Prometeu ficaria tão orgulhoso. Como parte de um experimento da NASA, os humanos trouxeram fogo para a Estação Espacial Internacional (ISS) para ver o que acontece com as chamas em gravidade extremamente baixa. O experimento, chamado Flame Extinguation-2 (FLEX-2), visa melhorar nosso conhecimento de como vários combustíveis líquidos queimam e o que eles produzem para que possamos criar motores de combustão mais limpos e mais eficientes.
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Instalado na estação espacial em 2009, o FLEX-2 aproveita as condições únicas do espaço para simplificar os estudos de combustão. Na microgravidade, o combustível líquido pode formar gotículas quase perfeitamente redondas. Quando essas esferas se inflamam, a chama queima em uma bola, dando aos cientistas uma geometria mais limpa para executar modelos e cálculos.
Atingir esse nível de simplicidade, no entanto, não foi uma tarefa fácil, diz C. Thomas Avedisian, da Cornell University, que é um co-investigador da equipe FLEX-2. "Eu diria que esta é a configuração de combustão mais difícil de criar para o combustível líquido", diz ele. “Esse experimento levou décadas para ser perfeito, voltando aos meados dos anos 80.”
No último teste, visto no vídeo acima, a câmara FLEX-2 - do tamanho de uma caixa de pão no interior - é preenchida com uma mistura pressurizada de oxigênio e nitrogênio projetada para simular o ar na superfície da Terra. As agulhas dispensam uma gota de 3 milímetros que é metade isooctano e metade heptano. Esta fermentação química serve como um substituto mais simples para a gasolina, diz Avedisian. Os dois líquidos geralmente queimam de maneira semelhante, mas a gasolina pode conter tantos compostos diferentes que seu comportamento é mais difícil de modelar.
Duas alças de arame conduzem a corrente para aquecer a gota até que ela se acenda, provocando uma bola brilhante de chama azul que queima a cerca de 2000 Kelvin. Não seja enganado - a esfera em chamas não é subitamente transportada para um céu estrelado. As luzes da câmara se apagam para tornar a chama mais fácil de ver, mas isso também torna as manchas nas imagens, causadas por pequenas imperfeições nos sensores de vídeo, mais aparentes. A bola de fogo começa então a oscilar à medida que a combustão desaparece, fazendo com que pareça pulsar através da câmara como uma água-viva nadando. Eventualmente, a bola irradia tanto calor que a chama quente é apagada.
Avedisian e sua equipe realizaram vários testes como este, misturando os tipos de combustível e tamanhos de gotas para verificar vários efeitos. Eles são capazes de controlar a configuração inicial em tempo real por meio de um feed de vídeo encaminhado para o laboratório em Cornell, depois observam enquanto o teste automatizado segue seu curso. A equipe do laboratório também realiza experimentos semelhantes no chão, observando as gotículas mais próximas em tamanho à variedade de microescala criada quando o combustível é injetado dentro do motor de um carro. Para simular a baixa gravidade na Terra, a equipe de Cornell derruba suas gotículas - elas enviam as órbitas em chamas através de uma câmara de queda livre de 25 pés e as filmam no caminho para baixo.
As gotículas formadas nos experimentos espaciais permitem que a equipe veja a física da combustão em escalas maiores e compare os resultados com os testes feitos na Terra. Uma descoberta um tanto intrigante é que os pulsos da água-viva só acontecem quando a gotícula é grande o suficiente - cerca de 3 milímetros ou mais - e eles não acontecem o tempo todo. “As oscilações da chama não são bem compreendidas”, diz Avedisian.
Em última análise, estudar as bolas de fogo levitando pode revelar maneiras de tornar os combustíveis mais limpos. "O que pensamos é que existe uma zona de combustão de baixa temperatura, ou" chama fria "- a gota ainda está queimando, embora não possamos ver a chama", diz Avedisian. Nesta zona, o fogo só está queimando a cerca de 600 a 800 Kelvin.
“Os fabricantes de motores estudam maneiras de reduzir a poluição que envolvem o uso da química de chama fria, e que a química não é tão bem compreendida quanto a química de chama quente”, acrescenta o investigador principal do FLEX-2, Forman A. Williams, da Universidade da Califórnia. San Diego. "Ao estudar as chamas frias que encontramos nos experimentos da ISS, poderemos obter uma melhor compreensão dessa química, o que poderia ser útil para os fabricantes de motores em seus projetos".
