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Llama ardiente bajo el agua

¿Cómo es posible que una vela encendida continúe ardiendo, a pesar de tener la llama bajo el agua? Descúbrelo en este experimento científico, fácil de realizar y con el que podrás sorprender a cualquiera. Para este experimento necesitaremos: una vela, un mechero, un cuenco y agua.

Después de hacer este interesante experimento te preguntarás cosas como: ¿cómo se produce el fuego?, ¿cuál es la relación entre agua y fuego? Para entenderlo, no dudes en realizar el experimento y leer el artículo donde te explicamos el interesante principio del tetraedro del fuego.

Materiales

  • Cuenco
  • Agua
  • Vela
  • Mechero

Cómo realizar este experimento

  • Encendemos la vela y usamos la cera que gotea para pegarla en el fondo del cuenco.
  • Añadimos agua hasta que llegue al borde de la vela
  • Encendemos la vela, esperamos, y… ¡no se apaga!

Explicación del experimento

¿Por qué sucede esto? A medida que la vela continúa ardiendo, parte de la cera que rodea la mecha no se derrite, dejando una fina pared de protección alrededor de esta. Esta pared permite que la vela continúe ardiendo a pesar de que la llama está por debajo del nivel del agua. Así el agua absorbe el calor de la llama, por lo que la cera permanece sólida en lugar de derretirse. Al final, conforme la llama quema más cera, la pared que actúa como presa comienza a romperse. Así el agua entra por arriba y apaga la llama.

¿Cómo se produce el fuego?

El fuego produce por la combinación de tres elementos. El fuego es una reacción química llamada combustión que se produce cuando se combinan estos tres elementos: combustible, comburente (un agente oxidante como el oxígeno) y energía de activación (calor).

Esta reacción química se trata de una oxidación rápida de una sustancia combustible generando calor (reacción exotérmica) y otras sustancias (gases, aerosoles líquidos como vapor de agua o sólidos como las cenizas y el hollín).

Tetraedro del fuego

El tetraedro del fuego explica cómo se produce el fuego. Este concepto explica cómo dicho fuego puede propagarse y tener continuidad. Ante la ausencia de cualquiera de los elementos del tetraedro (combustible, comburente (un agente oxidante como el oxígeno) y energía de activación (calor)), el fuego se extingue.

La reacción en cadena es el cuarto factor que permite que progrese y se mantenga la reacción una vez se ha iniciado ésta. La reacción en cadena de la combustión se da cuando el fuego desprende calor, que es transmitido al combustible realimentándolo y continuando la combustión.

Para que se produzca un incendio debe generarse suficiente calor como para vaporizar parte del combustible e inflamar el vapor que se mezcla con el oxígeno. Para que la combustión se mantenga, el propio fuego debe generar suficiente calor como para vaporizar aún más combustible y que este vuelva a mezclarse con el oxígeno y se inflame. Esto genera todavía más calor, por lo que el proceso sigue una espiral de retroalimentación.

Cada uno de los cuatro lados del tetraedro de fuego simboliza la reacción en cadena de combustible, calor, oxígeno y química. En teoría, los bomberos apagan el fuego eliminando uno o más elementos del tetraedro de fuego, que explica cómo se produce el fuego.

¿Cómo absorbe el agua el calor?

El agua puede absorber el calor de 3 formas diferentes. El agua que utilizan los bomberos tiene una temperatura máxima de unos 20 ° C. Cuando este agua se calienta, su temperatura aumenta. Para elevar la temperatura de 1 litro de agua en 1 grado Celsius,  son necesarios 4186 julios. Un solo litro de agua absorberá 335 kilojulios (kJ) de energía cuando se calienta de 20 ° C a 100 ° C.

Posteriormente, el agua absorberá el calor de una segunda forma. El agua a una temperatura de 100° C se transformará en vapor de 100 ° C. Esta transición requiere mucha más energía que el calentamiento de 20 ° C a 100 ° C. La transición de agua a vapor requerirá 2.260 kJ de energía por cada litro que se evapora. Esto significa que la evaporación requiere aproximadamente 7 veces más energía que calentar de 20 ° C a 100 ° C.

El agua procederá a absorber el calor de una tercera manera. Una vez que el vapor ha sido formado a 100 ° C, absorberá el calor de los gases de humo en contacto con él. Cuando la temperatura del humo es superior a 100 ° C, el calor se transferirá del humo al vapor hasta lograr un equilibrio de temperatura. Supongamos que la temperatura final del vapor es de 300 ° C, esto significa que el vapor se habrá calentado hasta 200 ° C (300 ° C – 100° C) después de la formación. La cantidad media de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de vapor, formado por un solo litro de agua, por un grado Celsius es 2.080 J. Un solo litro del agua transformada en vapor absorberá 416 kJ de energía.