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Historia

CIENCIA DE LAS VELAS

Hay mucha química y física detrás de la belleza y la luz de una llama de vela. De hecho, los científicos han estado fascinados por las velas durante cientos de años.

En 1860, Michael Faraday dio su ya famosa serie de conferencias sobre la Historia Química de una Vela, demostrando docenas de principios científicos a través de sus cuidadosas observaciones de una vela encendida.

A finales de la década de 1990, la NASA llevó la investigación de velas a nuevas alturas, llevando a cabo experimentos con transbordadores espaciales para aprender sobre el comportamiento de las llamas de las velas en microgravedad.

Científicos de universidades y laboratorios de investigación de todo el mundo continúan realizando experimentos con velas para aprender más sobre las llamas de las velas, las emisiones y la combustión.

Y, por supuesto, miles de estudiantes investigan cada año los principios del calor, la luz y la combustión a través de proyectos de ciencias escolares que incluyen velas.

¿CÓMO ARDEN LAS VELAS?

Todas las ceras son esencialmente hidrocarburos, lo que significa que están compuestas principalmente de átomos de hidrógeno (H) y carbono (C).

Cuando usted enciende una vela, el calor de la llama derrite la cera cerca de la mecha. Esta cera líquida se extrae de la mecha por capilaridad.

El calor de la llama vaporiza la cera líquida (la convierte en un gas caliente) y comienza a descomponer los hidrocarburos en moléculas de hidrógeno y carbono. Estas moléculas vaporizadas son arrastradas a la llama, donde reaccionan con el oxígeno del aire para crear calor, luz, vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2).

Aproximadamente una cuarta parte de la energía creada por la combustión de una vela se emite a medida que el calor irradia desde la llama en todas las direcciones.

Se crea suficiente calor para irradiar de nuevo y derretir más cera para mantener el proceso de combustión hasta que se agote el combustible o se elimine el calor.

Toma unos minutos cuando usted enciende una vela por primera vez para que este proceso de combustión se estabilice. La llama puede parpadear o humear un poco al principio, pero una vez que el proceso se estabiliza, la llama arderá limpia y constantemente en forma de lágrima silenciosa, emitiendo dióxido de carbono y vapor de agua.

Una llama de vela que se quema silenciosamente es una máquina de combustión muy eficiente. Pero si la llama recibe muy poco o demasiado aire o combustible, puede parpadear o estallar y las partículas de carbono no quemadas (hollín) escaparán de la llama antes de que se puedan quemar por completo.

La brizna de humo que a veces se ve cuando una vela parpadea es en realidad causada por partículas de hollín no quemadas que han escapado de la llama debido a la combustión incompleta.

LOS COLORES DE UNA LLAMA DE VELA

Si miras de cerca la llama de una vela, verás un área azul en la base de la llama. Arriba hay una pequeña sección de color marrón anaranjado oscuro, y arriba está la gran región amarilla que asociamos con las llamas de las velas.

La zona azul rica en oxígeno es donde las moléculas de hidrocarburos se vaporizan y comienzan a separarse en átomos de hidrógeno y carbono. El hidrógeno es el primero en separarse aquí y reacciona con el oxígeno para formar vapor de agua. Parte del carbono se quema aquí para formar dióxido de carbono.

La región oscura o naranja/marrón tiene relativamente poco oxígeno. Aquí es donde las diversas formas de carbono continúan descomponiéndose y comienzan a formarse pequeñas partículas de carbono endurecido.

A medida que se elevan, junto con el vapor de agua y el dióxido de carbono creado en la zona azul, se calientan a aproximadamente 1000 grados centígrados.

En la parte inferior de la zona amarilla, la formación de partículas de carbono (hollín) aumenta. A medida que se elevan, continúan calentándose hasta que se encienden hasta la incandescencia y emiten todo el espectro de luz visible. Debido a que la porción amarilla del espectro es la más dominante cuando el carbono se enciende, el ojo humano percibe la llama como amarillenta. Cuando las partículas de hollín se oxidan cerca de la parte superior de la región amarilla de la llama, la temperatura es de aproximadamente 1200o C.

La cuarta zona de la vela (a veces llamada el velo) es el borde exterior azul tenue que se extiende desde la zona azul en la base de la llama hasta los lados del cono de la llama. Es azul porque se encuentra directamente con el oxígeno del aire, y es la parte más caliente de la llama, alcanzando típicamente 1400o C (2552o F).

¿POR QUÉ LA LLAMA DE UNA VELA SIEMPRE APUNTA HACIA ARRIBA?

Cuando una vela arde, la llama calienta el aire cercano y comienza a elevarse. A medida que este aire caliente se mueve hacia arriba, el aire más frío y el oxígeno se precipitan en la parte inferior de la llama para reemplazarlo.

Cuando ese aire más frío se calienta, también se eleva y es reemplazado por aire más frío en la base de la llama.

Esto crea un ciclo continuo de aire en movimiento ascendente alrededor de la llama (una corriente de convección), que le da a la llama su forma alargada o en forma de lágrima.

Debido a que “arriba” y “abajo” son una función de la gravedad de la tierra, los científicos se preguntaron cómo se vería una llama de vela en el espacio exterior, donde la atracción de la gravedad es mínima y realmente no hay una subida o bajada.

A finales de la década de 1990, los científicos de la NASA realizaron varios experimentos con transbordadores espaciales para ver cómo se comportaban las llamas de las velas en microgravedad. Como pueden ver en las fotos de la NASA abajo, una llama de vela en la microgravedad es esférica en lugar de su forma alargada en la Tierra. Sin gravedad, no hay dirección “hacia arriba” para que el aire caliente suba y cree una corriente de convección.