Una llama es una reacción de combustión viva que ocurre en un área de poco espesor: produce calor y generalmente emite luz . Está en el origen de la producción de fuego .
La luz producida por una llama es el resultado de una reacción de combustión. Esta es una reacción de oxidación-reducción . En el caso de los metales, en el caso de la combustión de magnesio, por ejemplo, la combustión está bien descrita por un intercambio de electrones que produce iones entre el metal (donante) y el oxígeno (aceptor). En el caso de las moléculas (el caso del metano ), la reacción se describe mejor mediante un intercambio de átomos de oxígeno. En todos los casos, la exotermicidad de la combustión hace que el sólido o el gas alcance una temperatura elevada (a veces, varios miles de Kelvin ).
Un sólido a alta temperatura (por ejemplo, hierro al arder) produce una radiación continua cuya longitud de onda de máxima intensidad está bien descrita por la ley de Wien . En el caso de los gases (por ejemplo, la llama de sodio), la desexcitación resulta de una transición electrónica que produce fotones de longitud de onda característica del cuerpo emisor. La luz tiene entonces un espectro de líneas.
Hay dos tipos de llama:
La llama de difusión se llama así porque, al separarse los reactivos, deben entrar en contacto entre sí, por el fenómeno de difusión . Los casos típicos son:
En el caso de un incendio de sólidos o líquidos, la combustión produce calor; este calor provoca un fenómeno de destilación , pirólisis o simplemente fusión y luego vaporización que produce un gas inflamable, que alimenta la llama. Entonces, ya sea un incendio sólido, líquido o gaseoso, tenemos:
Este fenómeno puede ser muy complejo; por ejemplo, la combustión de queroseno en motores de aviones se puede describir mediante 3500 reacciones que involucran 225 especies químicas .
Esta reacción a menudo es incompleta, ya que en el lugar de la reacción, la capa delgada de la llama, la relación entre el combustible y el oxidante no es la ideal ( no estequiométrica ). Por lo tanto, tenemos gases muy diversos: dióxido de carbono (CO 2) y vapor de agua (H 2 O), a menudo monóxido de carbono (CO), otros gases de reacción y gases no quemados, así como partículas de hollín que a su vez arden. Además, la alta temperatura que alcanza la combustión provoca la formación de óxidos de nitrógeno .
AnatomíaLa llama de difusión consta de varias partes dependiendo del nivel de temperatura y brillo. para una vela, observamos:
La forma de esta llama se debe en gran parte a los movimientos de convección animados por el empuje de Arquímedes (gases calientes que se elevan en la llama) y por las fuerzas de la gravedad (moléculas de aire frío que descienden de nuevo por gravedad). Por lo tanto, el oxidante solo se puede suministrar desde los lados.
Llama de microgravedadEn una situación de microgravedad ( ingravidez ), las diferencias de densidad entre el aire caliente y el aire frío ya no se producen: la convección no arrastra los productos de la combustión ( CO 2por ejemplo) lejos de la llama. Como resultado, la llama difusa adquiere una forma esférica y los productos de la combustión bloquean el acceso del oxígeno a la llama. En ausencia de movimientos de aire inducidos (respiración, por ejemplo), tiende a salir por sí solo en un período de tiempo bastante corto.
En el caso de la llama de premezcla , el combustible es siempre un gas, perfectamente mezclado con el oxidante. También hablamos de una llama aireada .
Los ejemplos más comunes son:
Incluso si la mezcla no es perfecta, la mezcla íntima de los reactivos hace que la combustión sea más eficiente, por lo que la llama es más caliente y produce pocas partículas sin quemar, por lo que es azul.
Mezcle previamente la llama con el flujo de gas.
Llama de un mechero Bunsen.
La llama es una fina capa de gas, que es el límite entre dos medios:
El diagrama de arriba muestra la llama de un mechero Bunsen; en este caso, los gases frescos llegan a una cierta velocidad, el frente de llama avanza en sentido contrario, lo que significa que la llama está generalmente inmóvil.
En muchos casos, los gases frescos están en reposo en relación con el punto de referencia; en este caso, el frente de la llama se mueve. Dependiendo de su velocidad de propagación, hablamos de detonación (en el caso supersónico) o deflagración (para velocidades de llama subsónicas).
PropagarLos tres parámetros principales de propagación de la llama son:
Así, enfriar el gas fresco permite ralentizar la progresión de la llama de la premezcla, o incluso detenerla:
La forma y la cinética de la llama se estudian en el artículo Frente de llama .