Temperatura de llama adiabática

En el estudio de la combustión , existen dos tipos de temperatura de llama adiabática en función de cómo se complete el proceso: el volumen constante y la presión constante.

La temperatura de la llama adiabática de volumen constante es la temperatura que resulta de un proceso de combustión completo que ocurre sin ningún trabajo , transferencia de calor o cambios en la energía cinética o potencial . Su temperatura es más alta que la del proceso de presión constante porque no se utiliza energía para cambiar el volumen del sistema (es decir, generar trabajo).

En la vida diaria, la gran mayoría de las llamas que uno encuentra son las causadas por la rápida oxidación de hidrocarburos en materiales como madera , cera , grasa , plásticos , propano y gasolina . La temperatura de la llama adiabática a presión constante de tales sustancias en el aire está en un rango relativamente estrecho alrededor de 1950 ° C. Esto se debe a que, en términos de estequiometría , la combustión de un compuesto orgánico con n  carbonos implica romper aproximadamente 2 n  enlaces C-H, n enlaces  C-C y 1,5 n  O ₂se une para formar aproximadamente n moléculas de  CO ₂ y n moléculas de  H ₂ O.

Debido a que la mayoría de los procesos de combustión que ocurren naturalmente ocurren al aire libre, no hay nada que limite el gas a un volumen particular como el cilindro de un motor. Como resultado, estas sustancias arderán a una presión constante permitiendo que el gas se expanda durante el proceso.

Suponiendo las condiciones atmosféricas iniciales (1  bar y 20 ° C), la siguiente tabla ^[1] enumera la temperatura de la llama para varios combustibles en condiciones de presión constante. Las temperaturas mencionadas aquí son para una mezcla estequiométrica de combustible-oxidante (es decir , relación de equivalencia φ  = 1).

Tenga en cuenta que estas son temperaturas de llama teóricas, no reales, producidas por una llama que no pierde calor. Lo más cercano será la parte más caliente de una llama, donde la reacción de combustión es más eficiente. Esto también supone una combustión completa (por ejemplo, una llama perfectamente equilibrada, sin humo, generalmente azulada).

Propano

Octano

Primera ley de la termodinámica para un sistema de reacción cerrado

Diagrama de entalpía versus temperatura que ilustra el cálculo del sistema cerrado

Temperaturas y presiones de la llama adiabática en función de la relación de aire a isooctano . Una relación de 1 corresponde a la relación estequiométrica

Temperatura de llama de volumen constante de varios combustibles, con aire

Temperatura de llama a presión constante de varios combustibles, con aire

Temperatura y presión de llama de nitrometano versus isooctano

Efectos de la disociación sobre la temperatura de la llama adiabática