Llama fría - Cool flame
Una llama fría es una llama que tiene una temperatura máxima por debajo de aproximadamente 400 ° C (752 ° F). Por lo general, se produce en una reacción química de una determinada mezcla de aire y combustible. A diferencia de la llama convencional, la reacción no es vigorosa y libera muy poco calor, luz y dióxido de carbono . Los incendios fríos son difíciles de observar y poco comunes en la vida cotidiana, pero son responsables de la detonación del motor : la combustión indeseable, errática y ruidosa de combustibles de bajo octanaje en los motores de combustión interna .
Historia
Las llamas frías fueron descubiertas accidentalmente en la década de 1810 por Sir Humphry Davy , quien estaba insertando un alambre de platino caliente en una mezcla de aire y vapor de éter dietílico. "Cuando el experimento sobre la combustión lenta del éter se realiza en la oscuridad, se percibe una luz fosforescente pálida por encima del alambre, que por supuesto es más nítida cuando el alambre deja de encenderse. Esta apariencia está relacionada con la formación de una peculiar sustancia volátil acre que posee propiedades ácidas ". Luego de notar que ciertos tipos de llamas no le quemaban los dedos ni encendían una cerilla, también encontró que esas llamas inusuales podían transformarse en convencionales y que a ciertas composiciones y temperaturas, no requerían una fuente de ignición externa, como una chispa. o material caliente.
Harry Julius Emeléus fue el primero en registrar sus espectros de emisión, y en 1929 acuñó el término "llama fría".
Parámetros
| Compuesto | CFT (° C) | AIT (° C) |
|---|---|---|
| Metiletilcetona | 265 | 515 |
| Metil isobutil cetona | 245 | 460 |
| Alcohol isopropílico | 360 | 400 |
| n- acetato de butilo | 225 | 420 |
La llama fría puede ocurrir en hidrocarburos , alcoholes , aldehídos , aceites , ácidos , ceras e incluso metano . La temperatura más baja de una llama fría está mal definida y se establece convencionalmente como la temperatura a la que la llama puede detectarse a simple vista en una habitación oscura (las llamas frías apenas son visibles a la luz del día). Esta temperatura depende ligeramente de la relación de combustible a oxígeno y depende en gran medida de la presión del gas; hay un umbral por debajo del cual no se forma una llama fría. Un ejemplo específico es 50% n- butano –50% oxígeno (por volumen) que tiene una temperatura de llama fría (CFT) de aproximadamente 300 ° C a 165 mmHg (22,0 kPa). Se informó uno de los CFT más bajos (156 ° C) para una mezcla de C 2 H 5 OC 2 H 5 + O 2 + N 2 a 300 mmHg (40 kPa). El CFT es significativamente más bajo que la temperatura de autoignición (AIT) de una llama convencional (ver tabla).
Los espectros de las llamas frías consisten en varias bandas y están dominados por las azules y violetas, por lo que la llama generalmente aparece de color azul pálido. El componente azul se origina en el estado excitado del formaldehído (CH 2 O *) que se forma a través de reacciones químicas en la llama:
Una llama fría no se enciende instantáneamente después de aplicar la presión y la temperatura umbral, sino que tiene un tiempo de inducción. El tiempo de inducción se acorta y la intensidad del brillo aumenta al aumentar la presión. Al aumentar la temperatura, la intensidad puede disminuir debido a la desaparición de los radicales peroxi requeridos para las reacciones luminosas anteriores.
Se han establecido llamas frías estables y autosostenidas mediante la adición de ozono a la corriente del oxidante.
Mecanismo
Mientras que en una llama normal las moléculas se descomponen en pequeños fragmentos y se combinan con oxígeno produciendo dióxido de carbono (es decir, arden), en una llama fría, los fragmentos son relativamente grandes y se recombinan fácilmente entre sí. Por lo tanto, se libera mucho menos calor, luz y dióxido de carbono; el proceso de combustión es oscilatorio y puede durar mucho tiempo. Un aumento típico de temperatura al encenderse una llama fría es de unas pocas decenas de grados Celsius, mientras que es del orden de 1000 ° C para una llama convencional.
La mayoría de los datos experimentales pueden explicarse mediante el modelo que considera la llama fría como una reacción química lenta en la que la tasa de generación de calor es mayor que la pérdida de calor. Este modelo también explica el carácter oscilatorio de la llama fría: la reacción se acelera a medida que produce más calor hasta que la pérdida de calor se vuelve apreciable y apaga temporalmente el proceso.
Aplicaciones
Las llamas frías pueden contribuir al golpeteo del motor : la combustión indeseable, errática y ruidosa de combustibles de bajo octanaje en los motores de combustión interna. En un régimen normal, el frente de llama convencional viaja suavemente en la cámara de combustión desde la bujía, comprimiendo la mezcla de aire / combustible que se encuentra adelante. Sin embargo, el aumento concomitante de presión y temperatura puede producir una llama fría en la última mezcla de aire y combustible sin quemar (los llamados gases terminales) y participar en la autoignición de los gases terminales.
Esta liberación de calor repentina y localizada genera una onda de choque que viaja a través de la cámara de combustión, y su repentino aumento de presión provoca un sonido de golpe audible. Peor aún, la onda de choque interrumpe la capa límite térmica en la superficie del pistón, provocando un sobrecalentamiento y una eventual fusión. La potencia de salida disminuye y, a menos que el acelerador (o la carga) se corte rápidamente, el motor puede dañarse como se describe en unos minutos. La sensibilidad de un combustible a la ignición de una llama fría depende en gran medida de la temperatura, la presión y la composición.
Es probable que la llama fría se inicie en el proceso de detonación solo en condiciones de funcionamiento muy estranguladas, ya que se observan llamas frías a presiones bajas. En condiciones normales de funcionamiento, la autoignición se produce sin que una llama fría la provoque. Mientras que la temperatura y la presión de combustión están determinadas en gran medida por el motor, la composición puede controlarse mediante varios aditivos antidetonantes. Este último apunta principalmente a eliminar los radicales (como el CH 2 O * mencionado anteriormente) suprimiendo así la fuente principal de la llama fría.
Ver también
Referencias
Otras lecturas
- Peter Gray; Stephen K. Scott (1994). Oscilaciones e inestabilidades químicas: cinética química no lineal . Prensa de la Universidad de Oxford. págs. 429 y sigs. ISBN 0-19-855864-3. - una explicación de la naturaleza oscilatoria de la llama fría.