Un enxeñeiro galego, no achado dun peculiar patrón na combustión de hidróxeno

As estruturas fractais, que adoitan seguir un patrón xeométrico común a distintas escalas, poden atoparse moitas veces na natureza, na arte ou nas matemáticas. E estas formas son a base dun achado que acaban de publicar na revista Physical Review Letters uns investigadores da Politécnica de Madrid, o Karlsruhe Institut für Technologie e a Universidad Carlos III de Madrid, entre os que está o enxeñeiro galego Fernando Veiga López. O grupo de investigación, especializado na enxeñaría de fluídos, atopou uns curiosos patróns na combustión do hidróxeno gasoso en espazos reducidos que, en palabras de Veiga, son un descubrimento “importante de cara ao uso xeneralizado do hidróxeno como combustible nos vindeiros anos”.

“Descubrimos que este tipo de combustión en espazos confinados mantense, inesperadamente, en canles de espesor milimétrico, formando bonitas estruturas fractais”, detalla Fernando Veiga. Ao detectar este comportamento, xorden “problemas de seguridade adicionais que nunca se chegaran a considerar”, o que obrigará, probablemente, a estudar con maior detalle os procesos de combustión deste gas de cara ao seu futuro uso.

Publicidade

A combustión dunha enerxía de futuro

A propia páxina web da revista que publica a investigación, e que é unha das publicacións da prestixiosa American Physical Society, dedica un artigo ao achado. Segundo se explica na devandita análise, “o uso do hidróxeno como combustible axudará a reducir as emisións de dióxido de carbono, pero almacenalo e transportalo conleva riscos”. Deste xeito, o achado do equipo no que participa Veiga López demostra “que o gas pode arder en situacións onde ninguén esperaba que o fixera”.

A investigación estudou o comportamento do hidróxeno gasoso nunha fenda de apenas milímetros de ancho, e descubriu que o gas “podía arder de forma constante incluso cando a súa concentración era só do 5% do gas confinado”. O achado compleméntase cunhas curiosas imaxes gravadas polos enxeñeiros, que amosan como as lapas de hidróxeno se rompen “nun patrón fractal que lle permite acceder de forma eficiente ao combustible fresco mentres este se queima”.

Patrón fractal

Así, seguindo o patrón fractal, a fronte das lapas, que comezan sendo continuas, vanse dividindo en frontes máis pequenas antes de chegar á rexión que se ve nas imaxes, que están ralentizadas unhas catro veces en relación co tempo real. O equipo, dirixido polo investigador Mario Sánchez, encheu o oco duns milímetros entre dúas placas verticais transparentes cunha mestura de aire e un 5-15% de hidróxeno. Posteriormente encenderon a mestura na parte inferior e na superior e gravaron o camiño que seguía a fronte de lapas, visualizando o rastro da auga condensada que quedaba nas placas. Nos espazos suficientemente amplos e grandes fraccións de combustible,  unha fronte de chama propágase cara arriba ou abaixo, en función da dirección da lapa. Porén, en certas combinacións do grosor da cela e a relación combustible-aire, a fronte da lapa rompeuse nun patrón fractal de “dedos” que deixaban pequenos espazos de combustible baleiro entre eles.

Para contrastar resultados, os investigadores realizaron experimentos idénticos con outros dous combustibles máis pesados, que non puideron permanecer acesos nas mesmas condicións. Usando simulacións, explicaron que a singular supervivencia das chamas de hidróxeno como resultado da lixeireza deste gas, o que lle permite difundirse de forma máis rápida que outros combustibles. Esta velocidade de difusión foi capaz de alimentar continuamente a chama e manter a temperatura mínima de combustión sempre que as lapas se dividiran en “dedos” fractais. Deste xeito, os resultados suxiren que os sistemas de almacenamento de hidróxeno deberán ter en conta a “extrema inflamabilidade” do gas, mesmo en espazos moi estreitos.

Referencia: Unexpected Propagation of Ultra-Lean Hydrogen Flames in Narrow Gaps (Publicado en Physical Review Letters).