La misteriosa llama del 'torbellino azul' es en realidad 3 diferentes llamas combinadas

Vídeo: Un fascinante "torbellino azul" podría cambiar el futuro de los combustibles fósiles

Durante cientos de miles de años, los seres humanos han cultivado una estrecha relación con el fuego. Pero a pesar de toda nuestra fascinación e intimidad, tanto con sus peligros como con sus usos, el fuego todavía puede aturdirnos con algo que nunca antes habíamos visto.

La llama del torbellino azul fue descubierta por accidente hace solo unos años. Los científicos estaban estudiando un tipo de llama particularmente peligroso: los torbellinos que, en los incendios forestales, se convierten en terribles tornados de fuego que causan desastres, pero que podrían aprovecharse para generar energía o limpiar derrames de petróleo.

Pero de sus llamas de hollín emergió algo nuevo: una torsión de fuego azul puro, danzante y limpio. Ahora, los científicos han utilizado simulaciones para reproducir la llama inquietantemente hermosa y, al hacerlo, finalmente han llegado a comprender su estructura.

"Una pregunta fundamental para la teoría de la combustión que fue planteada por el torbellino azul es la siguiente: ¿Cuál es la estructura de la llama del remolino azul?", escribieron los investigadores en su artículo.

"Solo si entendemos su estructura podemos domesticarlo, escalarlo y crearlo a voluntad".

Lo que hace que los torbellinos de fuego sean tan peligrosos es lo que también los hace interesantes como potencial herramienta.

Se generan cuando el viento y el fuego se combinan para crear un vórtice de llamas. Las propiedades de torbellino le dan a esta llama una mayor eficiencia de combustión y una menor tasa de emisión, lo que llevó a los científicos a preguntarse si podría usarse, por ejemplo, para limpiar derrames de petróleo.

Imagen: El torbellino azul observado en el experimento. (A) Torbellino azul estable. (B) Torbellino azul ligeramente inestable con hollín en el medio, lo que sugiere un modo de burbuja de ruptura del vórtice.

Cuando surgió el torbellino azul, estaban aún más intrigados. La llama arde en amarillo debido a las emisiones del cuerpo negro al irradiar partículas de hollín, y el hollín solo está presente cuando el fuego no tiene suficiente oxígeno para quemar por completo todo el combustible disponible. Entonces, una llama azul o violeta es aquella que está quemando todo el combustible disponible con total eficiencia.

La llama del torbellino azul era curiosa por varias razones. Surgió espontáneamente, libre de hollín y estable, de una llama turbulenta y con hollín. Permaneció muy silenciosa y estable, persistiendo hasta que se quemó todo el combustible disponible.

Los científicos pudieron mapear su temperatura y determinar cómo se podría estabilizar el torbellino azul. Pero la estructura seguía siendo un misterio, por lo que el equipo recurrió a simulaciones numéricas tridimensionales para recrear una llama de torbellino azul que emerge de una llama de torbellino amarilla a través de varias transiciones como resultado de la ruptura del vórtice.

Una vez que habían ajustado sus parámetros lo suficiente, efectivamente, la llama simulada coincidía con el recorrido real.

Imagen: Estructura de la llama del torbellino azul. (A) Representación volumétrica de la tasa de liberación de calor de la simulación numérica descrita en el texto. (B) Diagrama esquemático que resume un resultado final de la simulación del torbellino azul. (C) torbellino azul observado. Crédito de la foto: H. Xiao, Universidad de Ciencia y Tecnología de China.

Y reveló que el torbellino azul es una quimera ardiente, compuesta de tres tipos diferentes de llamas que se combinan para convertirse en un cuarto tipo, el torbellino azul.

La parte inferior de la llama debajo del anillo azul es una llama premezclada rica. Se trata de una llama en la que el combustible y el oxidante ya están mezclados, con un exceso de combustible en comparación con el oxidante. La parte superior sobre el anillo brillante es una llama difusa, en la que el combustible y el oxidante están separados. Y fuera de la llama difusa hay una llama premezclada pobre, donde hay más oxidante que combustible.

La cuarta llama es el anillo. Aquí es donde se unen las tres llamas, una llama triple. Es lo que se conoce como una llama premezclada estequiométrica, en la que tanto el oxidante como el combustible están presentes en cantidades perfectas para una combustión completa.

Esta información no convertirá los remolinos azules en un fuego útil de la noche a la mañana. Pero constituye la base que podría llevarnos allí. Y llegar allí podría ser enorme.

Los hidrocarburos forman la base de los combustibles fósiles, cuya quema genera grandes cantidades de emisiones nocivas; sin embargo, muchos gobiernos se están demorando en la transición de la dependencia de los combustibles fósiles a la energía más limpia.

Ser capaz de aprovechar las llamas azules para la combustión podría facilitar esa transición.

Por supuesto, hay muchos problemas que superar primero, y uno de los más importantes es cómo generar el torbellino azul sin la necesidad del peligroso torbellino de fuego amarillo.

"¿Puede formarse en condiciones controladas de forma más directa y sin pasar por el estado de torbellino de fuego? ¿Se puede controlar el tamaño? ¿Puede hacerse más grande o más pequeña? ¿Existe una escala que se pueda utilizar? Otras preguntas, quizás más lejanas, fueron: ¿Se puede hacer sin los muros de confinamiento? ¿Se pueden hacer múltiples torbllinos azules y trabajar juntos? ¿Podría ser parte de una cámara de combustión o un dispositivo de propulsión?", escribieron los investigadores.

"Este documento describe un primer paso: una herramienta que se puede utilizar para explorar y probar el fenómeno, y cómo se ha utilizado para revelar la estructura del torbellino azul".

La investigación se ha publicado en Science Advances: The structure of the blue whirl revealed