Investigadores de la Universidad de Tecnología de Toyohashi han descubierto que se puede mantener la combustión sin llamas (humeante) de una muestra porosa, incluso bajo casi el 1 por ciento de la presión atmosférica. La estructura térmica de una muestra en llamas de 2 mm de diámetro en una condición muy cercana a la extinción se midió con éxito utilizando un termopar ultrafino integrado, aclarar las cuestiones clave que conducen a la extinción de incendios a bajas presiones. El resultado de esta investigación contribuirá a mejorar las estrategias de seguridad contra incendios de la exploración espacial.

Combustión sin llamas (es decir, humeante) es un proceso de combustión extremadamente lento que emite gases tóxicos y humo blanco. Esto corresponde a la etapa de preinflamación de quemar una muestra porosa, durante el cual crece la parte ennegrecida, continuando el lento proceso exotérmico. Eventualmente genera una llama que acelera rápidamente el daño del fuego. La combustión llameante se puede suprimir reduciendo la presión a casi 1/3 de la presión estándar (~ 30 kPa). Sin embargo, La combustión sin llamas se puede mantener incluso a 1/100 de la presión estándar (~ 1 kPa) si el gas ambiental está completamente oxigenado. La extensión de la presión crítica se ha probado experimentalmente; sin embargo, se desconoce la razón real porque es extremadamente difícil investigar el estado termoquímico de condiciones casi críticas. Debido a que la intensidad de la combustión es muy débil, la inserción del sensor puede afectar el estado, resultando en una falla en la captura de la física real.

Un grupo de investigación dirigido por el profesor Yuji Nakamura del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Tecnológica de Toyohashi asumió el desafío de medir la distribución de temperatura de una varilla delgada humeante en una cámara de presión controlada en condiciones casi críticas. Para hacer esto posible, Se tuvo especial cuidado para ajustar el sensor evitando la falla potencial descrita anteriormente. Se taladró un orificio de 0,2 mm de diámetro a través de la frágil muestra. Luego, se incrustó en el orificio un termopar tipo R de 50 micrones. Al lograr la combustión en estado estable, incluso cerca de las condiciones críticas en un entorno experimental bien controlado, Se obtuvo un perfil de temperatura 1-D repetible a lo largo del eje.

El primer autor, Takuya Yamazaki, un doctorado candidato, dijo, "Nadie podría siquiera considerar perforar un agujero tan pequeño en la escala de 2 mm del frágil espécimen que usamos, y luego insertando manualmente el pequeño termopar en él. Por supuesto, nadie ha intentado esto antes, ya que claramente es extremadamente difícil, y requiere una paciencia y un esfuerzo considerables. De hecho, Yo debo admitir, fue realmente agotador completar esta tarea. Sin embargo, esto nos proporcionó información sobre el estado térmico cerca de la condición crítica para comprender a fondo el mecanismo de extinción. Por ejemplo, el calor de combustión se transfiere primero a lo largo del eje por radiación, luego, parte del calor transferido se pierde al ambiente por convección natural cuando la presión total es del orden de decenas de kilopascales. Debido a que la pérdida de calor por convección tiende a suprimirse cuando la presión total disminuye, el calor transferido por radiación podría permanecer en la muestra para evitar su extinción. Este hecho ha sido demostrado por este trabajo por primera vez en la historia:somos el primer grupo en asumir el gran desafío de medir la distribución precisa de la temperatura de un espécimen que arde sin llama y al borde de la extinción ".

El profesor Yuji Nakamura dice:"Los resultados actuales se abren a la sociedad del fuego simplemente debido a la devoción personal de Takuya. Este resultado sugiere que la operación de vacío para extinguir el fuego en el espacio puede fallar a menos que se logre la condición adecuada. De lo contrario, humeante sobreviviría, y provocaría que el incendio provocara daños secundarios en la cabina. Este trabajo es solo el primer paso para proponer una estrategia (regulación) de seguridad contra incendios en los hábitats del espacio exterior para privatizar el desarrollo espacial ".

Aunque la palabra "humeante" es un lugar común, nadie sabe cómo se quema una muestra para generar calor localmente. Se ha considerado que la oxidación superficial es la fuente de generación de calor, y esa reacción en fase gaseosa no es necesaria. Sin embargo, Las predicciones numéricas recientes de un equipo de investigación chino encontraron que una generación de calor suave en fase gaseosa puede apoyar o promover la oxidación de la superficie.

Para entender la combustión sin llama a baja presión, otro equipo de colaboración internacional en los Estados Unidos, dirigido por el Prof. Nakamura, asumirá el desafío de identificar experimentalmente la reactividad en la fase gaseosa. Este es un esfuerzo muy importante, porque se ha prestado poca atención al estado de reacción de los microporos de una muestra en llamas.