Ingenieros y científicos alimentarios se han unido para desarrollar un nuevo tipo de combustible en forma de gel con la misma consistencia que la mermelada. Sus creadores lo han diseñado para mejorar la seguridad, el comportamiento y las posibilidades en aplicaciones militares y aeroespaciales.
Los geles son inherentemente más seguros que los líquidos porque no gotean. De esta manera, los militares pueden controlar mejor los cohetes que con los combustibles sólidos que usan en la actualidad. “Los motores que funcionan con gel son susceptibles de ser controlados con más precisión que los convencionales que usan propergol (sustancia energética para impulsar el motor de un cohete) sólido”, comenta Stephen Heister, profesor de aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Purdue, en un comunicado.
“Se puede encender y apagar el motor, poner en punto muerto, acelerar o desacelerar”, asegura. “Se tiene mucho más control, lo que significa más posibilidades para los misiles. El propergol de gel tiende a tener un poco más de energía que los propergoles sólidos”.
Según Heister, este nuevo tipo de combustibles puede usarse para posicionar satélites de la NASA en misiones espaciales.
El equipo multidisciplinar incluye ingenieros mecánicos, aeronáuticos, astronáuticos, científicos alimentarios o biólogos de la propia Purdue, así como investigadores de las universidades de Iowa y Massachusetts.
El profesor de ingeniería mecánica Paul Sojka está construyendo un experimento para tomar vídeos de alta velocidad del comportamiento de este gel: chorros en forma de gel durante el proceso de inyección del combustible. Estos vídeos son grabados a una velocidad de 10.000 fotogramas por segundo, unas 300 veces más rápido que una película normal.
Entre el sólido y el líquido
“Estos chorros se mueven, hay pulsaciones y esas pulsaciones, creemos, permiten la formación de patrones específicos de aplicación y la formación de gotas”, dice Sojka. “Las propiedades viscosas del gel cambian dependiendo de lo rápido que fluya, lo cual no es muy común en líquidos como el agua o la gasolina, por ejemplo”.
Los geles son más complejos que los sólidos o los fluidos. Los fluidos se caracterizan por su viscosidad y los sólidos por su elasticidad. Dado que los geles comparten propiedades de ambos, son viscoelásticas.
Los cohetes del futuro podrían requerir que los propergoles con gel fueran aplicados por los inyectores en la cámara de combustión del motor a una media de miles de gramos por segundos. Para llegar a usar el gel, en cualquier caso, será necesario conocer cómo éste se rompe en gotas mientras es aplicado en la cámara de combustión.
Estos combustibles son hipergólicos, lo cual quiere decir que no necesitan ignición, sino que se encienden cuando se mezclan con un oxidante. Los tanques de combustible y del oxidante están separados y, cuando los chorros de ambos se mezclan, se forman gotas que prenden.
Las colisiones del combustible y del oxidante causan “ondas de impacto”. “Estamos intentando comprender el origen de estas ondas para ser capaces de controlarlas o capitalizarlas para hacer combustiones más suaves”, comenta Heister.
Gotas iguales
Uno de los retos ahora es crear gotas uniformes y relativamente pequeñas para el propergol. Los científicos alimentarios están muy acostumbrados con los procesos usados para crear gotas en algunos alimentos.
“La textura de esos alimentos está asociada con el porcentaje y el tipo de gotas”, comenta Osvaldo Campanella, ingeniero agrícola que también participa en esta investigación. “En una cámara de combustión también queremos controlar el tamaño de las gotas, pero por una razón bien diferente: queremos una combustión uniforme, para cual necesitamos controlar el tamaño de las gotas”.
Los investigadores trabajarán en primer lugar con geles basados en el agua. Eventualmente experimentarán usando propergoles actuales.
“Es muy parecido a una mermelada de naranja pero sin piel”, dice Heister. “Vamos a hacer este gel y vamos a presionarlo a través de unos orificios para estudiar cómo fluye y lo grandes que son las gotas. No descartamos hacer estudios con geles reales, que pueden ser bastante peligrosos y reactivos, por lo que los usaremos en cantidades pequeñas”.
Las propiedades vicoelásticas de estos geles no serán sólo medidas experimentalmente, sino que se harán modelos moleculares que permitirán a los investigadores predecir sus comportamientos y optimizar sus formulaciones.