FLAMAS Y SU ESTRUCTURA

Flamas y su estructura
Propagación de la zona de quemado, llamada también onda de combustión a través de un
gas explosivo cuando la ignición se inicia mediante una chispa eléctrica, alambre caliente o
alguna otra fuente de ignición.
La fuente de ignición generalmente es una fuente de calor. Sin embargo, es conocido que
una fuente de calor tal como la chispa eléctrica también produce átomos yradicales libres
que pueden actuar como eventos de transporte sucesivo o reacción en cadena en la
reacción química. El flujo de calor, y en su caso, el flujo de los eventos sucesivos de la
fuente de ignición inicia la reacción química en la capa adyacente del medio explosivo, de
modo que la capa misma se convierte una fuente de calor y reacción en cadena capaz de
iniciar la reacción química en lasiguiente capa y así sucesivamente, de modo que una zona
de quemado se propaga a través del medio.
La zona constituye una onda en la amplia definición del término y es referido como una
onda de combustión.

Dentro de una capa que se ha extendido por la onda, la velocidad de reacción química
se acelera con el aumento de temperatura en un orden más grande, debido a que la
probabilidad de reacción enlas colisiones moleculares se incrementa de acuerdo a la
forma exponencial (del tipo Arrhenius):

Donde

E: energía de activación, J/mol
R: constante universal de los gases, 8.3143 J/K-mol
T: temperatura, K

 
El incremento de temperatura por la reacción química introduce así una autoaceleración de grado superior al proceso de reacción, en forma de explosión térmica.
 
Es esta auto-aceleración laque permite a la reacción completarse en una capa y al
mismo tiempo suministrar el calor de activación de la siguiente capa de reacción.

De los productos químicos intermedios que se forman, los átomos y los radicales
libres juegan el papel de elementos de transporte para la reacción en cadena,
dependiendo del mecanismo de reacción. Ellos producen la auto-aceleración de la
reacción únicamentecuando las cadenas son expandidas.
En ciertas flamas frías como las que se obtienen con disulfuro de carbono, boranos y
fosfina con oxígeno, el incremento de las concentraciones de radicales libres por
ramificación en cadena, es el mecanismo exclusivo de aceleración. Es el mecanismo
predominante en flamas frías de hidrocarburos.
 
Las llamas frías son difíciles de observar y no son comunes en lasactividades diarias,
pero son responsables de ruidos en motores de combustión interna producidos por
combustiones incompletas o erráticas de combustibles de bajo octanaje.
Sin embargo, las ondas de “combustión caliente” como las que estamos tratando, el
aumento de temperatura es el factor dominante en auto-aceleración en lugar de
concentración de radicales libres por expansión en cadena.

Se debedistinguir muy bien entre “ondas de combustión” y “ondas de detonación”.
Las ondas de combustión se propagan por difusión térmica y molecular, mientras que
la onda de detonación es una onda de choque/golpe (shock) que es
sostenida/mantenida por la energía de la reacción química iniciada por la
temperatura y la presión de la onda.

Las ondas de combustión son lentas comparadas con la velocidad delsonido,
mientras que las ondas de detonación viajan más rápido que el sonido.
Un medio explosivo puede soportar ambos tipos de onda dependiendo de varias
condiciones, la más obvia es el confinamiento y la composición de la mezcla.

Un ejemplo familiar es la flama de un soplete (cortadora o soldadora). Cuando el flujo de
oxígeno e hidrógeno o acetileno es ajustado correctamente, se forma un jet ochorro de
gas explosivo que mantiene una onda de combustión estacionaria en forma de cono
luminoso brillante cuya base está pegada al orificio del jet. Cuando el flujo de la mezcla de
gas es “ahogada” al punto de retroceso de flujo, la onda de combustión entra al ducto de
gas y desarrolla una onda de detonación. Esto no ocurre cuando la mezcla está
suficientemente diluida con un exceso ya sea de...