Hola y bienvenidos a este artículo donde discutiré un concepto crucial en el campo de la ciencia de la combustión, "Autoignición".
En este artículo, cubriré varios aspectos de la autoignición, incluida la definición, la temperatura de autoignición de diferentes sustancias como papel, diesel, etanol, hidrógeno, avgas y más.
También discutiré la diferencia entre el punto de inflamación, el punto de combustión y la temperatura de autoignición, y cómo la presión afecta la temperatura de autoignición.
Al final de este artículo, tendrá una comprensión completa de la autoignición y sus implicaciones. ¡Entonces empecemos!
¿Qué es el Autoencendido?
La definición formal es:
Encendido espontáneo de parte o la totalidad de la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión de un motor de combustión interna. También conocida como combustión espontánea.
La autoignición es cuando una sustancia comienza a arder por sí sola, sin la ayuda de una fuente externa. El calor dentro de la sustancia hace que se incendie por sí sola.
¿Qué es la temperatura de autoignición?
La temperatura de autoignición es la temperatura más baja a la que una sustancia comenzará a arder en una atmósfera normal. Esta temperatura se ve afectada por cosas como la presión, la concentración de oxígeno y la cantidad de combustible en el aire. Es importante recordar que la temperatura a la que una sustancia comenzará a arder por sí sola depende del tipo y composición de la sustancia.
Autoencendido en Motores de Combustión Interna
Los motores de combustión interna pueden autoencenderse debido al calor de la compresión solo o cuando este calor se combina con la inyección de combustible. El autoencendido también se denomina combustión espontánea y puede ocurrir en la cámara de combustión del motor.
Cuando se trabaja con materiales inflamables, la temperatura de autoignición es un factor clave para determinar el riesgo de incendio o explosión. Se utiliza para calcular la probabilidad de que una sustancia se incendie por sí sola en una atmósfera normal, sin chispas ni llamas del exterior.
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Temperatura de autoignición de diferentes sustancias
Madera:
La temperatura a la que la madera comienza a arder por sí sola es de aproximadamente 482 °F (250 °C). A 700 °F (371 °C), puede incendiarse de inmediato, pero tarda unos minutos entre 450 °F (232 °C) y 500 °F (260 °C).
Con el flujo de calor mínimo necesario para iniciar una llama directa, la temperatura de la superficie está entre 300 y 365 °C (572 y 689 °F).
Avgas (gasolina de aviación):
La temperatura a la que comienza a arder por sí solo es de 280 °C (536 °F). Avgas es un tipo de gasolina hecha para motores de aviones.
Tiene un punto de inflamación de -43°C (-45°F). Es como el queroseno, que también tiene una temperatura de 280 °C (536 °F) en la que puede comenzar a quemarse por sí solo.
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
Etanol:
La temperatura de autoignición del etanol es de 365 °C (689 °F), que es inferior a la del éter dietílico (160 °C o 320 °F) y superior a la de la gasolina (247-280 °C o 477-536 °F). ).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
Hidrógeno:
La temperatura a la que el hidrógeno comenzará a arder por sí solo es de 535 °C (995 °F).
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
Óxido de etileno:
La temperatura a la que el óxido de etileno empieza a arder por sí solo es de 429 °C (804,2 °F). Pero si hay óxido, podría ser tan bajo como 140°C (284°F).
A temperaturas superiores a 51,3 °F (10,7 °C), el óxido de etileno es un gas incoloro que puede incendiarse por sí solo.
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
Diesel:
Punto de autoignición: aproximadamente 210°C.
Acero:
Punto de autoignición: aproximadamente 1315°C (2399°F).
Papel:
Punto de autoignición: Aproximadamente 218 - 248°C.
Una vez que comienza un fuego de papel, el calor en el centro puede alcanzar hasta 815°C.
Otros gases:
- Metano: 580 °C
- Propano: 493 °C
- Etileno: 425 °C
- Acetileno: 305 °C
- Nafta: 290 °C
- Disulfuro de carbono: 102 °C
Cómo saber las diferencias entre autoignición, punto de inflamación y punto de incendio
En resumen, el punto de inflamación, el punto de ignición y la temperatura de autoignición están todos relacionados con cuán inflamable es una sustancia, pero cada término se refiere a un aspecto diferente de cómo actúa la sustancia cuando se expone al calor y al fuego.
Autoignición
La autoignición es la temperatura más baja a la que un material inflamable comenzará a arder por sí solo, sin una chispa u otra fuente de ignición desde el exterior.
Esto sucede cuando la temperatura del material alcanza su temperatura de autoignición, convirtiéndolo en un gas inflamable que comienza a arder por sí solo.
Punto de inflamabilidad
El punto de inflamación, por otro lado, es la temperatura más baja a la que un líquido que puede incendiarse emite suficiente vapor para incendiarse cuando entra en contacto con una fuente de ignición.
Para cada líquido inflamable, la cantidad de vapor en el aire que se necesita para mantener el fuego es diferente, y la temperatura del punto de inflamación muestra la temperatura más baja a la que un líquido inflamable se incendiará cuando esté cerca de una fuente de ignición.
Punto de inflamación frente a punto de autoignición:
El punto de inflamación y el punto de autoignición son dos formas importantes de medir la facilidad con la que una sustancia se incendia.
Ambos términos se refieren a la temperatura a la que algo puede empezar a arder, pero hablan de diferentes partes del proceso.
El punto de inflamación es la temperatura a la que una sustancia puede incendiarse desde una fuente exterior, y el punto de autoignición es la temperatura a la que se incendiará por sí sola.
Punto de fuego
El punto de ignición es la temperatura a la cual el vapor de un líquido inflamable sigue ardiendo después de haber sido incendiado.
Es más alta que la temperatura del punto de inflamación y muestra la temperatura más baja a la que una sustancia seguirá ardiendo después de haberse incendiado.
Expeltec hizo una muy buena infografía para explicar visualmente algunas diferencias:
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
Autoignición vs Otros Procesos
La combustión espontánea es diferente de la autoignición porque no necesita una fuente de energía externa para comenzar.
La temperatura de autoignición es la temperatura más baja a la que una sustancia se incendiará en una atmósfera normal sin una chispa desde el exterior.
La autoignición y la autoexposición también son procesos diferentes. La autoexposición es cuando un incendio se propaga de un piso a otro en un edificio con más de un piso, y la autoignición es la temperatura más baja a la que un material inflamable comenzará a arder por sí solo.
Medidas de resistencia del combustible a la autoignición
Clasificación de octanaje
En resumen, el octanaje es una medida de qué tan bien un combustible puede resistir la detonación y la preignición, y también muestra qué tan bien puede resistir el arranque por sí solo.
El octanaje es una forma estándar de medir qué tan duros son los combustibles como la gasolina y el diesel para comenzar a quemarse por sí solos en los motores de encendido por chispa.
Esta clasificación se basa en la presión a la que el combustible se encenderá automáticamente (comenzará a arder por sí solo) en un entorno controlado.
El índice de octano se escribe como el número de octano de investigación (RON) o el número de octano del motor (MON).
Cuanto más alto sea el octanaje, más resistente será el combustible a la autoignición y menos probable es que un motor SI golpee o haga ping durante la compresión.
Autoignición y sus características
En grados de ángulo del cigüeñal, el retardo de autoencendido es la cantidad de tiempo entre el inicio de la inyección de combustible (SOI) y el inicio de la combustión (SOC) (CAD).
También se denomina tiempo de retardo de encendido (IDT) y muestra cuánto tarda una mezcla de combustible y aire en reaccionar a una determinada temperatura y presión.
Temperatura de autoignición
El etanol puede comenzar a quemarse a una temperatura de 685 °F (363 °C). Es la temperatura a la que una mezcla de combustible y aire se encenderá por sí sola, sin ayuda de una fuente externa.
Una forma de calcular la temperatura de autoignición es medir el aumento de temperatura entre el final de la carrera de compresión y el comienzo del evento de autoignición.
Otra forma es encontrar las temperaturas de autoignición del 1-propanol y el 2-propanol.
Autoignición y Transferencia de Calor por Radiación
Esto sucede cuando un líquido inflamable se calienta por encima de su temperatura de ignición y los vapores que se liberan se encienden solos cuando se exponen a radiación como la radiación infrarroja de objetos calientes o columnas de fuego.
Hay dos tipos diferentes de encendido: encendido pilotado y encendido automático. El material inflamable necesita una fuente externa de calor, como una chispa o una llama, para iniciar una ignición pilotada.
La autoignición, por otro lado, no necesita una fuente externa de calor. En su lugar, utiliza la propia energía del material para iniciar un incendio.
Temperatura de autoignición
La temperatura de autoignición de una sustancia es la temperatura más baja a la que comienza a arder. Es la temperatura a la que algo puede comenzar a arder por sí solo.
Comprender la importancia de la temperatura de autoignición
La temperatura de autoignición es un concepto clave en la ciencia de la combustión. Significa la temperatura más baja a la que una sustancia se autoencenderá y prenderá fuego sin una chispa desde el exterior.
La temperatura a la que un material comenzará a quemarse por sí solo puede cambiar dependiendo de qué más haya en el área.
Cuando se trata de mezclas de combustible que pueden incendiarse, la temperatura de autoignición es la temperatura más baja a la que el combustible se incendiará por sí solo sin una chispa del exterior.
Comprender la temperatura de autoignición de una sustancia es importante para la seguridad contra incendios y para usar y almacenar de manera segura cosas que pueden incendiarse.
Gas Hidrógeno y Autoignición
Cuando se pone gas hidrógeno en un motor, cambia la forma en que funciona el autoencendido de una manera única. La forma en que se quema se ve afectada por el hecho de que su temperatura de autoignición y conductividad térmica son más altas que las de combustibles como el metano.
Efecto del hidrógeno en la autoignición
Cuando el hidrógeno se mezcla con otros combustibles, la temperatura más alta a la que se enciende por sí solo acelera la velocidad de combustión y aumenta la presión en el cilindro.
Pero el uso de hidrógeno también puede causar problemas como problemas de seguridad, encendido prematuro, petardeo y menos energía.
Cuando se aplican ciertas cargas a los motores con encendido por chispa, el autoencendido descontrolado puede hacer que el motor golpee.
En los motores que pueden usar combustible diesel e hidrógeno, poner hidrógeno en el colector de admisión puede hacer que el combustible diesel comience a quemarse por sí solo.
Temperatura de autoignición del aire
El aire no es inflamable, por lo que no tiene una temperatura a la que comience a arder por sí solo. Los combustibles y productos químicos como el butano, el coque, el hidrógeno y el petróleo a menudo tienen sus temperaturas de autoignición dadas.
Su temperatura de autoignición es la temperatura más baja a la que un material comienza a autocalentarse, lo que puede provocar un incendio.
Presión de autoignición
La presión a la que el hidrógeno comenzará a quemarse es de entre 3,5 y 7 Mpa (35-70 bar). La ignición espontánea es más probable cuando la presión de liberación inicial es alta y el impacto principal es fuerte.
La presión necesaria para iniciar un incendio depende de la cantidad de oxígeno y helio que haya en el aire.
Efecto de la presión sobre la autoignición
A medida que aumenta la presión, disminuye la temperatura a la que una mezcla de gases o vapores puede comenzar a arder por sí sola.
Esto se debe a que las presiones más altas aceleran la reacción, lo que reduce la temperatura a la que comienza la reacción.
Almacenamiento a bordo de hidrógeno
La mayoría de los sistemas de almacenamiento de hidrógeno a bordo funcionan a presiones de hasta 700 bar. Incluso se utilizan presiones más altas en las estaciones de servicio para este tipo de almacenamiento.
Los gases encendidos internamente pueden perder calor a través de una descarga de choque que hace que la llama se apague antes de que se incendie todo el volumen. Esto puede evitar que el gas se encienda solo.
Prueba de autoignición de petróleo crudo
Las pruebas de autoignición se realizan en el petróleo crudo para averiguar la temperatura más baja a la que se incendiará espontáneamente a temperatura ambiente normal.
La Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) ha establecido estándares para probar la capacidad de autoignición del petróleo crudo.
ASTM E659: Temperaturas a las que una sustancia comienza a arder por sí sola
ASTM E659 es la prueba estándar utilizada para ver si el petróleo crudo se incendia por sí solo. Este método de prueba muestra cómo encontrar las temperaturas de autoignición de llama caliente y llama fría de un químico líquido en aire a presión atmosférica en un recipiente calentado uniformemente.
Los resultados de esta prueba muestran cuál es la temperatura más baja a la que normalmente se incendia el petróleo crudo.
Comparación de ASTM E659 y ASTM D2155
La norma ASTM E659 es una forma más actualizada de probar la autoignición del petróleo crudo que la norma ASTM D2155. Aunque las herramientas para cada método son diferentes, los resultados son los mismos.
ASTM D93A: Determinación del punto de inflamación
ASTM D 93A es una forma de calcular el punto de inflamación del petróleo y los productos derivados del petróleo. Pero no cubre las pruebas de autoignición.
El punto de inflamación es la temperatura a la que un producto a base de petróleo emite suficiente vapor para que una pequeña llama inicie un incendio y lo mantenga encendido.
La temperatura del punto de inflamación no es la misma que la temperatura de autoignición. La temperatura de autoignición es la temperatura a la que una sustancia comenzará a arder por sí sola sin una chispa del exterior.
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