La captura de video ultrarrápida de la formación de nubes de gotas debería ayudar a minimizar el riesgo de explosiones por fugas de gas.

Usando una cámara de video de ultra alta velocidad que opera a velocidades de cinco millones de cuadros por segundo, Los investigadores de KAUST han capturado imágenes de las burbujas de mayor expansión jamás registradas.

Las burbujas se formaron cuando un combustible líquido altamente comprimido escapó a través de una pequeña boquilla para crear un fino chorro de líquido sobrecalentado que hierve instantáneamente. Imágenes de este fenómeno de formación de burbujas, conocido como ebullición instantánea, debería mejorar nuestra comprensión de los procesos de compresión de gas y el potencial de explosión de los tanques de gas comprimido o las fugas de las tuberías.

"Esta investigación revela la física responsable detrás del rápido cambio de fase (líquido a gas) en el que muchas industrias confían para los procesos, como refrigeración y refrigeración, generación de energía y desalinización de agua termal ", dice el estudiante de doctorado Tariq Alghamdi.

El estudio se inspiró en una explosión de gas en una maternidad mexicana en 2015, causado por una fuga en el tanque de almacenamiento de gas, dice el postdoctorado José Federico Hernández-Sánchez, quien llevó a cabo la investigación con Alghamdi en el laboratorio de Sigurdur Thoroddsen en KAUST. "La explosión en el hospital ocurrió lejos de la fuga, lo cual es muy común en este tipo de accidentes porque las nubes explosivas son impredecibles y pueden atravesar ventanas y puertas hasta encontrar una chispa, "Dice Hernández-Sánchez.

Comprender las nubes explosivas formadas por los combustibles que hierven en flash ha sido difícil hasta ahora:el flash en ebullición ocurre demasiado rápido para ser capturado por cámaras tradicionales de alta velocidad. que normalmente operan hasta 12, 500 cuadros por segundo. "En la mayoría de los informes sobre ebullición instantánea, cada imagen de un aerosol muestra un movimiento borroso, ", Dice Hernández-Sánchez. El desenfoque enmascara el comportamiento con implicaciones potencialmente significativas, Alghamdi y Hernández Sánchez ya se han mostrado.

"Nos llevó tres meses diseñar construir y optimizar la configuración experimental, "dice Alghamdi, que construyó la configuración. El equipo utilizó una cámara capaz de capturar cinco millones de fotogramas por segundo, equipado con una lente microscópica, que apuntaron a un chorro de líquido comprimido que se liberaba en una cámara de vacío. La cámara capturó imágenes nítidas de flash hirviendo, que el equipo podría utilizar para medir con precisión los fenómenos ultrarrápidos que tienen lugar.

"Medimos las burbujas que se expanden a una velocidad de hasta 140 metros por segundo. No creo que nunca se haya reportado una expansión de alta velocidad a este ritmo para una burbuja, "Dice Hernández-Sánchez.

Más significativamente, el equipo también pudo observar lo que sucedió una vez que las burbujas estallaron. "Las burbujas que rompen un chorro de ebullición repentina han permanecido invisibles debido a su velocidad de expansión extremadamente rápida. Las visualizamos y observamos que después de la expansión, el chorro se rompe en un spray polidispersado, "dice Hernández-Sánchez.

La nube explosiva de gotitas diminutas se extiende casi 360 grados alrededor del extremo de la boquilla, un ángulo de pulverización mucho mayor de lo que se sospechaba anteriormente. "Muchas simulaciones numéricas han intentado predecir la propagación de nubes explosivas, Hernández-Sánchez dice. Pero todos han fallado porque perdieron las velocidades de propagación del gas, la dirección real hacia donde va el combustible, y la polidispersidad del spray. En nuestro estudio, abordamos todos estos ingredientes que faltan ".