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miércoles, diciembre 21, 2005

Perdiendo calor en el espacio

Carátula de Misión a MarteY seguimos con el calor (sí, debo estar obsesionado, pero es que paso un frío por las mañanas...). En el último envío hablé de pasada sobre la trasmisión por radiación. Ésta forma de transmisión de calor es la única que puede producirse en el vacío. Depende únicamente de la temperatura del cuerpo, de la superficie y de sus características intrínsecas. Es importante notar que no depende en absoluto de la temperatura exterior.

Sabiendo esto, estamos en condiciones de descubrir un par de errores en la película Misión a Marte. En una escena, unos "micrometeoritos" atraviesan la nave donde viajan los protagonistas. Un tanque con combustible es perforado, y éste se escapa por el agujero. A medida que el líquido sale, se congela casi inmediatamente. También ocurre eso mismo con el líquido de un refresco que utilizan para averiguar dónde está el agujero de la zona habitable. En otra escena, en la que Tim Robbins se sacrifica (tras una secuencia que ya comenté hace varios meses), al quitarse el casco de su traje espacial muere, y vemos como su cara queda agrietada y congelada.

Veamos, como ya he dicho, la transferencia de calor por radiación es la única posible en el vacío, por lo que es la única que ocurre en ambas secuencias. Pero la emisión de calor por radiación sólo depende de la temperatura del cuerpo, y no de la temperatura del entorno. Es decir, la pérdida de calor por radiación es la misma en una tórrida tarde de verano que en una helada noche de invierno. Es la misma en el desierto que en el polo. Y es la misma que en el vacío del espacio.

Uno pierde más calor un día frío en la Tierra, que en el espacio, ya que además de la pérdida por radiación, hay que sumar la debida al contacto con el aire (transferencia por conductividad y por convección). Y si no nos congelamos al instante aquí en nuestro planeta, cuando la temperatura no es demasiado alta, mucho menos en el vacío, donde la pérdida de calor es menor.

Es más, puede ser que incluso sea más bien al revés, y que estando en una zona iluminada por el sol (como en la película), el calor absorbido debido a la radiación solar sea mayor que el disipado debido a nuestra propia radiación. Hay que tener en cuenta que en la Tierra, el calor por radiación del sol es absorbido en gran parte por la atmósfera, antes de llegar al suelo. También es verdad que Marte está bastante más lejos, así que tampoco puedo asegurar que sea así.

Lo que sí es bastante seguro es que el líquido que sale al exterior, lejos de congelarse, más bien herviría. ¿Cómo? Pues resulta que el punto de ebullición depende de la presión atmosférica. Cuanto menos presión, más bajo es. Todos sabemos que el agua hierve a 100 ºC. Pero esta temperatura está medida a una atmósfera de presión (101,325 kPa). En lo alto del Everest, donde la presión atmosférica se reduce hasta casi la cuarta parte (26 kPa), el agua hierve a tan solo 69 ºC. No sabemos el punto de ebullición del combustible de la nave, ni a qué temperatura se almacenaba, pero precisamente por ser el combustible, podemos suponer que su punto de ebullición no debería ser exageradamente alto y que se almacenaba a una temperatura nodemasiado baja (después de todo, hay que inflamarlo para utilizarlo). Así que es bastante seguro que debería hervir o al menos evaporarse, al salir al vacío. Y lo mismo con el refresco, ya que en este caso sí estamos seguros que su temperatura debería ser más o menos la temperatura ambiente de la zona habitable.

17 comentarios:

  1. Solo una sugerencia, porque no estoy demasiado seguro de los detalles. Si el combustible fuese un gas a presión o una mezcla de gas y liquido a presión (como por ejemplo metano), la fuga provocaria un brusco descenso de presión y un enfriamiento. Al final seguramente todo acabaria como gas, via sublimación, evaporación y fuga de gas todo a la vez, pero seria un detalle a considerar.
    El articulo estupendo. Yo estoy igual, pasando frio y obsesionado por mantenerme caliente.

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  2. Ufff, un poco lioso todo esto. ¿Quieres decir que el Tim Robbins no se congelaría? Me lleva a otra cuestión ¿Como se muere en el espacio? ¿Por la temperatura, la presión, la falta de oxígeno?

    Y un aporte sobre combustibles: En los monoplazas de fórmula uno se la meten semicongelada, ahora mismo no recuerdo por qué.

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  3. Bueno el post, como siempre. :-)

    Sobre cómo uno se muere en el espacio, por pura lógica y sentido común creo que sería la falta de oxígeno la más inmediata. Después de todo la temperatura la descartamos por las razones del post, y la presión porque la presión interna de una persona no es suficiente para reventarla en el vacío. En cuanto a la radiación no achicharra de inmediato, salvo que se reciba una dosis tipo Hiroshima (francamente no sé si allá arriba hay más o menos radiación que en el corazón de una explosión nuclear, en todo caso). Según tengo entendido, el gran peligro de la radiación no es el calor en sí, sino las mutaciones, pero para convertirse en un cáncer viviente se requiere de tiempo (incluso la gente de Hiroshima y Chernobyl enferma de radiación tardó varios años en morir en más de algún caso), algo que un astronauta sin casco en el espacio no tendría debido a la asfixia por falta de oxígeno. Si me equivoco, que alguien me corrija (yo no soy científico, pero estas morcillas me gustan mucho).

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  4. Yo también creo que la muerte se produciría por asfixia.

    Hay un artículo interesante sobre los efectos de la exposición al vacío en http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/970603.html

    Lógicamente todo son especulaciones y razonamientos. No es cuestión de arriesgar la vida de una persona, sólo para comprobar la teoría.

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  5. ¿Podria morir por embolia cerebral?
    La sangre en un humano vivo está a casi 37ºC.
    Al pasar bruscamente al vacio su punto de ebullición bajaria drasticamente y como no le da tiempo a perder calor por la radiación, la sangre entraría en ebullición, se generarian gases y el cerebro se colapsaria.

    En el espacio se dan muchos hechos simultáneos: Vacio casi absoluto, presión nula, fuerte radiación solar y/o cósmica y no tengo muy claro cuales serian sus efectos ante la exposición rápida de un cuerpo humano no protegido.
    ¿En los dos minutos que tardarias en asfixiarte se te congelarian antes los pulmones intentado aspirar aire o empezarian a burbujear por los gases de la sangre y de otros fluidos?

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  6. Viendo el daño que le haría a un submarinista entrenado una mala descompresión, un golpe de despresurización a nivel vacio absoluto sería brutal. Para empezar los pulmones deberían soportar una grandísima fuerza (un bar +/-) para que el aire no "escape". A 1 Kg/cm² de presión no creo que tardemos mucho en reventar. ¿Cuantos kilopondios de presión debería un humano soportar?

    Suponiendo que el traje esté bien puesto, pero sin casco, la supción se produciría por la parte superior. Oídos, cuello, garganta y fosas nasales soportarán un dolor bestial, y cuando todo el aire haya sido extraído del cuerpo mientras la sangre que arrastró se va evaporando, otros fluídos como los linfáticos, orina, semen, o el humor vítreo de los ojos hervirían sin dificultad.

    Yo he visto hervir un vaso de agua en una cámara de vacío rudimentaria y la situación debería ser bastante comprometida para esos 3/4 de agua de los que estamos compuestos...

    Para cuando comenzara a ebullir la bien protejida masa encefálica deberíamos haber muerto ya. O no. Los guillotinados sufrían durante 15 segundos despues del corte, sentían el golpe contra el suelo y podían contar los botes que "daban" si no acertaban en la cesta.

    Probablemente resistirían la médula osea, los huesos, el pelo, los dientes, las uñas...

    Yo personalmente (fumador empedernido) creo que aguanto más tiempo la respiración de lo que tardaría el espacio en destrozarme.

    Por eso creo que el paseo espacial del protagonista de 2001: Space Odisey debería considerarse malaciencia.

    Feliz Navidad.

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  7. No es correcto decir que la transferencia de calor por radiación no depende del entorno. La emisión de calor por radiación, efectivamente, no depende del entorno, pero sí depende del entorno que esa emisión se vea compensada con otra absorción de calor por radiación o no.

    La pérdida de calor en una tórrida noche de verano es la misma que en una gélida noche de invierno, sí señor, pero en la noche de verano esa pérdida se ve compensada por la ganancia de calor que recibimos por radiación de todas las superficies de nuestro entorno, que están calientes, mientras que en una noche de invierno perdemos la misma cantidad de calor y recibimos muchísima menos de las superficies del entorno, así que acabamos perdiendo mucho más calor.

    En el espacio exterior, a temperaturas muy frías, nuestro cuerpo va a emitir calor por radiación y no va a recibir prácticamente ningún calor que compense esa pérdida, así que creo que lo de la película es correcto, perderíamos calor a gran velocidad y nos congelaríamos

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  8. El razonamiento es interesante, pero el calor que nos pueda aportar el aire frío por radiación es mucho menor que el que nos quita mediante conducción y convección. Piensa que basta que haga un poco de viento para que sintamos mucho más frío (y la temperatura del aire sigue siendo la misma).

    Así que, en realidad perdemos más calor en una noche fría de invierno que en el vacío del espacio.

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  9. En esencia, de acuerdo con esto último, que se pierde más calor en una noche fría de invierno que en el espacio... si hace vientecillo. El aire es en realidad un pésimo conductor, la principal transferencia de calor en el aire se da por convección. Si no hace airecillo, ya es más difícil dilucidar (sin cálculos) si la pequeña pérdida por conducción es mayor que la también pequeña ganancia por radiación de los cuerpos del entorno (por fríos que estén, no están a 0 K, y emiten calor).
    Aunque tampoco es cierto lo que acabo de decir: en presencia de gravedad, siempre hay convección. El aire en contacto con la piel se calienta, y asciende, siendo reemplazado por aire nuevo, frío. Pero repito, es la convección el principal mecanismo de evacuación de calor. En ingravidez no existe dicho mecanismo, no hay convección (salvo que sea forzada). Es uno de los grandes peligros del fuego en un entorno de microgravedad (estación espacial, por ejemplo): el calor sólo se evacúa por radiación (la conducción, como decía, es despreciable por la baja conductividad térmica del aire), y la temperatura alcanzada en el núcleo del fuego se hace enorme.
    En cuanto al caso del líquido evacuado al espacio, el mecanismo es doble: efectivamente, hierve, por la baja (nula) presión. Pero al mismo tiempo, la drástica expansión del fluído implica una caída drástica de su temperatura; tendremos una nubecilla de vapor congelado, de mininutos cristalitos de hielo espandiéndose por el espacio.

    Saludos

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  10. Sobre el tema del líquido en el espacio, referirme al cuento "Atrapados cerca de Vesta", en el que unos Náufragos espaciales perforan el depósito de agua de los restos de la nave para impulsarse fuera de su órbita con el impulso del vapor...
    "¿Vapor?¿a la baja temperatura del espacio?
    ¡Vapor! ¡A la baja presión del espacio!"
    (mas o menos el dialogo era así). En muchos relatos de ciencia-ficción el problema que tienen las naves es justo el evitar calentarse demasiado. Le pregunte a Pedro Duque cuando estuvo en una conferencia en Madrid, y comento algo de unos radiadores que hay en la estación espacial para evitar que se caliente demasiado.
    En cuanto a Tim Robins, supongo que sus últimos segundos los paso intentando evitar que se le saliera la sangre por la boca. El corazón mantiene la sangre a presión, de forma que en los pulmones se encuentra en equilibrio con la atmosférica. Si de repente salimos al vacío, supongo que la caída de presión en el sistema circulatorio por la expansión de los vasos sanguíneos no llegará a igualar el vacío en los pulmones, y me temo que las membranas que separan el aire de la sangre y permiten el intercambio gaseoso no aguantarán la diferencia de presiones (aunque nunca lo he comprobado experimentalmente).

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  11. Bueno, pero lo que no me negareis es el gazapo de Star Trek, que cuando la enterprise va en hiperespacio.....LE FUNCIONAN LOS FAROS!!!!
    Como puede ser?
    Saludos y FELICES REYES!!!

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  12. Es que dicen que a la velocidad de luz ... las velocidades no se suman y la luz de la Enterprise va que a los 300 mil de rigor...a partir del emisor.Teoricamente deberia ser. Ademas nadie ha estado en situacion para comprobarlo.

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  13. la forma de morir en el espacio la verdad q no lo se... pero opino q la gran diferencia de presiones y el estar compuestos mayormente por agua haria q un ser vivo reventase como un globo.

    en cuanto a lo de ceder calor en el espacio es un tema complejo. no hay conveccion, ni en el exterior ni en interior (natural) sin embargo el problema del calentamiento en las naves espaciales es precisamente ese. al no haber conveccion natural es complicado refrigerar los equipos electronicos, por ello se utiliza refrigeracion liquida a presion, pasando por grandes radiadores en el exterior, imagino que de cobre, que ceden calor al espacio

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  14. "La pérdida de calor en una tórrida noche de verano es la misma que en una gélida noche de invierno"

    Pues no creo que esto sea así. La rapidez en la pérdida de calor depende del salto térmico. Esto me recuerda a una pregunta trampa. Dos vasos en un congelador, uno con agua fría y otro con agua caliente ¿Cual se enfría más deprisa? El caliente evidentemente, la diferencia de temperatura es mucho mayor.

    Otro ejemplo es el proceso del ultracongelado que todos conocemos. No solo la temperatura de conservación en más baja, si no que además el congelado se produce muy rápidamente con un sálto térmico muy grande.

    También recuerdo una noticia de unos bomberos rusos intentando apagar un incendio cuando estaban a -40ºC, el agua era inútil porque en el recorrido de la manguera al edificio, ya se había congelado.

    No se si en presencia directa de la radiación solar se puede congelar un líquido pero hervir seguro que no, lo leí pero no recuerdo el qué, se que tiene algo que ver con la presión y la no formación de las burbujas. Me suena una frase también que más o menos decía "En el vacío del espacio, si no eres un sólido solo puedes congelarte o pasar a estado gaseoso, pero nunca líquido.

    Ya se que no he aportado ningún dato pero todo esto me rondaba la cabeza y lo comparto con vosotros.

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  15. La pérdida de calor global, depende de la temperatura exterior, pero la debida únicamente a la radiación térmica no. Ésa depende sólo de la temperatura del cuerpo, y es de la pérdida que estamos hablando (la única posible en el vacío).

    También recuerdo una noticia de unos bomberos rusos intentando apagar un incendio cuando estaban a -40ºC, el agua era inútil porque en el recorrido de la manguera al edificio, ya se había congelado.

    Je, a mí me pasa lo mismo cuendo viajo en determinados trenes, y hace mucho frío. El líquido del circuito del climatizador se congela, y no tenemos calefacción en el interior del vagón :-(

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  16. @Argoniano. Es que la afirmación se refiere a la perdida de calor por radiación (esto es por emisión de fotones, que es la única que se produce en el espacio) y no a la pérdida de calor por convección que es la que se da por contacto entre un cuerpo caliente y entre frío,

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  17. Después de un minuto uno se queda inconsciente por falta de presión. Un minuto es facil de aguantar la respiración por lo que lo que te empieza a matar más rápido es la falta de presión. Las naves espaciales y los trajes de astronauta tienen aire acondicionado y tienen que botar el calor almacenado al espacio de alguna forma para poder enfriar los interiores. Ahora pregunta: que sistema de enfriamiento usan?

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