12. Estudio técnico-económico de viabilidad de utilización del ...
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5.22 5.8. DETONACIÓN En la sección anterior se describe, como al encender una mejs ola combustible contenida en un tubo, ee produoe una deflagración que se propaga por éste a una velocidad aproximadamente constante. Sin embargo, en tubos suficientemente largos, la onda de deflagración, una vez recorrida una distancia del orden de 10 diámetros, empieza a acelerarse ráp,i damente y después de un periodo no-estacionario, origina una onda plana de combustión que recorre el resto de la mezcla a una velocidad constante elevada {/u 3000 m/seg). Esta onda es una detonación, que se propaga a velocidad supersónica correspondiente al punto de Chapman-Jouguet superior' 21) f y con un salto grande de presiones a través de la misma. Tam bien se puede iniciar una detonación encendiendo una mezcla combustible con una fuente de ignición de alta energía, o mediante una onda de choque. la estructura de las detonaciones, ha sido objeto de conside_ rabies estudios teóricos y experimentales^2''. Una interpretación adecúa da de dicha estructura ha sido postulada por Zeldoviclr 28 ', Von Neumann' 2^/ y Doring*-^' (la estructura ZND) que aproximan la detonación por una onda de choque seguida por una deflagración, La onda de choque calienta los reactantes a una temperatura suficientemente alta para que reacciones .a una velocidad tal que la deflagración se propague a igual velocidad que la onda de choque, y la energía liberada en la reacción proporciona la energía neoesaria para el mantenimiento de la onda de choque. La estructura de las detonaciones en mezclas hidrógeno- oxigeno ha sido estudiada experimentalmente mediante el tubo de ohoque' 10 ) y utilizando el método
5.23 de la detonación en reposo^ \ que consiste en una tobera convergente - divergente, cuyas condiciones se ajustan de modo que se produeoa una on da de choque normal aguas abajo de la salida de la tobera* (21) Se puede demostrar v , que la velocidad de propagación de - una detonaoión en un tubo coincide con la de Chapman-Jouguet, pues otras velocidades de propagación son inestables. Sin embargo, se ha observado experimentalmente que la velocidad real de detonaoión es ligeramente inferior a la de Chapman-Jouguet, siendo la diferencia inversamente proporcional al diámetro del tubo e inversamente proporcional a la presión inicial. Esta diferencia ha sido explicada cualitativamente por Fay^ ', al considerar el efecto en la zona de reacción del desplazamiento producido por el crecimiento de la capa limite visoosa. En la figura 5»10 se muestran velocidades de detonación de mezclas hidrógeno - oxigeno obtenidos experiment aumente por Bollinger w -". La transición de una deflagración a una detonación es un pro ceso muy complejo en el que interviene la generación de llamas laminares, aceleración de estas llamas por los gases que se expanden detrás de la qn da, formación de ondas de Mach, interacción de éstas hasta formar ondas de choque, y generación de turbulencia en la zona de reacción, por lo que el mecanismo de transición no está aún suficientemente aclarado. Sin embargo, y debido a su interés, se han realizado diversos experimentos para medir la distancia de induoción y se han propuesto varias teorías para explicar dichos resultados^34,35^ Análogamente a la existencia de los limites de inflamabilidad,
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<strong>de</strong> la <strong>de</strong>tonación en reposo^ \ que consiste en una tobera convergente -<br />
divergente, cuyas condiciones se ajustan <strong>de</strong> modo que se produeoa una on<br />
da <strong>de</strong> choque normal aguas abajo <strong>de</strong> la salida <strong>de</strong> la tobera*<br />
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Se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>mostrar v , que la velocidad <strong>de</strong> propagación <strong>de</strong> -<br />
una <strong>de</strong>tonaoión en un tubo coinci<strong>de</strong> con la <strong>de</strong> Chapman-Jouguet, pues otras<br />
velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> propagación son inestables. Sin embargo, se ha observado<br />
experimentalmente que la velocidad real <strong>de</strong> <strong>de</strong>tonaoión es ligeramente inferior<br />
a la <strong>de</strong> Chapman-Jouguet, siendo la diferencia inversamente proporcional<br />
al diámetro <strong>de</strong>l tubo e inversamente proporcional a la presión<br />
inicial. Esta diferencia ha sido explicada cualitativamente por Fay^<br />
',<br />
al consi<strong>de</strong>rar el efecto en la zona <strong>de</strong> reacción <strong>de</strong>l <strong>de</strong>splazamiento producido<br />
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experiment aumente por Bollinger w -".<br />
La transición <strong>de</strong> una <strong>de</strong>flagración a una <strong>de</strong>tonación es un pro<br />
ceso muy complejo en el que interviene la generación <strong>de</strong> llamas laminares,<br />
aceleración <strong>de</strong> estas llamas por los gases que se expan<strong>de</strong>n <strong>de</strong>trás <strong>de</strong> la qn<br />
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<strong>de</strong> choque, y generación <strong>de</strong> turbulencia en la zona <strong>de</strong> reacción, por lo que<br />
el mecanismo <strong>de</strong> transición no está aún suficientemente aclarado. Sin embargo,<br />
y <strong>de</strong>bido a su interés, se han realizado diversos experimentos para<br />
medir la distancia <strong>de</strong> induoción y se han propuesto varias teorías para<br />
explicar dichos resultados^34,35^<br />
Análogamente a la existencia <strong>de</strong> los limites <strong>de</strong> inflamabilidad,