La selección de parallamas en línea adecuadas durante la etapa de desarrollo de una llama localizada debe basarse en la velocidad y presión de la llama, así como en la intensidad esperada de la llama en la tubería. a través deLos estudios de propagación de llamas en tuberías han demostrado que si la tubería es lo suficientemente larga, arde lo suficientemente rápido y tiene suficiente energía, la llama pasará por siete etapas o períodos diferentes.
Cuando la llama se propaga a lo largo de la tubería infinitamente larga, la velocidad y la presión de cada punto de la llama se muestran en la Figura 10. Cabe señalar que los picos de presión instantáneos pueden ser causados porSe muestran manómetros de respuesta rápida colocados en cada punto. A partir del punto de ignición, las distintas etapas por las que pasa la llama están marcadas de A a F.
Figura 10: La fuente de ignición está en una sección cerrada de una tubería larga, y la presión y la velocidad en cada punto del cabezal de llama son esquemáticas.
deflagración a baja presión
Mientras la presión del cabezal de la llama esté en la presión mínima generada por la capa de unión en expansión, la llama se propaga por debajo de la velocidad del sonido, una situación conocida como deflagración a baja presión (Fig.11). En esta etapa, la velocidad generalmente puede alcanzar 112 metros por segundo y la presión absoluta (DP/Po) aumenta relativamente a 1 (suponiendo que inicialmente es presión atmosférica y la presión manométrica es inferior a 100 kPa (g)). El estado inicial de propagación de la llama se desarrolla en un tramo de tubo corto; por ejemplo, en el caso de una mezcla de propano y aire, la longitud del tramo de tubo es de unos 3 metros. En el caso del hidrógeno, a partir del punto de ignición, el hidrógeno se encuentra en un estado de deflagración a baja presión en una sección de tubería de aproximadamente 1,0 metro de longitud.
(DP/Po es la relación adimensional medida de las pruebas de deflagración y detonación en el sistema de tuberías cuando el lado paralelo se utiliza como fuente de ignición; donde Po es el sistema inicialde presión absoluta, DP es la presión absoluta medida menos Po)
deflagración a media presión
A medida que la llama continúa propagándose a lo largo de la tubería, su intensidad continúa aumentando hasta el estado dinámico de deflagración a presión media. La velocidad de la llama es mayor, pero sigue siendo subsónica: unos 200 m/s.El pulso de presión de la llama alcanza niveles moderados, con un DP/Po de 10. Para mezclas de propano y aire, en condiciones interiores, la llama se encuentra en un estado de deflagración de presión media desde el punto de ignición cuando la llama pasa una distancia de 3 metros a 10 metros. En comparación, el hidrógeno se encuentra en un estado de deflagración de presión media a partir del punto de ignición a una distancia de entre 1 metro y 2,5 metros.
deflagración a alta presión
Se excede el límite de deflagración de presión media y la llama que se propaga alcanza un estado de deflagración de alta presión. La velocidad de la cabeza de llama (aún subsónica) alcanza los 300 m/s y, debido a la extensión del límiteLa presión generada por la capa aumenta el DP/Po hasta 20. Para la mezcla de propano y aire, la distancia entre el punto de ignición y la deflagración a alta presión es de entre 20 y 30 metros en la sección de la tubería;Para mezclas de hidrógeno y aire, está entre 2,5 y 6 metros.
Conversión de deflagración a detonación
Cuando la velocidad de propagación del cabezal de llama alcanza la velocidad del sonido, se produce un proceso de transformación de deflagración a detonación, denominado DDT. El pulso de presión frente a la llama se convierte en un shock.Frente a la llama de la onda, la presión del aire comprimido cerca de la interfaz de expansión del gas alcanza los 700 kPa (g). Este aire comprimido entra en contacto con la llama y provoca una explosión. La energía generada por la explosión, incluido el calor, la velocidad y la presión, no tiene adónde ir, por lo que viaja por la tubería. La explosión genera una enorme onda de choque, que comprime el gas aguas arriba y aguas abajo del punto inicial donde la deflagración se convierte en detonación.
detonación
El proceso de detonación se refiere al movimiento del cabezal de la llama a la velocidad del sonido o por encima de ella. La detonación aumenta la compresión del gas por la onda de choque frente a la llama. Durante el proceso de detonación, la llamaLa velocidad de propagación es de 1900 m/s, la presión de pulso máxima es de 3500 kPa (g) y el DP/Po es tan alto como 20. Para la mezcla de propano y aire, este estado de propagación de la llama ocurre después de la deflagración a alta presión a una sección de tubería de aproximadamente 30 metros desde el punto de ignición; en el caso del hidrógeno, está a unos 10 metros del punto de ignición.
Detonación excesiva (inestable)
A medida que la llama continúa propagándose por la tubería, entra en un estado de detonación excesiva o inestable. La cabeza de la llama se mueve a velocidades supersónicas y, en algunos casos,Moviéndose incluso a velocidades hipersónicas, el gas es comprimido violentamente por múltiples ondas de choque. Esta es una situación inestable e instantánea. Cuando la llama cambia de deflagración a detonación, la llama provoca que se acumulen ondas de choque y aumente su densidad. Los gases que se encuentran delante de la llama se comprimen y se calientan por encima del punto de ignición, al igual que la mezcla de combustible en el cilindro de un motor diésel. Cuando un gas comprimido se enciende, la explosión resultante libera enormes cantidades de energía, como si una deflagración inicial se convirtiera en una detonación. Además, la energía está limitada por el oleoducto y solo puede avanzar a lo largo del oleoducto. La velocidad de la llama ya era supersónica y la llama continuó acelerándose a una velocidad hipersónica.
La razón de esta situación es temporal, porque la velocidad y presión de la llama dependen de la enorme onda de choque generada por la compresión del gas frente a la llama. Estos shocksLa onda se disipó poco después de la detonación, permitiendo que la velocidad y la presión de la llama se estabilizaran. La velocidad máxima de detonación excesiva está en el rango de 2300 m/s, la presión de pulso máxima es de aproximadamente 20995 KPa (g) y DP/Po es tan alto como 130. Este régimen de propagación de llama en una tubería comienza a una distancia más allá de la deflagración a detonación (DDT) para una mezcla de propano y aire y termina aproximadamente a 60 metros de la fuente de ignición, o 20 metros de la fuente de ignición para el hidrógeno.
Explosión en estado estacionario
Más allá de la sobredetonación instantánea, la llama que se propaga finalmente alcanza una dinámica de detonación estable. La cabeza de la llama se mueve a la velocidad del sonido o por encima de ella y está al frente.Se produce compresión de ondas de choque. Hasta el otro extremo del tubo, la llama no sufrirá otras transformaciones y siempre permanecerá estable. Durante el proceso de detonación estable, la velocidad de la llama está dentro del rango de 300 m/s, la presión de pulso máxima es 3500 KPa (g) y DP/Po es 20.
detonación de relajación
Durante el proceso de propagación de la llama se producen detonaciones de forma intermitente, las cuales se denominan detonaciones de relajación. Esta forma de detonación se observa en mezclas de gases cerca del límite de explosión (enSe encuentra en mezclas cerca del límite "pobre" y cerca del límite "rico"). Dado que la detonación por relajación es causada por la deflagración a la detonación, la detonación por relajación es un fenómeno excesivo intermitente que causa sobrepresión dentro de una cierta distancia en la tubería. Durante este cambio periódico, la onda de choque oscila entre una detonación rápida y una onda de choque principal, transformándose en una sobredetonación, que es una fase de detonación corta pero estable.
