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La investigación en la Estación Espacial Internacional está ayudando a los científicos a comprender cómo se propaga y se comporta el fuego en diferentes entornos y a aprender cómo prevenir y extinguir incendios en el espacio. Las investigaciones de combustión contribuyen a la seguridad de los miembros de la tripulación, los equipos y las naves espaciales al guiar la selección de materiales de la cabina de la nave espacial, mejorar la comprensión del crecimiento del fuego e identificar técnicas óptimas de extinción de incendios. Esta investigación también contribuye a la seguridad contra incendios en la Tierra y algunos estudios mejoran nuestra comprensión de la combustión para usos como la producción de electricidad y la alimentación de vehículos en tierra.

La microgravedad influye drásticamente en las llamas y proporciona un entorno único para estudiar la combustión. Por ejemplo, en la Tierra, los gases calientes de una llama se elevan y la gravedad atrae aire más frío y denso hacia el fondo de la llama, creando la forma clásica y el efecto de parpadeo. En microgravedad, este flujo no ocurre y en la estación espacial, las llamas de bajo momento tienden a ser redondeadas o incluso esféricas. Al eliminar los efectos de la flotabilidad, la microgravedad proporciona a los investigadores una mejor comprensión de los comportamientos específicos de las llamas.

El Rack integrado de combustión (CIR), desarrollado y operado por la NASA Centro de investigación Glenn, proporciona un entorno seguro para una amplia gama de experimentos de combustión. Los diferentes insertos de cámara que permiten una variedad de investigaciones incluyen el aparato de combustión de gotas multiusuario, que admitió los experimentos de extinción de llamas (FLEX), el inserto de experimentos avanzados de combustión mediante microgravedad (ACME) y el encendido y extinción de combustible sólido: límite de crecimiento y extinción. (SoFIE) cámara.

DOBLARque analizó la eficacia de los extintores de incendios, condujo a la descubrimiento de un tipo de llama fría, donde el combustible continuaba “ardiendo” bajo ciertas condiciones después de la extinción de la llama visible. Las llamas típicas producen dióxido de carbono y agua, pero las llamas frías producen monóxido de carbono y formaldehído. Aprender más sobre el comportamiento de estas llamas químicamente diferentes podría conducir al desarrollo de vehículos más eficientes y menos contaminantes. Las frías llamas producidas en la Tierra se apagan rápidamente. Como arden más tiempo en microgravedad, los científicos tienen la oportunidad de estudiarlos.

FLEX-2 Se analizó la rapidez con la que se queman las gotas de combustible, las condiciones necesarias para que se forme hollín y cómo se evaporan las mezclas de combustibles líquidos antes de quemarse. Los resultados podrían ayudar a que las futuras naves espaciales sean más seguras y aumentar la eficiencia del combustible para los motores que utilizan combustible líquido en la Tierra.

CUMBRE es un conjunto de seis estudios independientes que utilizan el CIR para examinar la eficiencia del combustible y la producción de contaminantes en la combustión en la Tierra. La serie también buscó mejorar la prevención de incendios en naves espaciales mediante una mejor comprensión de la inflamabilidad de los materiales.

Una investigación de ACME, Diseño de llama, estudiaron la cantidad de hollín producido en diferentes condiciones de llama. El hollín, el residuo de carbono que queda cuando el material que contiene carbono no se quema por completo, causa problemas ambientales y de salud, pero es deseable para algunos propósitos. Los resultados podrían permitir diseñar llamas con más o menos hollín, dependiendo de la necesidad específica, y podrían ayudar a crear diseños más eficientes y menos contaminantes para quemar combustible.

Emulador de velocidad de combustión de ACME (BRE) simuló la inflamabilidad de materiales sólidos y líquidos quemando combustibles gaseosos en condiciones específicas. El análisis de 59 pruebas de combustión de BRE proporcionó datos sobre el flujo de calor, el tamaño de la llama, los efectos del flujo de la mezcla de combustible y otros parámetros importantes.1 Los resultados podrían mejorar la comprensión fundamental de la inflamabilidad de los materiales y evaluar si los métodos existentes para probar la inflamabilidad son efectivos en microgravedad.

Quema y Supresión de Sólidos (BAJO) fue una de las primeras investigaciones que examinó cómo apagar los combustibles que se queman en microgravedad. Para apagar incendios en el espacio se debe considerar la geometría de la llama, las características de los materiales y los métodos utilizados para extinguirla, porque los métodos utilizados en tierra podrían resultar ineficaces o incluso empeorar la llama.

BAJO-II examinó las características de una variedad de muestras de combustible para ver si los materiales arden tan bien en microgravedad como en gravedad normal, dadas las condiciones adecuadas. Varios artículos han informado de los resultados de BASS-II, con hallazgos que incluyen las diferencias entre la propagación de la llama y la regresión del combustible y la comparación de las tasas de propagación de la llama.2,3

SoFIE-GEL Analiza cómo la temperatura de un combustible afecta la inflamabilidad del material. Los investigadores informan que las observaciones experimentales coinciden con las tendencias predichas por los modelos. Esta investigación, la primera de una serie, probó varios combustibles, incluidas láminas planas, losas gruesas, cilindros y esferas.

Saffire es una serie de experimentos realizados a bordo de naves espaciales de carga Cygnus no tripuladas después de que salen de la estación, lo que permite probar incendios más grandes sin poner en riesgo a los miembros de la tripulación. Los resultados sobre la propagación de llamas en microgravedad se pueden utilizar para establecer la tasa de liberación de calor en una nave espacial.4 y demostrar que la reducción de la presión ralentiza esa propagación.5

Combustión Confinada, patrocinado por el Laboratorio Nacional de la ISS, examina la propagación de llamas en espacios confinados de diferentes formas. El confinamiento afecta las características y los peligros del incendio. Los investigadores informan detalles sobre las interacciones entre una llama y las paredes circundantes y el destino de la llama, como su crecimiento o extinción.6 Estos resultados proporcionan orientación para el diseño de estructuras, códigos de seguridad contra incendios y respuesta en el espacio y en la Tierra. Otros resultados sugieren que el confinamiento puede aumentar o disminuir la inflamabilidad de los combustibles sólidos dependiendo de las condiciones.7

LLAMARADA, una investigación patrocinada por JAXA (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón), también prueba la inflamabilidad de materiales en microgravedad. Los resultados podrían mejorar significativamente la seguridad contra incendios en futuras misiones.

Los estudios de llamas ayudan a mantener seguras a las tripulaciones en el espacio. Esta investigación también podría conducir a una combustión más eficiente que reduzca los contaminantes y produzca llamas más eficientes para usos en la Tierra como calefacción y transporte.

Buscar esta base de datos de experimentos científicos para aprender más sobre los mencionados anteriormente.

Citas

  1. Dehghani, P., Sunderland, PB, Quintiere, JG, deRis. JL Quema en microgravedad: resultados y análisis experimentales. Combustión y Llama. Vol 228, junio de 2021, págs. 315-330
  2. Huang X, Link S, Rodríguez A, Thomsen M, Olson SL, Ferkul PV, Fernández-Pello AC. Transición de propagación de llama opuesta a regresión de combustible y expulsión: efecto del flujo, la atmósfera y la microgravedad. Actas del Instituto de Combustión. 2019 37(3): 4117-4126. DOI: 10.1016/j.proci.2018.06.022.
  3. Bhattacharjee S, Laue M, Carmignani L, Ferkul PV, Olson SL. Propagación de llama de flujo opuesto: una comparación de experimentos de microgravedad y gravedad normal para establecer el régimen térmico. Diario de seguridad contra incendios. 2016 enero; págs. 79111-118. DOI: 10.1016/j.firesaf.2015.11.011
  4. Urban DL, Ferkul PV, Olson SL, Ruff GA, Easton JW, Tien JS, Liao YT, Li C, Fernández-Pello AC, Torero JL, Legros G, Eigenbrod C, Smirnov N, Fujita O, Rouvreau S, Toth B, Jomaas G. Propagación de llamas: efectos de la microgravedad y la escala. Combustión y Llama. Vol. 199 enero de 2019; págs. 199168-182. DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.10.012.
  5. Thomsen M, Fernández-Pello AC, Urban DL, Ruff GA, Olson SL. Llama ascendente extendida sobre una fina tela compuesta: el efecto de la presión y la microgravedad. 48ª Conferencia Internacional sobre Sistemas Ambientales, Albuquerque, Nuevo México. 8 de julio de 2018; p CIEM-2018-23111
  6. Li Y, Liao YT, Ferkul PV, Johnston MC, Bunnell CT. Estudio experimental de llamas de flujo concurrente propagadas sobre sólidos delgados en espacios reducidos en microgravedad. Combustión y Llama. Vol. 227, mayo de 2021; págs. 22739-51. DOI: 10.1016/j.combustflame.2020.12.042
  7. Li Y, Liao YT, Ferkul PV, Johnston MC, Bunnell CT. Combustión confinada de materiales sólidos poliméricos en microgravedad. Combustión y Llama. Vik 234 de diciembre de 2021; págs. 234111637. DOI: 10.1016/j.combustflame.2021.111637.

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