Mis colaboraciones en Amazings.es

Como muchos ya sabéis, soy colaborador de Amazings.es: “el proyecto de tres amigos Antonio Martínez (Fogonazos), Miguel Artime (Maikelnai’s) y Javier Peláez (La Aldea Irreductible) que han unido sus fuerzas para realizar una web que pretende aglutinar los mejores contenidos científicos y las perlas más selectas de la red.” Una de las mejores ideas que han tenido es rodearse de un gran elenco de colaboradores, perlas selectas de la blogosfera en español. No me he prodigado mucho por Amazings.es, pero creo que hoy es un buen momento para hacer un listado de todas mis colaboraciones:

• Francis, “Regalo de Reyes para una madre,” Amazings.es, 05/ene/2011.
• Francis, “¿La gran metedura de pata de Roger Penrose?” Amazings.es, 07/dic/2010.
• Francis, “Diez años viviendo intensamente la hora del té,” Amazings.es, 13/nov/2010.
• Francis, “El tiranosaurio rex y el grave error prehistórico de Steven Spielberg en “Parque Jurásico”,” Amazings.es, 24/sep/2010.
• Francis, “La historia de la materia oscura,” Amazings.es, 20/ago/2010.

La diferencia entre el incendio del motor de un coche de hidrógeno y uno de gasolina

En una oscura noche de Florida de 2001, el Dr. Michael Swain, de la Universidad de Miami en Coral Gables, EE.UU., provocó el incendio del tanque de combustible de dos vehículos idénticos, uno con un motor de hidrógeno y otro con uno de gasolina, ambos con el mismo contenido energético. El hidrógeno provocó daños menores en el vehículo, aunque es muy inflamable y tiene una alta capacidad de detonación. La gasolina provocó un siniestro total porque al ser un combustible líquido, cae al suelo, encharca y permanece mucho tiempo.  El vídeo de las explosiones de 3’5 min. no está disponible en la web, que yo sepa, pero el Dr. Swain publicó un artículo que incluye 8 instantáneas y un análisis de las razones por las que la llama de hidrógeno es de color amarillo; el análisis espectral de la llama mostró la presencia de sodio, cuyo origen natural deben ser micropartículas sólidas suspendidas en el aire. El artículo técnico es Michael R. Swain, “Fuel Leak Simulation,” Newburgh Heights Association (NHA) Meeting, May 5, 2001 [djvu, pdf].

Para mí lo más interesante del artículo son las fotos del incendio de ambos vehículos. El hidrógeno se consume muy rápido, con una gran llamarada vertical, porque tiene una difusividad en aire muy alta, al ser muy ligero, pero deja el coche casi sin daños; en el interior del coche la temperatura máxima alcanzada fueron 19’4 ºC (67 ºF) y en el exterior 47’2 ºC (117 ºF). Si hubiera habido pasajeros que no hubieran salido del vehículo debido al pánico, no les habría pasado absolutamente nada. Sin embargo, la gasolina se encharca debajo del coche y provoca un fuego lento que alcanza temperaturas muy altas que carbonizan hasta el acero y el vídrio del vehículo. Cualquier pasajero debería haber salido del vehículo cuanto antes, en menos de un minuto, sino quiere temer por su vida.

¿Cómo se provocó el incendio de cada vehículo? En el vehículo de gasolina se perforó con un agujero de 1/16 pulgadas la manguera de combustible en el centro del coche. En el vehículo de hidrógeno, cuyo tanque contiene mútiples medidas de seguridad para cortar el flujo de hidrógeno en caso de accidente, se provocó una fuga en el dispositivo de liberación de presión del tanque (PRD por Pressure Release Device), lo que provocó la llamarada vertical y facilitó que todo el hidrógeno del tanque saliera del mismo en unos 100 segundos. Según el Dr. Swain en ambos casos se provocó el accidente más probable para cada vehículo. Obviamente, un escéptico dirá que el experimento está “preparado” para que en el caso del hidrógeno los daños sean mínimos. No quiero entrar en esta polémica.

La foto 1 nos muestra, a la izquierda, el coche con un motor de hidrógeno y, a la derecha, el que tiene un motor de gasolina. En la foto 2, a los 3 segundos, se observa el momento justo en el que se produce la ignición del combustible. El caudal de hidrógeno se estima en 2100 SCFM (Standard Cubic Feet per Minute), o unos 59500 litros por minuto. El caudal de gasolina se estima en 680 cc/min, o 0’68 litros por minuto. La llama de hidrógeno es vertical, por encima del capó trasero. La llama de la gasolina se sitúa en los bajos del vehículo donde la gasolina se ha derramado.

La foto 3 muestra que tras 1 minuto el flujo del hidrógeno está amainando, mientras que en el vehículo de gasolina sigue creciendo. En la foto 4, tras el primer minuto y medio, el flujo de hidrógeno está a punto de acabar, mientras que la combustión del vehículo de gasolina continúa (por eso se ha ampliado la imagen.  

Las fotos 5 y 6 ilustran el fotograma justo antes y justo después de que se inicie la deflagración alcance el interior del vehículo. Las llamas entran en el interior del vehículo a través de los bordes de la tapa del maletero. Este proceso ocurre solo a los 2 minutos y 20 segundos.

Las fotos 7 y 8 ilustran el fotograma justo antes y justo después de que se rompa el neumático trasero, lanzando sus desechos fuera del vehículo. Tras la grabación del vídeo, el coche con motor de gasolina quedó como siniestro total. Sin embargo, el coche con motor de hidrógeno sufrió daños mínimos.

Por cierto, los tanques de combustible de los vehículos tienen medidas de seguridad para evitar que exploten en caso de incendio accidental del motor. Y los tanques de los coches de hidrógeno tienen medidas de seguridad adicionales (porque el hidrógeno es muy inflamable).

Para los interesados en mayor información sobre el hidrógeno como vector energético, recomiendo la charla de Antonio González García-Conde, “La energía basada en el hidrógeno: desafíos y oportunidades,” Ciclo: El Hidrógeno como vector energético, Madri+d Mediateca [29 min]. Las transparencias de la charla no se ven en el vídeo y gracias a dicha ausencia busqué las fotos del Dr. Swain que ilustran y justifican esta entrada [minuto 23 del vídeo]. Antonio es el presidente de la Asociación Española del Hidrógeno (otras charlas).

I Edición del Carnaval de la Química: Cinética química en acción a simple vista

Hay un Carnaval de Matemáticas, hay un Carnaval de la Física, pero faltaba un Carnaval de la Química. Siendo 2011 el Año Internacional de la Química (IYC 2011) una iniciativa de la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) y la UNESCO alguien tenía que poner una solución. Daniel Torregrosa, autor del blog Ese Punto Azul Pálido (Pale Blue Dot), ha iniciado el lunes 3 de enero de 2011 el tan esperado “Carnaval de la Química.” Como siempre, quien quiera participar tiene hasta el día 25 de enero para escribir una entrada que deberá indicar que participa en la I Edición del Carnaval de la Química citando y enlazando al blog organizador (Ese Punto Azul Pálido en esta ocasión). El día 27 de enero, coincidiendo con la ceremonia inaugural oficial del Año Internacional de la Química que se celebrará en París, Daniel publicará una relación de las entradas participantes en esta primera edición (por favor, comunicad vuestra aportación en los comentarios del post de Dani con el anuncio, a su mail o en Twitter: @DaniEPAP).

La teoría cinético-molecular afirma que las reacciones químicas se producen por los choques entre los átomos, moléculas o iones que constituyen los reactivos provocando la ruptura de ciertos enlaces y la formación de otros que implican la formación de nuevas especies químicas. Este espectacular vídeo ilustra a la perfección la teoría cinético-molecular a una escala macroscópica utilizando pequeños cubos de gel visibles a simple vista que se unen entre sí como piezas de LEGO cuando se agitan en una placa de Petri con agua. Los cubitos de gel de distinto color se pegan entre sí gracias al agua formando un enlace macho-hembra bastante fuerte que permite la formación de “moléculas.” Actúan como hembras los cubitos de gel rojos que contienen β-ciclodextrina (β-CD-gel) y los azules que contienen α-ciclodextrina (α-CD-gel), moléculas con forma de anillo troncocónico; actúan como machos los cubitos verdes que contienen el grupo adamantilo (Ad-gel), los amarillos que contienen el grupo n-butilo (n-Bu-gel) y los verdes el grupo t-butilo (t-Bu-gel), moléculas pequeñas que caben en el agujero del anillo de la ciclodextrina. A mí el vídeo me ha llamado realmente la atención. El artículo técnico es de acceso gratuito: Akira Harada et al., “Macroscopic self-assembly through molecular recognition,” Nature Chemistry 3: 34-37, January 2011.

La teoría cinético-molecular afirma que las reacciones químicas se producen por los choques entre los átomos. El número de choques por unidad de volumen y por unidad de tiempo depende de la concentración de los reactivos y de la temperatura, ya que a más temperatura mayor es la velocidad de las partículas y por tanto el número de choques. Un choque entre partículas es eficaz si logra la ruptura de unos enlaces químicos y la formación de otros. La eficacia de los choques depende del ángulo (orientación) con la que chocan las partículas y de la energía disponible en los choques para lograr la reorganización de los enlaces y la formación de la nueva substancia.

La figura de arriba ilustra el pegado entre dos cubitos de gel gracias a un enlace macho-hembra (huésped-hospedador). Cada cubito tiene un tamaño milimétrico. El gel está formado por acrilamida y el color del gel depende de la substancia a la que está unida. Actúan como hembras los cubitos de gel que con moléculas de ciclodextrina, que como se muestra en la figura de abajo presentan una estructura anular troncocónica. Actúan como machos los cubitos de gel en los que se han unido grupos de hidrocarburos a las moléculas de acrilamida. Estos grupos de hidrocarburos son alargados y se introducen dentro del agujero del anillo de ciclodextrina. La figura de abajo muestra una representación de esta unión macho-hembra según la hipótesis de los propios autores.

Para mí, lo más interesante de este artículo es el vídeo, que permite visualizar a simple vista el proceso de formación de las “macromoléculas” debido a la agitación térmica del medio (simulada mediante la agitación de la placa de Petri). ¿Para qué puede servir todo esto? Más allá de su valor educativo, cuando se puedan construir “moléculas macroscópicas” de forma predecible autoensambladas por agitación térmica, estos geles tendrán muchas aplicaciones en ciencia de materiales. Y como no podía ser menos, según los autores las aplicaciones más prometedoras son biomédicas (aunque no aclaran ninguna en concreto).