Científicos crean tornados de fuego gigantes capaces de limpiar vertidos de petróleo más rápido y con menos contaminación
CIENCIAS DE LA TIERRA Y EL ESPACIO.
Un experimento a gran escala ha puesto a prueba una forma poco convencional de gestionar vertidos marinos. ¿Puede cambiar la física de la llama la manera en que se afrontan estas emergencias ambientales?.
Fuente: ChatGPT.
Cuando se produce un gran vertido de petróleo en el mar, las decisiones deben tomarse con rapidez. Una de las estrategias más contundentes consiste en quemar el crudo directamente sobre el agua, lo que se conoce como combustión in situ. Esta técnica puede evitar que la mancha se extienda hacia la costa o hacia ecosistemas frágiles, pero también genera densas columnas de humo y deja residuos que no siempre se consumen por completo. El dilema es evidente: actuar con rapidez o minimizar la contaminación atmosférica.
Un nuevo estudio publicado en la revista Fuel analiza una alternativa poco convencional dentro de esa misma estrategia de quema controlada. En lugar de limitarse a incendiar la superficie del petróleo, los investigadores han probado a modificar la forma de la llama, transformándola en una columna giratoria similar a un tornado. El trabajo describe experimentos a gran escala en condiciones reales y compara de manera detallada este enfoque con los incendios convencionales sobre charcos de crudo.
Cómo se forma un tornado de fuego controlado.
Un tornado de fuego, o fire whirl, aparece cuando una llama vertical comienza a girar debido a la entrada de aire en rotación. En términos simples, el fuego no solo asciende por efecto del calor, sino que también gira alrededor de un eje central, creando una estructura más alta, estrecha y definida. Este giro favorece que entre más oxígeno en la zona de combustión, lo que puede intensificar el proceso.
Hasta ahora, la mayoría de estudios sobre estos fenómenos se habían realizado en laboratorio, con recipientes pequeños y condiciones muy controladas. El propio artículo señala que “la mayoría de los estudios de torbellinos de fuego se realizan a escala limitada dentro de entornos de laboratorio”. El nuevo trabajo da un paso más al trasladar la investigación a un entorno exterior, donde intervienen factores como el viento, la humedad y variaciones de temperatura. Ese salto de escala es clave para evaluar si esta idea puede aplicarse realmente en emergencias ambientales.
Fuente: Fuel.
Un experimento a gran escala en condiciones reales.
Los ensayos se llevaron a cabo en el Brayton Fire Training Field de Texas A&M, utilizando una piscina cuadrada de tres metros de lado llena de agua para simular el mar. Sobre la superficie se colocó un anillo metálico de 1,5 metros de diámetro, donde se vertía el crudo. Alrededor se construyó una estructura triangular con tres paredes de cinco metros de altura, diseñada para dirigir el aire de forma tangencial y favorecer la rotación de la llama.
El combustible empleado fue un crudo tipo HOOPS, representativo del Golfo de México. Se probaron dos espesores de capa de petróleo: 15 milímetros y 40 milímetros, con el fin de analizar cómo influye la cantidad de combustible en el comportamiento del fuego. En total se realizaron ocho experimentos, incluidos incendios convencionales —sin estructura— para comparar resultados.
Los investigadores midieron una amplia variedad de parámetros: altura y anchura de la llama, velocidad del aire que entraba en la estructura, temperaturas en diferentes puntos, flujo de calor hacia la superficie del combustible, consumo de masa y emisiones gaseosas y de partículas. Este enfoque integral permite no quedarse en una impresión visual, sino cuantificar con precisión qué cambia cuando el fuego adopta forma de torbellino.
Llamas más altas y combustión más intensa.
Uno de los resultados más llamativos fue la diferencia en la geometría de la llama. El estudio indica que “en este estudio, las alturas medias de llama de los torbellinos de fuego fueron casi el doble que las de los incendios de charco”. Una llama más alta no es solo un detalle estético: implica que el proceso de combustión es más vigoroso y que el calor se distribuye de manera distinta.
El flujo de calor medido justo encima del combustible también fue notablemente mayor en los torbellinos formados en condiciones de poco viento. En algunos casos, los valores superaron ampliamente los registrados en los incendios convencionales. Esto significa que más energía regresa a la superficie del crudo, favoreciendo su evaporación y su combustión.
En términos de velocidad de consumo, los torbellinos mostraron una ventaja clara. El artículo resume que los torbellinos de fuego “aumentaron las tasas de combustión en un 40 %”. Dicho de otro modo, la misma cantidad de petróleo puede eliminarse en menos tiempo. En una situación real, esa diferencia podría resultar decisiva para evitar que la mancha se disperse.
Fuente: Fuel.
Menos hollín y mayor eficiencia en condiciones adecuadas.
El otro gran aspecto analizado fueron las emisiones. La quema in situ tradicional genera humo visible y partículas finas, conocidas como PM2.5, que pueden afectar a la calidad del aire. En los experimentos a gran escala, los torbellinos mostraron una reducción significativa del hollín. El resumen del estudio destaca que “los torbellinos de fuego… redujeron las emisiones de hollín en un 40 %”.
Además, en uno de los ensayos con una capa de 15 milímetros se alcanzó un dato especialmente relevante: “la mayor eficiencia de consumo de combustible del 95 % se logró en un experimento de torbellino de fuego con 15 mm de espesor”. Esto significa que casi todo el petróleo se transformó en gases de combustión, dejando muy pocos residuos sólidos.
Sin embargo, el propio artículo matiza que estos resultados óptimos no se dieron en todas las condiciones. En experimentos con capas más gruesas o con mayor influencia del viento, se observó una extinción prematura del torbellino. Los autores advierten que esta eficiencia “actualmente solo se logra bajo condiciones ambientales calmadas”. La estabilidad del remolino depende de un equilibrio delicado entre el aporte de aire, el tamaño de la estructura y el espesor del combustible.
El papel del viento y del llamado boilover.
Trabajar al aire libre introduce variables que no pueden ignorarse. El viento puede inclinar la llama, alterar la entrada de aire y desplazar el centro del torbellino. El estudio muestra que, en condiciones de mayor velocidad y variabilidad del viento, los torbellinos fueron menos estables y su eficiencia disminuyó. No se trata de una tecnología que funcione igual en cualquier escenario.
Otro fenómeno relevante es el boilover, que ocurre cuando el agua bajo la capa de petróleo se sobrecalienta y genera una liberación violenta de vapor. En los experimentos con capas más gruesas se detectó mayor penetración térmica hacia el agua y emisiones de vapor al final de la combustión. Este aporte repentino de vapor puede enfriar la llama o diluir el oxígeno disponible, favoreciendo su apagado antes de que se consuma todo el combustible.
Los autores subrayan que comprender la interacción entre circulación del aire, liberación de calor y dinámica del agua subyacente será esencial para optimizar el diseño. Ajustar la relación entre el radio del anillo de combustible y la distancia a las paredes también influye en la intensidad del remolino y en su estabilidad.
Un posible cambio en la gestión de vertidos.
Más allá de los números concretos, el estudio demuestra que es posible generar torbellinos de fuego controlados a una escala cercana a la que se necesitaría en un vertido real. Se trata de uno de los experimentos más grandes realizados hasta la fecha en este campo y del primero enfocado específicamente en la remediación de derrames de petróleo.
Aun así, trasladar esta tecnología al mar abierto plantea retos técnicos y logísticos. La estructura de tres paredes utilizada en Texas no es directamente aplicable en el océano. Sería necesario diseñar sistemas móviles o aprovechar condiciones atmosféricas favorables para inducir la rotación. También habrá que evaluar con detalle el impacto ambiental global antes de considerar su despliegue operativo.
Lo que sí deja claro el trabajo es que la forma del fuego importa. Modificar la dinámica de la llama puede cambiar la velocidad de combustión, la cantidad de residuos y la composición de las emisiones.
Por: Eugenio M. Fernández Aguilar. Físico, escritor y divulgador científico.
Sitio Fuente: MuyInteresante