El interior de un incendio podría ser el último lugar en el que uno exploraría, pero un nuevo método de la Universidad de Florida Central para hacer eso podría conducir a avances en la lucha contra incendios, creando motores más limpios e incluso viajes espaciales.
El profesor asociado Subith Vasu y el estudiante de doctorado Zachary Loparo en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF y el Centro de Turbomaquinaria Avanzada e Investigación de Energía, desarrollaron la técnica. Sus hallazgos se informan en un nuevo estudio en la revista Cartas ópticas .
Los investigadores necesitan saber qué sucede en un incendio o explosión para comprender mejor cómo aumentar o disminuir su potencial de combustión, así como para analizar las moléculas involucradas y su papel en la reacción.
Sin embargo, el interior del fuego no es el lugar más fácil para obtener mediciones.
"Tienes este ambiente de alta temperatura, bastante intransigente", dijo Vasu. "Para saber lo que está sucediendo dentro no puedes enviarlo como una sonda porque simplemente se derretirá. Por lo tanto, tienes que encontrar formasmirar dentro y medir, por ejemplo, la temperatura y la concentración exacta de moléculas que se queman ".
El fuego puede hacer que las moléculas cambien a velocidades tan rápidas como una millonésima de segundo y conocer estos detalles es importante para diseñar mejores motores y técnicas para impulsar todo, desde un automóvil hasta un cohete, dijo Vasu.
Por ejemplo, los investigadores pueden usar la información para diseñar motores más eficientes que propulsen, pero minimicen la cantidad de combustible requerida. Si las cargas de combustible requeridas para atravesar la gravedad de la Tierra podrían reducirse en las naves espaciales, por ejemplo, podría ayudar a las personas a llegar a Martey más allá, dijo Vasu.
Aprender más sobre cómo se quema el combustible en un motor también puede ayudar a los investigadores a desarrollar estrategias para reducir sus emisiones tóxicas, lo que ayudaría con la calidad del aire, dijo Vasu.
Otra aplicación es para combatir incendios, incluidos los incendios forestales. La técnica puede permitir a los investigadores comprender mejor cómo funcionan los retardantes de fuego cuando se aplican, lo que les permite diseñar compuestos más adecuados para apagar diferentes tipos de incendios.
El mismo enfoque también se puede utilizar para maximizar el potencial explosivo de un compuesto al garantizar que los incendios se calientan lo suficiente como para destruir por completo una amenaza potencial, como las armas químicas.
Los investigadores también pueden usar los conocimientos adquiridos por el método para mejorar los modelos existentes de reacciones de combustión.
La técnica funciona mediante el uso de un láser para analizar la reacción. Un láser es un disparo a través de un incendio o explosión y se atrapa en el otro lado usando un detector. A medida que el láser pasa a través de una reacción de combustión, pierde parte de su potencia alviaja a través del calor del fuego y encuentra diferentes moléculas involucradas en la combustión, como el monóxido de carbono.
Al saber cuánto disminuye la potencia, los investigadores pueden calcular la temperatura y las concentraciones de diferentes moléculas.
El láser escanea la combustión en microsegundos y caracteriza la temperatura cambiante y la distribución molecular del medio ambiente en microsegundos.
Las técnicas anteriores han requerido múltiples láseres para caracterizar el entorno extremo. Esta técnica es novedosa porque utiliza un láser, un avance posible gracias al uso de un láser de cascada cuántica modulado acústicamente ópticamente.
El modulador acústico-óptico permite mediciones tan rápidas que un láser puede hacer el trabajo de múltiples láseres en una fracción del tiempo.
Los investigadores desarrollaron y probaron su técnica usando un tubo de choque que usa pequeñas cantidades de combustible para producir microexplosiones.
Loparo, quien ayudó a dirigir la investigación, dijo que se planificó mucho desarrollar la técnica antes de que se probara en el tubo de choque.
"Estoy realmente satisfecho con los resultados", dijo Loparo. "Hicimos muchos modelos de antemano para predecir lo que deberíamos ver, y coincidió bastante bien con lo que dijeron esos modelos. Los resultados fueron muy buenos".
El láser utilizado en la investigación fue diseñado por Arkadiy Lyakh, coautor del estudio, profesor asistente en la Facultad de Óptica y Fotónica de la UCF y también es parte del Centro de Tecnología NanoScience de la UCF.
Los coautores del estudio también incluyeron a los estudiantes de doctorado de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Ninnemann, Kyle Thurmond, Andrew Laich y el estudiante de maestría de la Facultad de Óptica y Fotónica Ahmad Azim.
Esta investigación fue financiada en parte por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea Eglin y la National Science Foundation. Vasu recibió su doctorado en ingeniería mecánica de la Universidad de Stanford y se unió al Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UCF, parte de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación,en 2012. Es miembro del Grupo de Conversión de Energía y Propulsión de la UCF.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Florida Central . Original escrito por Robert Wells. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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