INSTITUTO TECNOLÓGICO DEL FUEGO®
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LAS LLAMAS ( Nivel básico )
Las llamas son difíciles de definir, como existen
distintos procesos de combustión, existen distintos tipos de llamas.
Se puede decir sin temor a equivocarse, que básicamente la llama, es el
producto de una reacción química rápida y persistente, que emite calor y luz.
Dicha reacción debe sostenerse por sí misma, en el caso de no ser extinguida,
hasta que la concentración del combustible o comburente, no desciendan por
debajo del valor mínimo indispensable, para mantenerla (definición ésta, de
la cúal todos tenemos conocimiento ).
Asimismo hay que recordar, que no todos los procesos de "combustión"
o de "descomposición" producen llamas, aunque desarrollen calor.
Las llamas ostentan distintos colores o resultan casi invisibles ( para
el ojo humano ), circunstancias éstas, que se hallan directamente relacionadas,
con los combustibles y comburentes que reaccionan , como así de la temperatura generada por dicha reacción.
Como sabemos, es una manifestación visible del fuego y es el resultado
del calentamiento hasta la incandescencia de pequenas partículas de materias o
elementos compuestos ( especialmente en las combustiones incompletas).
Si buscamos en un diccionario común, observaremos que la definici¢n de
llama será, "sinónimo de fuego". Si en cambio, la buscamos en un
diccionario enciclopédico específico, hallaremos las definiciones que se
exponen a continuación, incluyendo
algunos de los " comportamientos ", de las
mismas: I
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1. LLAMAS DE PRE-MEZCLA.
Los combustibles gaseosos, se pueden
mezclar previamente con aire u oxígeno y luego llevar la mezcla a un quemador,
dónde arderá de manera muy
eficiente. Los mecheros de laboratorio y los hornillos de gas, disponen de una
entrada para el combustible y orificios, para la entrada del aire, de forma que
este es inyectado por aspiración y mezclado con el combustible antes, de llegar
a la zona de combustión.
Estas llamas pueden presentarse de dos formas básicas:
A) LAMINARES; Son aquellas llamas de "pre-mezcla", que
presentan un frente contínuo y claramente definido, presentando el fluído
entrante o saliente de forma aerodinámica.
B) TURBULENTAS; Estas suelen definirse como rellenas. A veces, suelen
producir sonidos " desarticulados y confusos ". El frente de la llama
fluctúa velozmente, presentando muchos remolinos.
Estas turbulencias se deben al "flujo" en el tubo del mechero y
a la "llama" misma.
Estas llamas se hallan directamente relacionadas, a flujos de gran
velocidad y debido a que abarcan un gran área de combustión. Son muy
eficientes en lo que se refiere a la producción de calor por unidad de volúmen. I
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2. LLAMAS DE DIFUSION.
Los combustibles líquidos y sólidos y algunos gases ( en circunstancias
especiales ), son los que producen
"este tipo de llamas".
Una vela proporciona un buen ejemplo. El combustible,
(cera en este caso), se funde y vaporiza por el calor de la llama y
emerge como una corriente estacionaria de vapor, procedente de la mecha. El aire
arrastrado, forma una corriente de convección hacia la base de la llama (
difunde de afuera, hacia adentro ). Debido, a que ciertas partes son ricas en
combustibles, las llamas de difusión de los
hidrocarburos, suelen ser " amarillas ", a
causa de
la presencia de partículas de carbón incandescentes.
Si no hay "aire" suficiente, para oxidar este carbón, en las
últimas etapas de combustión, la llama puede producir " humo ".
Algunas llamas de difusión
" no producen carbón ", por ejemplo, la llama del
" alcohol metílico ". I
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3.LLAMA BUNSEN.
El mechero "Bunsen" ha sido objeto, de numerosos y extensos
estudios, debido a que se presta bien, para ilustrar importantes
conceptos relacionados con la llama.
Usando como combustible, el gas natural ( Metano CH4 ), o
algún otro hidrocarburo, tal como el etileno ( C2H4 ), y con la entrada
de aire totalmente cerrada, se produce una llama " amarillo
brillante". Esta es la llama de " difusión ", en la que el aire
procede enteramente del exterior, " aire secundario ", que se difunde
desde la atmósfera.
Al ir abriendo " lentamente ", la entrada de aire, el color
amarillo ( de la llama ) disminuye y luego desaparece.
Las llamas constan de tres regiones básicas, bien diferenciadas.
La región más interna es oscura, se trata simplemente de "gas frío",
sin quemar. Una " cabeza de fósforo " situada en dicha región, no
ardería, pues el flujo de gas frío, " no permite que se eleve la
temperatura ". La región oscura del gas sin quemar, está envuelta con una
" capa ", en forma de " cono brillante " (de color verde
azulado), de un espesor inferior a 1 mm.. En esta " estrecha " zona,
el combustible reacciona con el aire premezclado, sin embargo en la llama Bunsen
corriente, la cantidad de aire premezclado es insuficiente para producir
una combustión completa. Por lo tanto el " gas emergente "
de la zona de reacción, sirve aún como combustible.
El análisis demuestra que contiene monóxido de carbono (CO) e hidrógeno
(H2), pero nada del metano original, este gas puede reaccionar con más oxígeno
dando anhídrido carbónico (CO2) y
agua (H2O). El oxígeno adicional necesario,
para la combustión de los gases procedentes del cono interno, lo suministra el aire
secundario procedente de la atmósfera.
Por lo tanto, el cono interno estará recubierto por una llama de difusión,
color violeta y azulado, que se denomina, cono externo. I
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4. COMPORTAMIENTO EN QUEMADORES.
La llama, se estabiliza en el tubo de un mechero, gracias al flujo del
calor hacia el borde frío. La pérdida de calor, disminuye la velocidad de la
llama en este punto y en consecuencia el frente se fija a las proximidades del
borde.
Si este frente se alejase momentáneamente del borde,
perdería menos calor, " aumentando su velocidad " y volviendo
a su posición primitiva de las mediaciones del borde.
Por otra parte, si el frente se desplaza hacia el mismo borde, perdería
más calor, " disminuyendo la velocidad " de combustión, con lo que
la corriente gaseosa llevaría de nuevo a la llama, a su posición original.
En este sentido, " cualquier superficie sólida ", puede actuar
como soporte para la llama.
La altura del cono de la llama sobre el borde del mechero, se ajusta
automáticamente dentro de los amplios límites existentes, para acomodarse al
flujo gaseoso.
La superficie del cono está formada, como resultado de la distribución
parabólica, del flujo en el tubo del mechero.
Con velocidades de flujos mayores, "aumenta" la altura del cono
y cuando son menores," disminuye ". Sin embargo, por encima de cierto
flujo límite, la llama se separa del mechero y puede llegar a apagarse ( soplos
).
Por otra parte, si el flujo es reducido de modo suficiente, el cono se
hace casi plano. Disminuyendo aún más,
la llama tiende a penetrar en el interior del tubo, ésto se conoce con el
nombre de " calado del mechero ".
Entre los límites del " soplo " y " calado " del
mechero, el cono adquiere una altura tal, que la razón del volúmen del flujo,
dividido por el área superficial del cono, tiene un valor constante, que se
llama velocidad de combustión. I
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5. LLAMAS FRIAS.
Una asombrosa "paradoja", merece especial mención. Un fenómeno
luminoso tenue, conocido como la " llama fría ", se observa por
ejemplo, cuando se calienta una mezcla de vapor de eter y oxígeno.
Tales llamas no son realmente frías, de hecho producen "cierto
calor ". Pero al contrario de las llamas " ordinarias ", que
avanzan de capa en capa del gas, por conducción térmica, la llama fría, actúa
por difusión de las moléculas reactivadas o radicales libres, que inician los
procesos químicos según avanzan.
La luz de las llamas frías, es una " quimiluminiscencia ",
originada por las " moléculas exitadas " reducidas por la reacción.
También se conoce, en las llamas de descomposición, en las que una molécula
tal, como el ozono (O3), se descompone en otras mas sencillas, en este caso en
oxígeno (O2). El presente ha sido extractado de. E.S.C.y.T. Vol.8. Enciclopedia Salvat de Ciencia y Técnica
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