¿Es posible la combustión en ausencia de gravedad?

El proceso de combustión

Cuando encendemos una vela o una cerilla, observamos una llama que desprende calor y luz. Además la combustión produce dióxido de carbono y vapor de agua. La llama que observamos tiene una forma alargada hacia arriba, la cual es propiciada por dos factores relacionados: la presencia de gravedad y el aire circundante (convección). La llama calienta el aire a su alrededor, este aire  caliente es menos denso que el aire frío, por tanto pesa menos y debido a la gravedad tiende a subir. Esto es lo que le da a la llama su forma alargada. La convección no es más que la transferencia de calor en un fluido, en este caso el aire. La transferencia se genera gracias a la presencia de gravedad.

Esquema_comportamiento_llama

Una muy buena forma de verificar empíricamente el modelo descrito anteriormente consiste en encender una vela/cerilla/mechero y acercar los dedos a la llama. Si lo hacemos lateralmente comprobaremos que podemos acercarnos mucho antes de sentir el calor. Sin embargo, si colocamos los dedos encima de la llama notaremos el calor mucho antes, es decir, sentiremos el aire caliente ascendiendo.

En este punto, llegamos a la pregunta que da título a este artículo:

¿Qué ocurre si no hay gravedad?

Eliminando la gravedad del modelo

Al eliminar la gravedad del modelo inmediatamente la corriente de aire ascendente desaparecería, puesto que en ausencia de gravedad no puede producirse la convección, esto es, el aire caliente no asciende. En consecuencia, la llama ya no sería alargada, si no esférica como muestra la siguiente foto publicada por la NASA.

Llama en la Tierra (izquierda) y en ausencia de gravedad  (derecha)

Cabría ahora preguntarnos que ocurrirá con esta llama, es decir: ¿Podrá permanecer encendida? la respuesta es que difícilmente lo hará. Al no existir gravedad, los productos de la combustión no ascienden, luego comienzan a acumularse en torno a la llama, en lo que se denomina el frente de llama, esto ahoga a la llama pues no permite el aporte de oxígeno (comburente). Estudios realizados por la NASA en microgravedad en un ambiente de oxigeno puro confirmaron este comportamiento. Es por ello para mantener encendida la llama es necesario realizar un aporte constante de oxigeno a la misma, por ejemplo mediante difusión. La difusión consiste en la mezcla del combustible con el comburente antes de la combustión aportando dicha mezcla directamente a la llama.

Otras observaciones que pueden realizarse son las relativas al color de la llama, totalmente azulada. Este color indica una presencia muy alta de oxígeno, como cuando se abre totalmente la válvula de aire en un mechero Bunsen. También puede comprobarse que toda la llama es homogénea, no existen zonas, esto es debido a que la temperatura es uniforme en toda la llama y la combustión por tanto más eficiente.

Aplicaciones

Inicialmente, estos experimentos con llamas en condiciones de ingravidez tenían por objetivo determinar los riesgos de un posible incendio en el espacio. No obstante, con el paso del tiempo los estudios han derivado hacía la reducción de la polución y el aumento de la eficiencia en el uso de combustibles. Los últimos experimentos llevados a cabo en la Estación Espacial Internacional se han enmarcado en las siguientes líneas de investigación:

  • Ampliar los conocimientos sobre las llamas generadas por difusión. Existe un gran interés en este tipo de llamas, pues no producen residuos de carbono (hollín) al ser la combustión completa. Su mayor comprensión puede ayudar a reducir de manera notoria la contaminación.
  • Diseño de llamas para controlar el aporte de oxigeno y realizar combustiones más eficientes y menos contaminantes. Este proyecto claramente busca mejorar la eficiencia de los combustibles a la par que reducir el consumo.
  • Efectos del campo eléctrico en llamas de difusión. Centrado en investigar como puede ser empleado el campo eléctrico para controlar las llamas y reducir las emisiones contaminantes.
  • Estructura y respuesta de las llamas esféricas. Enfocado en ampliar los conocimientos sobre este tipo de llamas.

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