Fuentes

Energy Conversion & Combustion Group del Departamento de Industrias

Universidad Técnica Federico Santa María (Chile)

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