Por: Ítalo VergaraDiariamente, nos desplazamos a través de la ciudad en autos y buses que, para movilizarse, necesitan consumir combustibles fósiles. La velocidad de esta combustión depende de varios factores, pero a menudo es una combustión subsónica; es decir, a una velocidad menor que la del sonido.
Sin embargo, en los últimos años, una nueva forma de combustión está siendo estudiada a fin de lograr una mayor
eficiencia energética: se trata de la
combustión supersónica (a una velocidad mayor que la del sonido).
Samir Rojas Chávez, investigador en la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (King Abdullah University of Science and Technology - KAUST), ubicada en la ciudad de Yeda, Arabia Saudita, es uno de los ingenieros peruanos que estudia y caracteriza esta nueva fórmula para la combustión.
Pero, ¿cómo puede una combustión tener una velocidad superior a la del sonido? “En las hornillas, que utilizan el balón de gas en las casas para funcionar, las llamas se prenden y se propagan a una velocidad menor a la velocidad del sonido”, explica el ingeniero Samir Rojas a la Agencia Andina. “Solo para darnos una idea, en el caso de la combustión supersónica, la velocidad de la combustión es alrededor de los 2,000 metros por segundo, o sea, dos kilómetros por segundo”, complementa.
Por ejemplo, en caso se usara gasolina como combustible (aunque en realidad se está usando hidrógeno), un galón nos podría rendir para una cierta cantidad de kilómetros en la carretera si es combustionado a una velocidad menor a la del sonido. Pero, con la combustión supersónica, la misma cantidad de combustible nos podría ser útil para muchos kilómetros más. Es lo que se conoce como eficiencia energética.
En términos simples, la eficiencia energética se refiere a la cantidad de energía que se utiliza para realizar una determinada tarea o proceso. Una mayor eficiencia energética significa que se está utilizando menos energía para lograr el mismo resultado, lo que resulta en un menor costo y un menor impacto ambiental.
Hidrógeno y menos contaminación
“Para nuestros estudios, estamos utilizando hidrógeno como combustible”, revela Rojas. En ese sentido, la contaminación que generaría este tipo de combustión sería mucho menor (o casi nula) respecto a los motores de combustión interna que usan gasolina o petróleo. Esto porque la composición molecular de estos materiales es compleja y degenera en CO2.
En el caso del hidrógeno, al no tener más que dos moléculas de tipo H, hay una menor carga ambiental. “El hidrógeno no tiene ninguna molécula de carbono para generar dióxido o monóxido de carbono luego de la combustión”, explica Rojas.
Caracterización de la combustión supersónica
El equipo de expertos de la universidad saudí se encuentra realizando una investigación básica, pero fundamental: están caracterizando (describiendo las características) la combustión supersónica, pues es relativamente nueva.
Dado que la velocidad a la que viajan las ondas de combustión son muy rápidas, se precisan equipos especiales para observarlas, como láseres y cámaras.
“Aún hay vacíos en el entendimiento de qué es la combustión supersónica. Hay cosas que sí entendemos, como por ejemplo que la velocidad de propagación es 2,000 metros por segundo, pero aún falta conocer mucho más”, afirma.
¿Cómo se genera la combustión supersónica?
La combustión supersónica se logra cuando la velocidad de la reacción de combustión es mayor que la velocidad del sonido. Esto puede generarse mediante el uso de un flujo de combustible y oxidante a alta velocidad, lo que aumenta la temperatura y la presión en el punto de combustión, lo que a su vez acelera la velocidad de reacción.
Una forma común de lograr la combustión supersónica es mediante el uso de un motor scramjet (estatorreactor de combustión supersónica). En este tipo de motor, el flujo de aire se comprime y se acelera a velocidades supersónicas antes de la combustión. Una vez que el combustible y el oxidante se inyectan en el flujo de aire en la cámara de combustión, se produce una reacción química supersónica que libera una gran cantidad de energía. Esta energía se utiliza para impulsar el vehículo a velocidades muy altas
Países como
Estados Unidos, Francia, Japón y Canadá ya están haciendo investigaciones aplicadas relacionadas a este tipo de combustión. Incluso, ya se cuentan con dos motores de combustión supersónica: motores de combustión rotativa y motores pulsantes de combustión supersónica. Se espera que su uso sirva para la
exploración espacial.
Combustión supersónica para viajes espaciales
Según Rojas, la
NASA está muy interesada en el uso de motores de combustión supersónica para los viajes espaciales. Sin embargo, dicha combustión no serviría para el despegue (puesto que se necesita una mayor cantidad de combustible), sino para la segunda fase del lanzamiento de sondas o naves espaciales.
Sabemos que, para propulsar cohetes, son consumidos, en la primera etapa, combustibles sólidos, los cuales sirven para hacer salir al cohete de la Tierra. En la segunda etapa, queda sólo la cápsula (donde se encuentran los astronautas), la cual, para poder moverse, puede hacer uso de la combustión supersónica. “La Universidad de Nagoya, en Japón, probó este tipo de combustión en la segunda etapa de manera satisfactoria por unos segundos, pero aún hay más trabajo por hacer”, asegura.
En contraste, la investigación en la que participa Rojas inició hace cuatro años y es financiada por la misma universidad. “Por mi parte, con el doctorado, yo estaría acabando a inicios del siguiente año, pero la inversión y la investigación continúan. Hay personas que siempre llegan y se van, nuevos alumnos de doctorado, postdoctorado e investigadores científicos”, señala.
Adicionalmente, destaca la importancia del financiamiento para los avances en ciencia y tecnología. “Como país debemos empezar a invertir más en investigación, si es que Perú quiere avanzar y convertirse, en algún momento, en un país que pueda estar liderando a nivel de América Latina o Sudamérica... Es lamentable que, muchas veces, tengamos personas y talentos en nuestro país que tengan que emigrar para poder hacer investigaciones que, por falta de inversión, no hacemos en nuestro propio país”, concluye.
Cabe resaltar que Rojas se graduó de la especialidad de Ingeniería en Energías de la
Universidad Nacional del Santa (Chimbote). Fue en una conferencia en
Arabia Saudita, en 2019, que logró contactarse con
investigadores del país asiático para, posteriormente, estudiar su doctorado en Ingeniería Mecánica en KAUST, en donde decidió quedarse por las facilidades que brindaba el centro de estudios. Actualmente cuenta con una Maestría en Ingeniería Mecánica por la Universidad Estatal Paulista (Brasil).
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Publicado: 12/5/2023