¿Qué son las llamas frías? ¿Por qué no podemos hacerlos en la Tierra?

Han pasado miles de años desde que nuestros antepasados ​​descubrieron el fuego. Sin embargo, no podemos evitar quedarnos hipnotizados por el peligroso baile de las llamas. Iniciar y controlar el fuego es una de las formas más antiguas de química que la humanidad ha estado realizando. Y a lo largo de los siglos hemos adquirido una comprensión básica de cómo se comporta el fuego en tierra firme. Entonces, algunas personas decidieron sacarlo de este mundo.

En 2012, los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional iniciaron un incendio. Usando el Experimento de extinción de llamas o FLEX, los científicos observaron algo que era solo una teoría hasta ese momento. Se encendieron gotas de hexano en presencia de oxígeno y se formaron dentro de la cámara de combustión: llamas frías azules y esféricas. ¿Cómo puede una llama ser fría? ¿Y por qué tuvimos que ir al espacio para observarlos? ¡Vamos a averiguar!

EXCEPTO POR SUPUESTO ... meme

Química de las llamas frías

Las llamas emergen cuando algo está en llamas y los gases a su alrededor se sobrecalientan y comienzan a brillar. Y la receta del fuego es bastante simple, necesitas tres ingredientes: oxígeno, combustible y calor (también conocido como el triángulo del fuego).

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El triángulo de fuego (Crédito de la foto: Luciano Cosmo / Shutterstock)

Como terrícolas, no tenemos que preocuparnos mucho por el primer ingrediente, el oxígeno. Como nuestro planeta alberga en todo momento aproximadamente 1.200.000 millones de toneladas métricas de gas oxígeno. Además de sustentar la vida, este entorno rico en oxígeno proporciona las condiciones perfectas para iniciar un incendio.

A continuación, pasamos al combustible, que es cualquier sustancia que se quemará en presencia de oxígeno y liberará energía durante el proceso. Técnicamente, todo lo que nos rodea es combustible y se incendiará si se le permite alcanzar temperaturas lo suficientemente altas. Pero preferimos usar materiales que sean inflamables o que tengan puntos de combustión bajos como combustibles, por ejemplo, carbón, petróleo o hexano.

La quema de fuego implica un proceso químico simple conocido como combustión. Durante este proceso, el combustible se combina con el oxígeno para sufrir varias reacciones químicas que emiten energía en forma de luz y calor. Sin embargo, el combustible solo puede reaccionar con el oxígeno cuando está por encima de su temperatura de ignición. El exceso de energía necesaria para alcanzar esta temperatura y poner en marcha el proceso de combustión es proporcionado por una fuente externa de calor. Por ejemplo, la fuente de calor para encender una placa de cocción es una chispa eléctrica y, para una cerilla, es la fricción de la cabeza de la cerilla contra el panel texturizado de una caja de cerillas.

Las llamas frías también siguen la química exacta en la que los hidrocarburos utilizados como combustible comienzan a arder cuando se encienden en presencia de oxígeno. Y no, estas llamas no congelan las cosas en lugar de derretirlas. Se les llama “llamas frías” porque la temperatura de estas llamas es realmente baja. Una placa de cocción promedio produce llamas que rondan los 1700 ° C, mientras que la temperatura de las llamas frías oscila entre 400 y 600 ° C.

¿Qué tienen de especial las llamas frías?

Las llamas frías observadas en la EEI tenían una forma esférica que es casi imposible de recrear en la Tierra en condiciones normales.

Llama fría

Llamas esféricas observadas en el experimento de combustión espacial (Crédito de la foto: Nasa.gov)

Es posible que la mayoría de nosotros no nos demos cuenta, pero la gravedad juega un papel importante en el comportamiento del fuego en nuestro planeta. Cuando se enciende un fuego aquí, una columna de aire / gases a su alrededor se calienta. En virtud de la convección, los gases calientes menos densos se elevan hacia arriba y aspiran aire más fresco para sostener el fuego. Este efecto de empujar y tirar entre los gases calientes más ligeros y el aire frío más pesado da lugar a la distinta forma de lágrima de una llama. En el espacio no hay gravedad para crear un gradiente de densidad, por lo tanto, llamas esféricas.

Las llamas esféricas tampoco pueden reponer su suministro de oxígeno. Se utiliza un regulador externo como un ventilador para alimentar el fuego. Este flujo controlado de oxígeno da lugar a una tenue llama de color azul donde el combustible sufre una combustión completa para formar monóxido de carbono y formaldehído sin hollín residual. Las propiedades de la llama son ligeramente diferentes en el caso de incendios terrestres autosostenidos.

Si observamos con atención la llama de una vela, podemos detectar dos tipos de llamas: la otra llama azul y la llama amarilla interior. La razón de esto es una diferencia en el contenido de oxígeno y la temperatura. La región azul exterior de una llama tiene la mayor concentración de oxígeno debido a la entrada de aire fresco del entorno. Esto la convierte en la región de llamas más caliente donde el combustible (la mayoría de ellos a base de carbono) se quema por completo para producir solo dióxido de carbono y agua como subproductos.

La región amarilla, por otro lado, tiene una temperatura más baja y niveles más bajos de oxígeno. Esto conduce a una combustión incompleta de los combustibles y a la formación de partículas de carbono no quemadas llamadas hollín junto con el dióxido de carbono y el agua. Estas partículas de hollín luego se energizan debido al fuego e imparten el típico color amarillo a las llamas.

Anatomía de la llama de una vela

Diferentes regiones de la llama de una vela. (Crédito de la foto: Una corbata suelta / Wikimedia commons)

Aunque no es muy común, se pueden crear llamas completamente azules en la tierra. Todo lo que tienes que hacer es dirigir suficiente oxígeno al fuego. Equipos como el mechero Bunsen y los sopletes de soldadura producen llamas casi en su totalidad azules regulando cuidadosamente su flujo de oxígeno y combustible.

¿Qué hace que las llamas espaciales se enfríen?

En primer lugar, porque estaban iluminados en el espacio. En segundo lugar, debido a un proceso de combustión por difusión más lento.

En microgravedad, el oxígeno llega a la llama por difusión en lugar de succión como en la tierra. Este lento flujo de oxígeno reduce considerablemente la temperatura de la llama, que depende en gran medida de la cantidad de combustible y oxígeno disponible para el fuego. Estas llamas elevan la temperatura circundante o tienen una llama brillante debido a la falta de especies químicas ionizadas emisoras de luz que irradian calor que se encuentran comúnmente en las llamas calientes.

Tener una llama lenta y de baja temperatura puede parecer una buena señal para la seguridad de las naves espaciales, pero es todo lo contrario. El fuego en la tierra es un proceso rápido que requiere un flujo constante y rápido de oxígeno para seguir ardiendo. Lo que hace que sea más fácil arrancar y detener. Corta el suministro de oxígeno por un tiempo y el fuego se apaga. Pero ese no es el caso de las llamas frías. En presencia de combustible, estas llamas pueden mantenerse durante mucho tiempo incluso con un flujo limitado de oxígeno.

Conclusión

Se sabe muy poco sobre la naturaleza del fuego a temperaturas más bajas y en lugares distintos de la tierra. Desentrañar la misteriosa química de las llamas frías no solo puede hacer que los viajes espaciales sean mucho más seguros, sino que también puede ayudarnos a desarrollar motores de combustión interna altamente eficientes y libres de hollín.