El mechero pertenece a los artefactos que suministran calor y se cataloga dentro de los sistemas de calentamiento directo.
los sistemas de calentamiento directo son todos aquellas fuentes de calor que inciden sobre el recipiente, sin que éste sea protegido para atenuar el calor.
la fuente de calor mas usada para trabajos de laboratorio es la combustión de gases (generalmente gas domestico y aire) y le sigue en orden el vapor de agua y aire caliente.
El proceso de combustión requiere la presencia simultánea de los siguientes elementos:
- Un combustible que se quema
- un comburente que hace que se queme el combustible
- una fuente de encendido o chispa que es la que inicia la combustión
El combustible (propano, butano). el comburente es oxígeno y la fuente de encendido la chispa de un cerillo.
La combustión se puede representar mediante una ecuación química.
C3H8 + 5O2 –> 30 O2 + 4 H2O ´+ Q
Para generar calor a través del proceso de la combustión, en el laboratorio se cuenta con los quemadores de gas, comunmente conocidos como mecheros. De éstos, existen diferentes tipos o diseños, aunque todos se basan en el prototipo ideado por RobertWilhelm Bunsen. A continuación se presentan diferentes mecheros:
Bunsen | Mecker |
Fisher | Tirrel |
La única variación además de la del diseño que existe entre los diversos tipos de mecheros es la regulación tanto del combustible y comburente como el tamaño de la flama.
Las partes fundamentales de los mecheros son:
- Tubo metálico, tiro o chimenea
- Regulador de aire
- Receptor del combustible
- Base con esprea
DESCIRPCIÓN DE MECHERO BUNSEN
Tubo o chimenea, es metálico y puede ser de aluminio o acero inoxidable; su longitud oscila entre 13 y 15 cm; consta de dos orificios en la parte baja y el tubo se atornilla en la base
Arillo o collarín, es del mismo material del tubo, consta de dos orificios y puede y gira libremente alrededor de éste. Su finalidad es regular la entrada del aire (comburente) para que se mezcle con el combustible y suba por la chimenea o tiro.
Entrada del combustible, es metálica y puede ser de Aluminio o latón. Sirve para conectar el mechero a la llave de gas, la que regula la cantidad de gas.
Base con esprea, es metálica de Aluminio, Latón y cumple una función doble. Sirve de base o soporte al tiro o collar. La esprea es metálica tiene un orificio cuyo diámtero es menor de 1 mm, y está conectado a la entrada del combustible. La finalidad de la esprea es esparcir el combustible a lo largo de tiro una vez que el gas sube rapidamente y aspira al comburante a través de los orificios, tanto del tiro como del arillo cuando este permite el paso del aire.
Llama del mechero. La llama de un mechero Bunsen, es la manifestación de un fenómeno luminoso producido por la combustión de gases. La llama no produce necesariamente luz, por ejemplo al quemar hidrógeno puro en oxígeno puro, existe llama intensa, pero su luminosidad es tan escasa que apenas puede verse.
Como la llama es originada por la combustión de gases, su calidad dependerá de la proporción comburente-combustible. La proporción de comburente se regula girando el collarín de tal forma que se permita la entrada del aire (que lleva oxígeno), para ello se hace que coincidan los orificios del collarín con los orificios de la chimenea.
Cuando los orificios del collarín no coinciden con los de la chimenea, la llama se vuelve más luminosa y trae como consecuencia que al calentar algún recipiente se llena de hollin o tizna (negro de humo).
La luminosidad de la llama, según la teoría de Davy, se debe a partículas de incandescencia de carbón, producto de la combustión. Sin embargo, hay llamas sin partículas de carbón, como las de sodio, que presenta luminosidad considerable, por lo que en estos casos, es aceptada la teoría de que los elementos (el sodio) al vaporizarse por la temperatura de la llama, promueven sus electrones a niveles superiores y al regresar a sus niveles emiten la energía absorbida en forma de ondas electromagnéticas, que se traducen (por la vista) a un color particular.
ZONAS O REGIONES DE LA LLAMA
Se pueden observar dos casos diferentes en la llama, uno cuando la mezcla comburente-combustible es deficiente y la otra, cuando es adecuada. En el primer caso, debido a que la combustión es incompleta, la llama es luminosa y amarilla, pero se pueden observar tres zonas.
La zona obscura, es la región de la llama en donde el gas no arde completamente por falta de oxígeno y por tanto la llama no es muy caliente (800°C). La reacción incompleta puede ser representada termodinámicamente con la siguiente ecuación:
C4H10 + O2 –> 2C + CO + CO2 + 5H2O + Q
La zona luminosa se localiza en la parte media de la llama, los productos de la combustión pueden ser carbón e hidrógeno, y al arder este, calienta el carbón hasta la incandescencia, impartiéndole a la llama un color blanco-rojizo. La temperatura de la llama es aproximadamente de 600°C.
La zona llamada fría se localiza en la parte interior o inferior de la llama, o base de la llama; no hay practicamente combustión, pero si descomposición de los gases por la falta de oxígeno. En la parte exterior de la llama, en la zona fría, si hay combustión por haber comburente, lo anterior se puede observar porque la llama en su parte externa adquiere un color azulado.
En el segundo caso, cuando esta totalmente abierta la entrada del comburente, la llama no presenta luminosidad y casi es incolora (aunque la base puede ser azulosa). En el siguiente esquema se diferencian las zonas que se pueden observar en la llama.
La zona de oxidación. Esta zona se caracteriza por tener abundancia de comburente, de aquí que sea oxidante. La parte externa de la llama es azulada y la interna azul-verdosa, la temperatura oscila entre 1200°C.
Zona de reducción. Se caracteriza porque no hay oxígeno y la combustión es incompleta. Esta zona es reductora por la presencia de hidrógeno y carbón, productos de la combustión incompleta.
C4H10 + O2 –> C + H2 + CO2 + Q
Como también se produce agua H2 + O2 –> H2O al evaporase, le quita un poco de calor a la llama por lo que se enfría, la temperatura de esta zona es aproximadamente 1100°C y la llama es poco luminosa.
Zona de máxima temperatura o fusión. Es la zona más caliente de la llama; y en ella se alcanzan temperaturas de hasta 1500°C. Se localiza abajo de la zona de reducción entre el cono de la llama interna y externa.
Zona fría. Esta parte de la llama se localiza arriba del borde o labio del mechero y es considerada fría por la escasa combustión. Su temperatura es menor de 300°C.
Debido a la diferencia de propiedades térmicas y químicas que presenta una llama, en tiempos pasados, el mechero de bunsen tuvo una gran importancia en trabajos de análisis cualitativos.
ADITAMENTOS DEL MECHERO
Cuando se van a realizar trabajo a fuego directo se recomienda tener una serie de aditamentos para adaptar la llama al tipo de trabajo por realizar. Así por ejemplo, cuando se desea tener una serie de llamitas, como en el mechero fisher, y que sean bajas, se usa la corona, la cual se adapta en la parte superior de la chimenea. La corona tiene una rejilla metálica que permite que la llama original del mechero, se fragmente en diminutas llamitas.
Se emplea principalmente para calentar recipientes con algún líquido o para hacer capilares.
La mariposa o estrangulador de llama, permite obtener una llama extendida y baja, se usa cuando se va a dobla un tubo. Se introduce ene le extremo del tiro.
El uso del bisel permite obtener una llama angosta; se utiliza principalmente para trabajos de análisis cualitativo por vía seca.
USO CORRECTO DEL MECHERO
Material de Laboratorio de Química 