Quemación rápida

Combustión que conduce a una explosión.

Deflagraciones pirotécnicas

La deflagración (lat. de + flagrare , 'quemar') es una combustión subsónica en la que una llama premezclada se propaga a través de un explosivo o una mezcla de combustible y oxidante. ^{[1] [2] Las deflagraciones con} explosivos altos y bajos o mezclas de combustible y oxidantes pueden pasar a una detonación dependiendo del confinamiento y otros factores. ^{[3] [4]} La mayoría de los incendios que se encuentran en la vida diaria son llamas de difusión . Las deflagraciones con velocidades de llama del orden de 1 m/s se diferencian de las detonaciones que se propagan supersónicamente con velocidades de detonación del orden de km/s. ^[5]

Aplicaciones

Las deflagraciones se utilizan a menudo en aplicaciones de ingeniería cuando la fuerza del gas en expansión se utiliza para mover un objeto como un proyectil por un cañón o un pistón en un motor de combustión interna . Los sistemas y productos de deflagración también se pueden utilizar en minería, demolición y extracción de piedra mediante voladuras a presión de gas como una alternativa beneficiosa a los explosivos potentes.

Terminología de seguridad explosiva.

Al estudiar o discutir la seguridad de los explosivos, o la seguridad de los sistemas que contienen explosivos, los términos deflagración, detonación y transición de deflagración a detonación (comúnmente conocida como DDT) deben entenderse y usarse apropiadamente para transmitir información relevante. Como se explicó anteriormente, una deflagración es una reacción subsónica, mientras que una detonación es una reacción supersónica (mayor que la velocidad del sonido del material). Distinguir entre una deflagración y una detonación puede resultar difícil o imposible para el observador casual. Más bien, diferenciar con confianza entre los dos requiere instrumentación y diagnóstico para determinar la velocidad de reacción en el material afectado. Por lo tanto, cuando ocurre un evento inesperado o un accidente con un material explosivo o un sistema que contiene explosivos, generalmente es imposible saber si el explosivo deflagra o detona, ya que ambos pueden aparecer como reacciones enérgicas y muy violentas. Por lo tanto, la comunidad de materiales energéticos acuñó el término "reacción violenta de alto explosivo" o "HEVR" para describir una reacción violenta que, debido a que carecía de diagnósticos para medir la velocidad del sonido, podría haber sido una deflagración o una detonación. ^{[6] [7]}

Física de la llama

La física subyacente de la llama se puede entender con la ayuda de un modelo idealizado que consiste en un tubo unidimensional uniforme de combustible gaseoso no quemado y quemado, separados por una delgada región de transición de ancho en la que se produce la combustión. La región en llamas se denomina comúnmente llama o frente de llama . En equilibrio, la difusión térmica a través del frente de llama se equilibra con el calor suministrado por la combustión. ^{[8] [9] [10] [11]} ${\displaystyle \delta \;}$

Aquí son importantes dos calendarios característicos. La primera es la escala de tiempo de difusión térmica , que es aproximadamente igual a ${\displaystyle \tau _{d}\;}$

${\displaystyle \tau _{d}\simeq \delta ^{2}/\kappa }$,

¿Dónde está la difusividad térmica ? La segunda es la escala de tiempo de combustión que disminuye fuertemente con la temperatura, típicamente a medida que ${\displaystyle \kappa \;}$ ${\displaystyle \tau _{b}}$

${\displaystyle \tau _{b}\propto \exp[\Delta U/(k_{B}T_{f})]}$,

¿Dónde está la barrera de activación para la reacción de combustión y es la temperatura desarrollada como resultado de la combustión? El valor de la llamada "temperatura de la llama" se puede determinar a partir de las leyes de la termodinámica. ${\displaystyle \Delta U\;}$ ${\displaystyle T_{f}\;}$

Para un frente de deflagración en movimiento estacionario, estas dos escalas de tiempo deben ser iguales: el calor generado por la quema es igual al calor transportado por la transferencia de calor . Esto permite calcular la anchura característica del frente de llama: ${\displaystyle \delta \;}$

${\displaystyle \tau _{b}=\tau _{d}\;}$,

de este modo

${\displaystyle \delta \simeq {\sqrt {\kappa \tau _{b}}}}$.

Ahora, el frente térmico de la llama se propaga a una velocidad característica , que es simplemente igual al ancho de la llama dividido por el tiempo de combustión: ${\displaystyle S_{l}\;}$

${\displaystyle S_{l}\simeq \delta /\tau _{b}\simeq {\sqrt {\kappa /\tau _{b}}}}$.

Este modelo simplificado desprecia el cambio de temperatura y, por tanto, la tasa de combustión a lo largo del frente de deflagración. Este modelo también ignora la posible influencia de la turbulencia . Como resultado, esta derivación proporciona sólo la velocidad laminar de la llama , de ahí la designación . ${\displaystyle S_{l}\;}$

Eventos dañinos

Una deflagración a gran escala y de corta duración puede causar daños a edificios, equipos y personas. El daño potencial es principalmente una función de la cantidad total de combustible quemado en el evento (energía total disponible), la velocidad de reacción máxima que se logra y la manera en que se contiene la expansión de los gases de combustión. Las deflagraciones ventiladas tienden a ser menos violentas o dañinas que las deflagraciones contenidas. ^[12]

En las deflagraciones al aire libre, hay una variación continua en los efectos de la deflagración en relación con la velocidad máxima de la llama. Cuando las velocidades de las llamas son bajas, el efecto de una deflagración es liberar calor, como en un incendio repentino . A velocidades de llama cercanas a la velocidad del sonido , la energía liberada se encuentra en forma de presión, y la alta presión resultante puede dañar equipos y edificios. ^[13]

Ver también

• Conflagración
• Transición de deflagración a detonación
• Acumulación de presión

Referencias

1. O'Conner, Brian (27 de marzo de 2023). "Explosiones, Deflagraciones y Detonaciones". Asociación Nacional de Protección contra el Fuego . Archivado desde el original el 28 de marzo de 2023 . Consultado el 31 de mayo de 2023 .
2. Manual de ingeniería de protección contra incendios (5 ed.). Sociedad de Ingenieros de Protección contra Incendios. 2016. pág. 373.
3. McDonough, Gordon (1 de abril de 2017). "¿Qué es un alto explosivo?". Museo de Ciencias de Bradbury, Laboratorio Nacional de Los Álamos . Archivado desde el original el 2 de mayo de 2017 . Consultado el 31 de mayo de 2023 .
4. Rosas, Camilo; Davis, Scott; Engel, Derek; Middha, Prankul; van Wingerden, Kees; Mannan, MS (julio de 2014). "Transiciones de deflagración a detonación (DDT): predicción de DDT en explosiones de hidrocarburos". Revista de prevención de pérdidas en las industrias de procesos . 30 : 263–274. doi : 10.1016/j.jlp.2014.03.003 . Consultado el 31 de mayo de 2023 .
5. Manual de ingeniería de protección contra incendios (5 ed.). Sociedad de Ingenieros de Protección contra Incendios. 2016. pág. 390.
6. Escuderos, Jess (22 de enero de 2023). "Reacción violenta altamente explosiva (HEVR): directivas, directrices y delegaciones del DOE". www.directives.doe.gov . Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2022 . Consultado el 8 de junio de 2023 .
7. "¿Cuál es la diferencia entre una explosión y una detonación?". www.lanl.gov . Consultado el 8 de junio de 2023 .
8. Williams, FA (2018). Teoría de la combustión. Prensa CRC.
9. Landau, LD (1959). EM Lifshitz, Mecánica de fluidos. Curso de Física Teórica, 6.
10. Linan, A. y Williams, FA (1993). Aspectos fundamentales de la combustión.
11. Zeldovich, IA, Barenblatt, GI, Librovich, VB y Makhviladze, GM (1985). Teoría matemática de la combustión y las explosiones.
12. Tarver, CM; Chidester, SK (9 de febrero de 2004). "Sobre la violencia de las reacciones altamente explosivas". OSTI  15013892. {{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )
13. Norma NFPA 68 sobre protección contra explosiones mediante ventilación por deflagración. Asociación Nacional de Protección contra el Fuego. 2018. pág. 5.