thumb|Flacără de etanol și spectrul său Temperatura arderii adiabatice sau temperatura teoretică de ardere este temperatura care rezultă dintr-un proces de ardere completă, care are loc fără nici un schimb de energie – cum ar fi lucru mecanic, căldură, energia cinetică, potențială, energie electrică etc. Este temperatura maximă pe care o pot atinge produsele arderii la sfârșitul procesului de ardere.

În funcție de condițiile în care se desfășoară procesul de ardere există două astfel de temparaturi: pentru arderea la volum constant, respectiv la presiune constantă. În cazul arderii la volum constant temperatura este mai mare decât la arderea la presiune constantă deoarece niciuna dintre energii nu este utilizată pentru a schimba volumul sistemului.

Temperatura teoretică de ardere a unor substanțe În condiții standard de temperatură și presiune (1 bar și 20 °C), următorul tabel prezintă temperaturile teoretice ale flăcărilor pentru diverși combustibili la arderea la presiune constantă. Temperaturile menționate aici corespund unui amestec stoechiometric de combustibil și oxidant, adiabatic flame temperature of hydrogen, methane, propane and octane with oxygen or air as oxidizers Glenn Elert, Temperature of a blue flame and common materials, accesat 2026-09-19

Acestea sunt temperaturi teoretice, nu reale, ale flăcării. Se presupune o ardere completă, de exemplu, o flacără perfect echilibrată, fără fum și, de obicei, albăstruie.

+ Temperaturi teoretice de arderela presiune constantă Combustibil Oxidant(1 bar, 20 °C) (°C) Acetilenă () Aer 2500 Oxigen 3480 Butan () Aer 2231 Cianogen () Oxigen 4525 Dicianoacetilenă () Oxigen 4990 Etan () Aer 1955 Etanol () Aer 2082 Flame Temperature Analysis and NOx Emissions for Different Fuels Benzină Aer 2138 Hidrogen () Aer 2254 Magneziu (Mg) Aer 1982 Metan () Aer 1963 CRC Handbook of Chemistry and Physics, 96th Edition, p. 15-51 Metanol () Aer 1949 Gaz natural Aer 1960 Pentan () Aer 1977 Propan () Aer 1980 Propină () Aer 2010 Oxigen 2927 Toluen () Aer 2071 Lemn Aer 1980 Kerosen Aer 2093 Power Point Presentation: Flame Temperature , Hsin Chu, Department of Environmental Engineering, National Cheng Kung University, Taiwan Combustibil lichid ușor Aer 2104 Păcură Aer 2102 Cărbune bituminos Aer 2172 Antracit Aer 2,180 Oxigen ≈3500 Analysis of oxy-fuel combustion power cycle utilizing a pressurized coal combustor by Jongsup Hong et al., MIT, which cites . But the IPCC report actually gives a much less precise statement: "The direct combustion of fuel and oxygen has been practised for many years in the metallurgical and glass industries where burners operate at near stoichiometric conditions with flame temperatures of up to 3500 °C." The temperature may depend on pressure, because at lower pressure there will be more dissociation of the combustion products, implying a lower adiabatic temperature. Aluminiu Oxigen 3732 Litiu Oxigen 2438 Fosfor (alb) Oxigen 2969 Zirconiu Oxigen 4005

Flăcări mai cunoscute thumb|Propan thumb|Izooctan (2,2,4-Trimetilpentan) În viața de toate zilele marea majoritate a flăcărilor întâlnite sunt cele produse prin oxidarea rapidă a hidrocarburilor din materiale precum lemnul, ceara, grăsimile, materialele plastice, propanul și benzina. Temperatura teoretică a arderii la presiune constantă a acestor substanțe în aer se situează într-un interval relativ restrâns, în jurul valorii de 1950 °C. Acest lucru se datorează în principal faptului că entalpia produselor arderii este aproximativ proporțională cu cantitatea de oxigen consumată. Aceasta duce la o creștere proporțională a cantității de aer care trebuie încălzită, anulând astfel efectul unei puteri calorifice mai mari asupra temperaturii flăcării. Reacția incompletă la temperaturi ridicate limitează și mai mult efectul unei puteri calorifice mai mari.

Deoarece majoritatea proceselor de ardere care au loc în mod natural se desfășoară în aer liber, nu există nimic care să limiteze gazul la un anumit volum, așa cum se întâmplă la cilindrul unui motor. Prin urmare, aceste substanțe ard la o presiune constantă, ceea ce permite gazului să se destindă în timpul procesului.

Termodinamică thumb|Diagramă cu entalpia în funcție de temperatură pentru un sistem închis Principiul întâi al termodinamicii pentru o reacție chimică într-un sistem închis se poate scrie:

unde indicii și se referă la reactanții, respectiv produșii reacției, și sunt căldura, respectiv lucrul mecanic schimbate de sistem cu mediul înconjurător în timpul procesului de ardere, iar și sunt energiile interne ale reactanților, respectiv ale produșilor reacției.

În cazul temperaturii teoretice de ardere la volum constant volumul sistemului este menținut constant, prin urmare nu se efectuează lucru mecanic:

De asemenea, deoarece procesul este definit ca fiind adiabatic, nu există schimb de căldură:

Prin urmare, energia internă a produșilor este egală cu energia internă a reactanților:

Deoarece acesta este un sistem închis, masa produșilor și a reactanților este constantă, iar primul principiu poate fi scris pe baza masei:

În cazul temperaturii teoretice de ardere la presiune constantă, presiunea sistemului este menținută constantă, ceea ce conduce la următoarea ecuație pentru lucrul mecanic:

Din nou, deoarece procesul este definit ca fiind adiabatic, nu există schimb de căldură:

Din primul principiu al termodinamicii se obține:

Din definiția entalpiei se obține . Deoarece acesta este un sistem închis, masa produșilor și a reactanților este constantă, iar primul principiu poate fi scris pe baza masei:

Se observă că temperatura teoretică a arderii la presiune constantă este mai scăzută decât cea a arderii la volum constant. Acest lucru se datorează faptului că o parte din energia eliberată în timpul arderii este consumată, sub formă de lucru mecanic, pentru modificarea volumului sistemului de control.

Dacă se admite că arderea este completă (adică se formează doar și ), se poate calcula manual temperatura flăcării fie în condiții stoechiometrice, fie în condiții sărace în combustibil (cu exces de aer). Acest lucru se datorează faptului că există suficiente variabile și ecuații molare pentru a echilibra partea stângă și cea dreaptă.

Dacă arderea este bogată în combustibil (cu deficit de aer), nu există suficiente variabile deoarece arderea nu se poate termina cu cel puțin și necesari pentru echilibrul molar (acestea sunt cele mai comune produse ale arderii incomplete).

Totuși, dacă se ia în considerare și :

și se folosește constanta de echilibru pentru această reacție, există suficiente variabile pentru a finaliza calculul.

Combustibili diferiți, cu călduri de reacție și compoziții molare diferite, vor avea temperaturi teoretice diferite în condiții adiabatice.

thumb|upright=1|Efectele disocierii în flacără asupra temperaturii teoretice Figura de alături ilustrează motivul pentru care nitrometanul () este adesea utilizat pentru a spori puterea motoarelor automobilelor. Deoarece fiecare moleculă de nitrometan conține un oxidant și are legături cu energie relativ ridicată între azot și oxigen, arderea sa generează temperaturi mult mai înalte decât în cazul hidrocarburilor sau metanolului (care conține oxigen). Acest fenomen este comparabil cu adaosul de oxigen pur, care, de asemenea, crește temperatura teoretică a arderii. La rândul său, acest lucru permite generarea unei presiuni mai mari în timpul unui proces la volum constant. Cu cât presiunea este mai ridicată, cu atât forța exercitată asupra pistonului este mai mare, rezultând un lucru mecanic sporit și o putere mai mare a motorului. Arderea rămâne la o temperatură relativ ridicată chiar și în regim bogat în combustibil (peste raportul stoechiometric), întrucât combustibilul conține propriul oxidant. Totuși, funcționarea continuă a motorului cu nitrometan va duce, în cele din urmă, la topirea pistonului și/sau a cilindrului din cauza acestor temperaturi extrem de ridicate.

În aplicațiile practice, de regulă nu are loc o ardere completă. Principiile chimiei indică faptul că disocierea și cinetica chimică modifică compoziția produșilor reacției. Există diverse programe capabile să calculeze temperatura teoretică de ardere (precum Stanjan, NASA CEA sau AFTP) luând în considerare disocierea prin intermediul constantelor de echilibru. Figura alăturată ilustrează faptul că efectele disocierii tind să scadă temperatura teoretică a arderii. Acest rezultat poate fi explicat prin principiul lui Le Chatelier.

Note

Lectură suplimentară

Computation of adiabatic flame temperature Adiabatic flame temperature

Legături externe Utilitare Online adiabatic flame temperature calculator Adiabatic flame temperature program Gaseq, program for performing chemical equilibrium calculations. Flame Temperature Calculator - Constant pressure bipropellant adiabatic combustion Adiabatic Flame Temperature calculator

Categorie:Ardere Categorie:Temperatură Categorie:Praguri de temperatură