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Impresiones sobre explosiones e implosiones

¡Buenos días, queridos lectores!

En estas fechas de vacaciones veraniegas para muchos, es probable que en uno u otro momento os encontréis cerca de grandes cantidades de agua, como piscinas, embalses, mares, ríos… Por ello, desde Átomos y Bits, siempre pensando en vuestra seguridad, os traemos este post donde trataremos de poner de manifiesto las principales diferencias entre una explosión terrestre, subacuática y una implosión.

¿Qué creéis que es más peligroso: una explosión en tierra o en el agua? Dicho de otra forma, imaginad que tenéis una granada de mano junto a vuestra silla, mientras leéis Átomos y Bits, o una granada en la piscina mientras os váis a bañar. Para aquellos que hayáis elegido saltar al agua en vez de soportar la explosión en tierra… tenemos malas noticias para vosotros: habéis tomado una decisión desastrosa.

Si partimos de la base de que ambas explosiones (la acuática y la de tierra) tuvieran exactamente la misma fuerza y de que estuviéramos situados a la misma distancia de la detonación en ambos casos, la explosión subacuática (también conocida como UNDEX) sería mucho más peligrosa.

Por supuesto, la granada de mano en tierra tampoco es plato de gusto. Cualquier explosión es básicamente elementos que arden o se descomponen a una velocidad muy elevada. Esta reacción química (en algunos casos nuclear) produce una gran cantidad de calor y gas en un período de tiempo muy corto. Las reacciones químicas del explosivo descomponen las moléculas en gases muy comprimidos, liberando calor como resultado de este comportamiento. Estos gases se expanden muy rápidamente, y el calor acelera las partículas individuales de gas para aumentar la velocidad de la expansión aún más.

Coche catapultado por una explosión en tierra

Coche catapultado por una explosión en tierra

Este gas en expansión, conocido en estos casos como onda de presión, es la clave de la fuerza destructiva de cualquier explosivo. Si la onda de presión es lo suficientemente rápida como para romper la barrera del sonido, genera una poderosa onda de choque. Así, una explosión en tierra puede quemar la piel, arrancar extremidades y propulsar objetos y metralla por el aire. Cuando la onda de presión viaja por el aire y encuentra un organismo, un animal, una persona… el cuerpo de dicho organismo refleja la mayor parte de la fuerza. Esto se debe a que existe una diferencia de densidades: las moléculas en la piel sólida, están más cerca, más unidas que las del gas en expansión. Sin embargo, ciertas partes del cuerpo contienen gas, lo que quiere decir que la densidad es la misma que la del gas en expansión de la onda de presión. Dicha onda golpea el cuerpo y mientras que, como decimos,  la mayor parte de ella es reflejada, otra parte consigue comprimir nuestros gases internos. Como resultado de esto, la víctima presenta las llamadas lesiones primarias, que típicamente afectan a los pulmones, oidos, intestinos… Estas cavidades con gas en su interior quedarían tremendamente dañadas, rompiendo y fragmentando tejidos.

Captura de la onda de presión al chocar contra el agua, disparando un proyectil de gran calibre.

Captura de la onda de presión al chocar contra el agua, disparando un proyectil de gran calibre.

En una explosión rodeada de aire, la atmósfera se comprime y absorbe parte de la energía del estallido. Esto hace disminuir el alcance mortal de la explosión. Sin embargo, el agua es incompresible (ojo, no confundir con incomprensible :P ), lo que quiere decir que en una detonación subacuática, el agua alrededor no absorberá la presión como lo hace el aire, sino que se moverá con ella. La explosión bajo el agua no impulsará la metralla tan lejos como lo haría una explosión en tierra, debido a la propia resistencia que el agua ejercería sobre los fragmentos en movimiento. Sin embargo, sí que transmitiría la presión con muchísima más intensidad a lo largo de una distancia más larga.

Si te quedaras fuera del alcance de la metralla en una explosión en tierra, prácticamente no sufrirías ningún daño. Pero si estuvieras a la misma distancia en una explosión bajo el agua, la onda de presión probablemente te mataría. Cuando esta onda llegara a tu piel, pasaría a través de ti, ya que en este caso sólo una pequeña parte de ella se refleja (porque ahora, la densidad de nuestro cuerpo se parece mucho más a la del agua que a la del aire). La onda golpearía las cavidades gaseosas de nuestro cuerpo e instantáneamente comprimiría dichos gases, lo que llevaría a vasos sanguíneos bloqueados, pulmones reventados, tejidos internos rotos, e incluso hemorragia cerebral. Esto podría hacer incluso implosionar las cavidades, debido a que la presión exterior sería mucho mayor que la interior. De hecho, cuando la onda de choque golpeara la superficie del agua o el fondo de la piscina, parte de ella rebotaría, causando aún mayores daños. Por tanto, veredicto: la explosión bajo el agua nos causaría mayores daños que en tierra.

Así pues, queridos lectores, no queremos desanimaros a que os bañeis este verano, pero recordad, hay que estar atentos, por si a alguien se le ocurre tirar explosivos en la piscina!

¡Hasta pronto!

La dilatación y el repostaje de combustible

En estos días de verano (¡pasadlo bien si ya estáis de vacaciones! Y si no… aguantad que ya queda poco) es dificil no pensar en el calor que, inevitablemente, parece inundarlo todo. Pero las altas temperaturas, que a veces nos reblandece el cerebro y nos impide pensar, otras veces nos sirve como excusa para escribir un pequeño artículo como éste.

Y es que ayer me disponia a echarle gasolina al coche cuando recordé un correo, que probablemente todos hayáis visto, en el que se recomendaba repostar de noche. En él se explicaba cómo debido a la dilatación de la gasolina a causa del calor y a que el sistema de medida de los surtidores es volumétrico, repostar de noche podría suponer un ahorro económico dado que la misma cantidad de gasolina ocuparía menos volumen que durante el día (a mayor temperatura mayor dilatación).

Repostaje de combustible

Pues bueno, si bien la base de esto es completamente cierta, se me planteó la duda de si realmente seria notable este efecto como para justificar la recomendación anterior y merecer la pena el esfuerzo.

Comencemos por lo más básico recordando que el litro es una medida de volumen que equivale a 1000 cm3. Esto significa que un litro de “algo” ocupa el equivalente a un cubo de 10 cm de largo x 10 cm de ancho x 10 cm de alto. Básicamente lo que necesitamos saber es que un litro de ese “algo” siempre ocupará el mismo espacio o volumen. Esto puede resultarnos obvio, pero es un detalle importante a tener en cuenta ya que con el aumento de la temperatura los cuerpos se dilatan, lo que significa que la misma cantidad de ese cuerpo ocupa un espacio mayor. Concluyendo podemos decir que un mismo litro de “algo” a distintas temperaturas implica una cantidad distinta de ese “algo”. Como a temperaturas mayores el volumen de los cuerpos aumenta, a mayor temperatura, un litro de gasolina (a pesar de seguir siendo un litro) contendrá una cantidad, inevitablemente, menor. Pero… ¿cuánto?

Pues bien, podemos calcular la diferencia de volumen de un cuerpo por dilatación utilizando la siguiente fórmula:

Vf = Vo + Vo · β · (Tf - To)

Donde:

Vf es el volumen final del cuerpo.

Vo es el volumen inicial del cuerpo.

Tf es la temperatura final del cuerpo.

To es la temperatura inicial del cuerpo.

β es el coeficiente de dilatación volumétrico del material, que es aproximadamente el triple del coeficiente de dilatación lineal.

Mediante esta fórmula podemos calcular cuál sería el volumen final de nuestro depósito de combustible. Teniendo en cuenta que mi coche tiene un depósito de 55 litros,  suponiendo que reposto a 40º, frente a los 20º que consideraremos como temperatura ambiente y que el coeficiente de dilatación volumétrico de la gasolina es de 9,6·10-4, obtenemos el siguiente resultado:

Vf = 55 + 55 · 0,00096 · 20 = 55 + 1,056 = 56,056 litros

Esto significa que a 40º C la misma cantidad de gasolina ocupa un volumen 1,056 litros mayor. Aproximando el precio de la gasolina a 1,1 euros por litro (¡Uff!) calculamos que repostando a 20º lleno mi depósito por 60,5 euros. Sin embargo, a 40º llenar mi depósito me saldría por 61,66 euros. Esto significa una diferencia de 1,16 euros por cada 55 litros, o lo que es lo mismo, 0,02 euros por litro. ¿2 céntimos por litro? ¿Eso no es bastante como para pensarnos el darnos un paseito de noche para ir a repostar?

Hombre, pues en principio podría parecer que sí, pero antes de llegar a ninguna decisión final parémonos a pensar algunas cosas e investiguemos un poco. Lo primero que debemos pensar es que aunque en determinadas épocas del año sí que tenemos diferencias de temperatura de unos 20º (en algunos sitios puede que incluso más) normalmente la diferencia será menor entre el día y la noche. Además, debemos tener en cuenta que la temperatura a la que se encuentra el tanque de combustible en la estación de servicio no es igual a la temperatura ambiente sino menor, ya que se encuentra bajo tierra (y que, de hecho, es una de las razones por la que se almacenan bajo tierra). Y adicionalmente, la variación de temperatura en el tanque de combustible no es tan drástica como la que sufrimos en el exterior. Pensad que el tanque de una estación de servicio puede ser superior a los 40.000 litros y modificar la temperatura de todo ese combustible puede requerir de mucha energía y tiempo (Inércia Térmica).

Con esto no sólo deducimos que la dilatación del combustible es menor (ya que la diferencia de temperaturas máxima y mínima es menor) sino que, además, la diferencia entre repostar de día y de noche puede ser mucho menor que la que expusimos anteriormente.

En realidad, investigando un poco, parece que la temperatura subterránea por debajo de 4 pies permanece relativamente constante y es menor que la ambiental en verano y superior en invierno. Por lo tanto, independiente de la temperatura a la que realmente se encuentre el tanque de combustible de la estación de servicio, lo que nos interesa es que no parece haber diferencia entre su temperatura durante el día y durante la noche.

De esta forma, aunque sí es cierto que está basado en argumentos parcialmente válidos, parece que el truco de repostar de noche para ahorrarnos unos céntimos en gasolina no nos será muy útil en la práctica.

Por otra parte, y apartándonos un poco del tema principal, puede que alguno de vosotros haya pensado ¿pero esto no ocurrirá también con el combustible que ya tengo en mi depósito? ¿No es posible que al repostar 55 litros con mucho calor directamente no quepan en mi depósito? Mira que el depósito de mi coche no está soterrado y si que le afecta más la temperatura ambiente… Pues por una parte deberemos tener en cuenta que el propio tanque de combustible también se dilata, permitiendo almacenar un mayor volumen. Y por otra parte también influye el mecanismo que corta el suministro de combustible en el surtidor. Puede que algunos os hayáis fijado, pero para los que no lo hayáis hecho os adjunto una foto de la boca de la manguera de un surtidor de combustible (que, por cierto, se llama boquerel).

Sistema de corte de suministro de combustible

Como podréis ver hay dos salidas. Por el tubo principal, obviamente, sale el combustible y por el tubo pequeño se aspira aire (utilizando el efecto Venturi). Mientras el depósito del coche no se encuentre lleno el tubo pequeño podrá seguir aspirando aire. Sin embargo, una vez que el nivel del combustible (sea cual sea la capacidad del depósito) tape la boquilla pequeña no podrá succionar aire y una válvula cortará el suministro de combustible.

De esta forma, aunque en nuestro depósito intentáramos repostar un volumen mayor del que cabe (sea o no por los efectos de la dilatación) el boquerel cortaría el suministro a una distancia prudencial de la boca del depósito, de manera que el combustible nunca rebose ni por los efectos de la dilatación debida a la temperatura ambiental ni por el calentamiento debido al propio motor del vehículo.