Chama fria

Uma chama fria é uma chama com temperatura máxima abaixo de cerca de 400 °C (752 °F<). Geralmente, é produzida em uma reação química de uma certa mistura combustível-ar. Ao contrário da chama convencional, a reação não é vigorosa e libera muito pouco calor, luz e dióxido de carbono. Os incêndios frios são difíceis de observar e são incomuns na vida cotidiana, mas são responsáveis ​​pela detonação do motor — a combustão indesejável, errática e ruidosa de combustíveis de baixa octanagem em motores de combustão interna.

História

Chamas frias foram descobertas acidentalmente na década de 1810 por Sir Humphry Davy, que estava inserindo um fio de platina quente em uma mistura de ar e vapor de éter dietílico.

“Quando o experimento de combustão lenta do éter é feito no escuro, uma luz fosforescente pálida é percebida acima do fio, que é mais distinta quando o fio deixa de ser aceso. Essa aparência está ligada à formação de uma substância volátil acre com propriedades ácidas".

Depois de perceber que certos tipos de chamas não queimavam seus dedos ou acendiam um fósforo, ele também descobriu que essas chamas incomuns podiam se transformar em convencionais e que, em certas composições e temperaturas, não exigiam uma fonte de ignição externa, como uma faísca. ou material quente.

Harry Julius Emeléus foi o primeiro a registrar seus espectros de emissão e, em 1929, cunhou o termo "chama fria".

Parâmetros

A chama fria pode ocorrer em hidrocarbonetos, álcoois, aldeídos, óleos, ácidos, ceras e até metano. A temperatura mais baixa de uma chama fria é mal definida e é convencionalmente definida como a temperatura na qual a chama pode ser detectada a olho nu em uma sala escura (chamas frias dificilmente são visíveis à luz do dia). Esta temperatura depende ligeiramente da razão combustível/oxigênio e depende fortemente da pressão do gás — há um limite abaixo do qual a chama fria não é formada. Um exemplo específico é 50% n-butano–50% oxigênio (em volume) que tem uma temperatura de chama fria (TCF) de cerca de 300 °C a 165 mmHg (22 kPa). Uma das mais baixas TCFs (156 °C) registradas foi a mistura de C₂H₅₀C₂H₅ + O₂ + N₂ a 300 mmHg (40 kPa). O TCF é significativamente mais baixo do que a temperatura de autoignição (TAI) da chama convencional (ver tabela).

Os espectros de chamas frias consistem em várias faixas e são dominados pelas azuis e violetas — portanto, a chama geralmente aparece em azul claro. O componente azul se origina do estado excitado do formaldeído (CH₂O*), que é formado por meio de reações químicas na chama:

CH₃O• + •OH → CH₂O* + H₂O

CH₃O• + CH_nO• → CH₂O* + CH_nOH

Uma chama fria não começa instantaneamente após a pressão e temperatura limiar serem aplicadas, mas tem um tempo de indução. O tempo de indução diminui e a intensidade do brilho aumenta com o aumento da pressão. Com o aumento da temperatura, a intensidade pode diminuir devido ao desaparecimento dos radicais peroxi necessários para as reações de brilho acima.

Chamas frias estáveis ​​e auto-sustentadas foram estabelecidas pela adição de ozônio na corrente do oxidante.

Mecanismo

Enquanto em uma chama comum as moléculas se quebram em pequenos fragmentos e se combinam com o oxigênio, produzindo dióxido de carbono (isto é, queimar), em uma chama fria, os fragmentos são relativamente grandes e facilmente se recombinam uns com os outros. Portanto, muito menos calor, luz e dióxido de carbono são liberados; o processo de combustão é oscilatório e pode durar muito tempo. Um aumento típico de temperatura após a ignição de uma chama fria é de algumas dezenas de graus Celsius, ao passo que é da ordem de 1000 °C para uma chama convencional.

A maioria dos dados experimentais pode ser explicada pelo modelo que considera a chama fria apenas como uma reação química lenta onde a taxa de geração de calor é maior do que a perda de calor. Este modelo também explica o caráter oscilatório da chama fria: a reação acelera à medida que produz mais calor até que a perda de calor se torne apreciável e extingue temporariamente o processo.

Bibliografia

• Peter Gray; Stephen K. Scott (1994). Chemical oscillations and instabilities: non-linear chemical kinetics. [S.l.]: Oxford University Press. pp. 429 ff. ISBN 0-19-855864-3