¿Qué son las llamas frías y por qué no podemos hacerlas en la Tierra? » Cienciahoy

Han pasado miles de años desde que nuestros antepasados ​​descubrieron el fuego. Aun así, no podemos evitar sentirnos hipnotizados por las peligrosas llamas danzantes de una fogata. Iniciar y controlar el fuego es una de las formas de química más antiguas practicadas por los humanos y, a lo largo de los siglos, hemos formado una comprensión básica de cómo se comporta el fuego en tierra firme. En nuestra búsqueda interminable para superar los límites, algunas personas decidieron sacar el fuego “fuera de este mundo” para ver cómo se comportaba.

En 2012, los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional iniciaron un incendio. A través del Experimento de extinción de llamas o FLEX, los científicos observaron algo que hasta ese momento solo había sido una teoría. Gotas de hexano se encendieron en presencia de oxígeno y dentro de la cámara de combustión se formaron llamas frías azules y esféricas. Pero, ¿cómo puede una llama ser fría? ¿Y por qué tuvimos que ir al espacio para observarlos por primera vez? ¡Vamos a averiguar!

EXCEPTO POR SUPUESTO... meme

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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. La receta del fuego es bastante simple, ya que solo necesitas tres ingredientes: oxígeno, combustible y calor. Esta relación básica también se conoce como el “triángulo del fuego”.

Iconos y señalización inflamable, triángulo de fuego, oxígeno, calor y combustible - Vector( Luciano Cosmo)s

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

Como terrícolas, no tenemos que preocuparnos mucho por el primer ingrediente, el oxígeno. En todo momento, nuestro planeta alberga aproximadamente 1.200.000 billones de toneladas métricas de oxígeno gaseoso. 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 en el proceso. Técnicamente, todo lo que nos rodea es combustible y se incendiará si se permite que alcance temperaturas lo suficientemente altas. Sin embargo, preferimos usar materiales que sean inflamables o que tengan un bajo punto de ignición como combustibles, incluidos el carbón, el petróleo o el 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 necesario para alcanzar esta temperatura y poner en marcha el proceso de combustión lo proporciona una fuente externa de calor. Por ejemplo, la fuente de calor para encender una estufa es una chispa eléctrica, mientras que para una cerilla, es la fricción de la cabeza de la cerilla contra el panel texturizado de una caja de cerillas.

Las llamas frías siguen exactamente la misma química, donde los hidrocarburos utilizados como combustible comienzan a arder cuando se encienden en presencia de oxígeno. Además, no, estas llamas no congelan las cosas en lugar de derretirlas. Se les llama “llamas frías” porque la temperatura de estas llamas es bastante baja. Una estufa de cocina promedio produce llamas que rondan los 1700 ⁰C, mientras que la temperatura de las llamas frías oscila entre 400 y 600 ⁰C.

¿Qué tienen de especial las llamas frías?

Las frías llamas observadas en la ISS tenían forma esférica, lo que es casi imposible de recrear en la Tierra en condiciones normales.

llama fresca

Llamas esféricas observadas en un 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, se calienta una columna de aire/gases a su alrededor. En virtud de la convección, los gases calientes menos densos se elevan y aspiran aire más frío y fresco para mantener el fuego. Este efecto de tira y afloja entre los gases calientes más ligeros y el aire frío más pesado da lugar a la forma distintiva de una llama en forma de lágrima. En el espacio, no hay gravedad para crear un gradiente de densidad, lo que explica las 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 llama tenue de color azul donde el combustible se somete a una combustión completa para formar monóxido de carbono y formaldehído, sin hollín residual. Las propiedades de una 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 llama exterior azul y la llama interior amarilla. 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 al aire fresco que ingresa de su entorno. Esto la convierte en la región de llama más caliente donde el combustible (la mayoría de ellos a base de carbono) se quema por completo, produciendo así 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 la combustión incompleta de los combustibles y a la formación de partículas de carbono no quemadas, llamadas “hollín”, junto con dióxido de carbono y agua. Estas partículas de hollín luego se activan con el fuego y le dan 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. Los equipos como los mecheros Bunsen y los sopletes de soldadura producen llamas casi completamente azules al regular 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 flujo lento 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 presentan una llama brillante, debido a la falta de calor que irradian especies químicas ionizadas emisoras de luz 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 la nave espacial, pero es todo lo contrario. El fuego en la Tierra es un proceso rápido que requiere un flujo constante y rápido de oxígeno para continuar ardiendo. Esto hace que sea más fácil empezar y más fácil detenerse. Corte el suministro de oxígeno por un tiempo y el fuego se apagará. Sin embargo, ese no es el caso con las llamas frías. En presencia de combustible, estas llamas pueden sostenerse por 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 hará que los viajes espaciales sean más seguros, sino que también podría ayudarnos a desarrollar motores de combustión interna sin hollín altamente eficientes.