Combustión
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Combustión
La combustión es una reacción de oxidación química que implica el desarrollo de luz y calor. Hay tres elementos necesarios para la combustión:
- una (o más) sustancia combustible
- una (o más) sustancia oxidante
- una fuente de ignición
El conjunto de estos tres componentes constituye el llamado triángulo de fuego. Si solo falta uno de estos elementos, la combustión eso no pasa. En algunos casos, para los combustibles sólidos, la fuente de ignición también puede estar ausente si se excede una determinada temperatura, lo que se denomina temperatura de autoignición, o autoignición: en este caso, sin embargo, es precisamente el gradiente térmico el que actúa como disparador. Durante la combustión, las moléculas de oxígeno se combinan con los átomos de una sustancia combustible, típicamente con carbono e hidrógeno, desarrollando compuestos llamados productos de combustión como gases combustibles, gases no combustibles, partículas sólidas (hollín) y residuos de carbono (carbón). Son necesarias algunas aclaraciones:
- solo pueden quemar materiales en fase gaseosa: para sólidos o líquidos es necesario un paso previo en fase vapor
- una mezcla gaseosa solo puede arder si la concentración de gas combustible se encuentra dentro del llamado rango de inflamabilidad. Fuera de este rango, la combustión no puede mantenerse, ya sea por falta de combustible (por debajo del límite inferior de inflamabilidad) o por falta de comburente (por encima del límite superior)
- existen dos temperaturas significativas para la combustión: la primera se llama punto de inflamación y corresponde a la temperatura mínima en la que un sólido desarrolla una cantidad de gas que forma una mezcla inflamable con el aire; en presencia de ignición, esta mezcla da lugar a la combustión. La segunda se define como temperatura de autoignición o ignición o autoignición y es aquella más allá de la cual comienza la combustión incluso sin ignición.
Mecanismos de inhibición de la llama
La combustión, repetida varias veces, implica dos fases:
- la fase gaseosa, en la que tienen lugar las reacciones radicales de la llama
- la fase sólida, que al descomponerse proporciona combustible
Por tanto, está claro que la inhibición de la llama se puede obtener actuando sobre estas fases, tanto individual como simultáneamente sobre ambas.
Inhibición en fase condensada. El mecanismo de inhibición de la llama consiste en reducir la cantidad de gas combustible que se desarrolla a partir del sustrato del polímero en descomposición (por lo que también se reduce ΔH2). La acción ignífuga de un retardador que actúa en la fase condensada se expresa principalmente en favorecer la formación de carbonilla. Cubre el material subyacente, limitando su degradación y por tanto el desarrollo de gas y al mismo tiempo dificulta la difusión de estos gases hacia la llama y del comburente hacia el corazón del material. Por tanto, deducimos que las características del carbón son importantes, en primer lugar la adherencia al sustrato: si no es adherente, de hecho, tiende a desprenderse, exponiendo una superficie que paulatinamente siempre es nueva a la llama. Además, un carbón compacto es aún más eficiente que uno poroso y este último es mejor si está expandido (sistema intumescente) y con celdas cerradas en lugar de celdas abiertas para mejorar las propiedades de aislamiento térmico. Finalmente, hay que decir que los retardadores de llama que desempeñan su papel en la fase condensada, para asegurar una cierta eficacia, deben estar presentes en grandes cantidades en el polímero y esto es obviamente una desventaja.
Inhibición en fase gaseosa. En este caso, la inhibición no actúa sobre la pirólisis del sustrato, sino directamente sobre la llama: en este caso H2 permanece constante mientras que en cambio ΔH1 cae; reducir la cantidad de calor liberado, por lo tanto, ralentiza la descomposición del sustrato. Las reacciones subyacentes a la propagación de la llama son reacciones radicales en fase gaseosa: por tanto, es necesario, para que un retardante sea eficaz, que pueda pasar a la fase gaseosa y que una vez que llegue a la llama se disocie para dar radicales a temperaturas no demasiado elevadas. ni alto ni demasiado bajo. Por último, cabe destacar que habitualmente los retardantes que actúan en fase sólida, además de formar un char, se descomponen liberando vapores como el vapor de agua, que diluyen los gases producidos por la degradación del polímero, actuando así de esta forma también en fase gas.