Quemación rápida

La deflagración (del latín: de + flagrare , 'quemarse') 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 en explosivos de alta y baja potencia o mezclas de combustible y oxidante pueden transformarse en una detonación dependiendo del confinamiento y otros factores. ^{[ 3 ] [ 4 ]} La mayoría de los incendios que se encuentran en la vida cotidiana son llamas de difusión . Las deflagraciones con velocidades de llama en el rango de 1 m/s difieren de las detonaciones que se propagan supersónicamente con velocidades de detonación en el rango de km/s. ^{[ 5 ]} 

Las deflagraciones se utilizan con frecuencia en aplicaciones de ingeniería, donde la fuerza del gas en expansión se emplea para impulsar objetos como proyectiles a través de un cañón o pistones en motores de combustión interna . Los sistemas y productos de deflagración también pueden utilizarse en minería, demolición y extracción de piedra mediante voladuras a presión de gas, como una alternativa ventajosa a los explosivos de alta potencia.

Al estudiar o debatir sobre la seguridad de los explosivos o de los sistemas que los contienen, es fundamental comprender y utilizar adecuadamente los términos deflagración, detonación y transición de deflagración a detonación (conocida comúnmente como DDT) para transmitir la información pertinente. Como se explicó anteriormente, una deflagración es una reacción subsónica, mientras que una detonación es una reacción supersónica (con una velocidad superior a la del sonido del material ). Para un observador casual, distinguir entre una deflagración y una detonación puede resultar difícil o incluso imposible. Para diferenciarlas con certeza, se 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 lo contiene, suele ser imposible saber si el explosivo deflagró o detonó, ya que ambas reacciones pueden ser muy violentas y energéticas. Por lo tanto, la comunidad de materiales energéticos acuñó el término "reacción violenta de alta explosión" o "HEVR" para describir una reacción violenta que, debido a la falta de diagnósticos para medir la velocidad del sonido, podría haber sido una deflagración o una detonación. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

La física subyacente de la llama se puede comprender con la ayuda de un modelo idealizado que consiste en un tubo unidimensional uniforme de combustible gaseoso sin quemar y quemado, separado por una delgada región de transición de ancho${\displaystyle \delta \;}$en la que se produce la combustión. La región de combustión se conoce comúnmente como 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 ]}

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

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

dónde${\displaystyle \kappa \;}$es la difusividad térmica . La segunda es la escala de tiempo de combustión.${\displaystyle \tau _{b}}$que disminuye fuertemente con la temperatura, típicamente como

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

dónde${\displaystyle \Delta U\;}$es la barrera de activación para la reacción de combustión y${\displaystyle T_{f}\;}$es la temperatura que se desarrolla como resultado de la combustión; el valor de esta llamada "temperatura de llama" se puede determinar a partir de las leyes de la termodinámica.

Para un frente de deflagración estacionario en movimiento ^{(no claro)} , estas dos escalas de tiempo deben ser iguales: el calor generado por la combustión es igual al calor transportado por transferencia de calor . Esto permite calcular el ancho característico.${\displaystyle \delta \;}$del frente de llama:

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

de este modo

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

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

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

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

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

En las deflagraciones al aire libre, existe una variación continua en los efectos de la deflagración en relación con la velocidad máxima de la llama. Cuando las velocidades de la llama 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 presenta en forma de presión, y la alta presión resultante puede dañar equipos y edificios. ^{[ 13 ]}

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