Investigación de procesos de petrolíferos en el espacio, realizada en la Estación Espacial Internacional

El experimento DCMIX2 estudia los coeficientes de difusión de mezclas ternarias de fluidos en condiciones de microgravedad, concretamente una mezcla de distintos tipos de hidrocarburos. Los coeficientes de difusión permiten determinar el transporte de masa de un elemento o varios dentro de la mezcla. Se trata de un movimiento de partículas dentro de la mezcla, no del movimiento del fluido en conjunto, y este movimiento se encuentra enmascarado en la Tierra por los efectos de la gravedad, por lo que su estudio en microgravedad permite medirlo.

La elaboración y validación de los protocolos de actuación y rutinas automáticas, el control remoto directo del instrumento, la monitorización del estado del experimento mediante telemetría, la respuesta y toma de medidas correctivas ante situaciones anómalas, la planificación en vuelo y la recuperación de los resultados experimentales y su puesta en disposición para los científicos, han sido las tareas del E-USOC en este proyecto coordinado conjuntamente con la NASA, la agencia aeroespacial de EE UU.

El experimento DCMIX2 fue instalado en la plataforma SODI (Selectable Optics Diagnostic Instrument) por el astronauta Mike Hopkins el 29 de noviembre de 2013. “El E-USOC comenzó la calibración y pruebas de la óptica antes de que llegaran a la Estación Espacial Internacional (ISS) las muestras fluidas, lo que permitió acortar el tiempo de calibración con las muestras en órbita. Dicha reducción de tiempo ha tenido gran importancia en el éxito de la misión, pues las muestras fluidas tenían una duración limitada debido a la aparición de burbujas”, explica Ana Laverón, directora del E-USOC.

Tras dos meses de operaciones científicas que finalizaron en febrero, en las que se realizaron secuencias experimentales de termodifusión y difusión con la correspondiente toma de imágenes de muestra de todas las fases del ensayo para garantizar los requisitos de calidad impuestos por la ESA, la misión ha concluido con satisfacción.

El Centro Español de Operaciones y Soporte a Usuarios (E-USOC), centro delegado de la Agencia Espacial Europea (ESA, en sus siglas en inglés) cuyas instalaciones de investigación se encuentran en el Campus de Excelencia Internacional de Montegancedo de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM),  ha tenido un papel fundamental en el desarrollo del experimento DCMIX2 y su exitosa finalización.

Resultados científicos y futuras aplicaciones

“Desde el punto de vista científico, DCMIX2 ha permitido obtener un gran número de imágenes de gran calidad para el análisis de los procesos involucrados en la difusión en mezclas ternarias”, subraya el equipo del E-USOC. Y no solo se han cumplido los objetivos iniciales, sino que en vista de los buenos resultados tanto la ESA como la NASA decidieron ampliar las operaciones una semana más, obteniéndose datos científicos nuevos y realizando experimentos no previstos inicialmente en las celdas degradadas tras la aparición de burbujas (estudio de la convección de Marangoni).

Cuando se definió este experimento se esperaba que permitiese validar teorías sobre el denominado efecto de Soret (si se mantiene un gradiente de temperatura en una mezcla, además del flujo de energía térmica, se producirá un flujo de partículas hasta que se establezca un gradiente adverso de concentración que equilibre dicho flujo), algo que ya mostraban las primeras secuencias de imágenes.

“Los resultados obtenidos permiten determinar los coeficientes de difusión de los hidrocarburos para poder desarrollar un modelo termodinámico de los yacimientos petrolíferos, de forma que con unas pocas perforaciones se pueda tener suficiente información del petróleo para determinar si merece la pena la explotación o no”, puntualiza la directora del E-USOC. Esa extracción más eficiente del petróleo puede ser de gran relevancia para una industria que trabaja con una fuente de energía no renovable de gran dependencia y coste.

A pesar de esta aplicación que se vislumbra, el equipo del E-USOC recuerda que lo que se gana con esta investigación es conocimiento: “Saber más sobre el comportamiento de nuestro entorno nos permite sacar un mayor provecho de él, y ese es el objetivo fundamental de investigaciones de carácter básico como esta”.

La forma de hacer ciencia del E-USOC ha recibido el reconocimiento internacional. La directora de la misión de la ESA los ha felicitado por ser “un ejemplo de dedicación, creatividad y profesionalidad”, y la propia agencia ha subrayado “las excepcionales actividades realizadas por el E-USOC en la ejecución de SODI-DCMIX2”. Junto a las felicitaciones, que también han llegado de la NASA, cabe destacar que José Miguel Ezquerro Navarro ha sido nominado para recibir la prestigiosa Medalla Zeldovich que otorgan bianualmente la Academia Rusa de las Ciencias y el Comité de Investigación Espacial (COSPAR) a jóvenes científicos por su excelencia.

DCMIX2 ha sido el segundo experimento de una serie de cinco proyectos en microgravedad enfocados a la investigación del transporte de masas en mezclas ternarias. El E-USOC ya está trabajando en DCMIX3, previsto para finales de 2014, ya que ha sido designado por la ESA como responsable de preparar y operar todos los experimentos que se desarrollen tanto en la plataforma SODI como en los que se operen en el laboratorio MSG (Micro-gravity Science Glovebox) que la NASA tiene instalado en la ISS. Actualmente, dos de este último tipo están en fase de desarrollo y cuentan con la participación del E-USOC.