Mechero Bunsen

Un mechero Bunsen, llamado así por Robert Bunsen, es una especie de mechero de gas de aire ambiente utilizado como equipo de laboratorio; produce una sola llama de gas abierta y se utiliza para calefacción, esterilización y combustión.

El gas puede ser gas natural (que es principalmente metano) o un gas licuado de petróleo, como propano, butano o una mezcla. La temperatura de combustión alcanzada depende en parte de la temperatura de llama adiabática de la mezcla de combustible elegida.

Historia

En 1852, la Universidad de Heidelberg contrató a Bunsen y le prometió un nuevo edificio de laboratorio. La ciudad de Heidelberg había comenzado a instalar alumbrado público de gas de carbón, por lo que la universidad tendió líneas de gas hasta el nuevo laboratorio.

Los diseñadores del edificio pretendían utilizar el gas no solo para iluminación, sino también en quemadores para operaciones de laboratorio. Para cualquier lámpara de quemador, era deseable maximizar la temperatura y minimizar la luminosidad. Sin embargo, las lámparas de quemador de laboratorio existentes dejaban mucho que desear no solo en términos del calor de la llama, sino también en cuanto a economía y simplicidad.

Mientras el edificio aún estaba en construcción a fines de 1854, Bunsen sugirió ciertos principios de diseño al mecánico de la universidad, Peter Desaga, y le pidió que construyera un prototipo. Michael Faraday había utilizado principios similares en un diseño de quemador anterior, así como en un dispositivo patentado en 1856 por el ingeniero de gas R. W. Elsner. El diseño de Bunsen/Desaga logró generar una llama caliente, sin hollín y no luminosa mezclando el gas con aire de manera controlada antes de la combustión. Desaga creó rendijas ajustables para el aire en la parte inferior del quemador cilíndrico, con la llama encendida en la parte superior. Cuando se inauguró el edificio a principios de 1855, Desaga había fabricado 50 mecheros para los estudiantes de Bunsen. Dos años después, Bunsen publicó una descripción y muchos de sus colegas pronto adoptaron el diseño. Los mecheros Bunsen ahora se utilizan en laboratorios de todo el mundo.

Operación

Las llamas del quemador de Bunsen dependen del flujo de aire en los agujeros de garganta (en el lado del quemador, no de la válvula de aguja para el flujo de gas): 1. agujero de aire cerrado (llama de seguridad utilizada para la iluminación o por defecto), 2. agujero de aire ligeramente abierto, 3. agujero de aire medio abierto, 4. agujero de aire totalmente abierto (llave azul rugiente).

El dispositivo que se usa hoy en día quema de manera segura una corriente continua de un gas inflamable como el gas natural (que es principalmente metano) o un gas licuado de petróleo como el propano, el butano o una mezcla de ambos.

La lengüeta de la manguera está conectada a una boquilla de gas en la mesa de laboratorio con un tubo de goma. La mayoría de las mesas de laboratorio están equipadas con múltiples boquillas de gas conectadas a una fuente de gas central, así como boquillas de vacío, nitrógeno y vapor. Luego, el gas fluye hacia arriba a través de la base a través de un pequeño orificio en la parte inferior del barril y se dirige hacia arriba. Hay ranuras abiertas en el costado del fondo del tubo para admitir aire en la corriente usando el efecto Venturi, y el gas se quema en la parte superior del tubo una vez que se enciende con una llama o chispa. Los métodos más comunes para encender el quemador son usando un fósforo o un encendedor de chispa.

La cantidad de aire mezclado con la corriente de gas afecta la integridad de la reacción de combustión. Menos aire produce una reacción incompleta y, por lo tanto, más fría, mientras que una corriente de gas bien mezclada con aire proporciona oxígeno en una cantidad estequiométrica y, por lo tanto, una reacción más completa y más caliente. El flujo de aire se puede controlar abriendo o cerrando las aberturas de las ranuras en la base del cilindro, similar en función al estrangulador de un carburador.

Un quemador Bunsen situado debajo de un trípode

Si el collar en la parte inferior del tubo se ajusta para que se pueda mezclar más aire con el gas antes de la combustión, la llama arderá más y, como resultado, aparecerá azul. Si los orificios están cerrados, el gas solo se mezclará con el aire ambiente en el punto de combustión, es decir, solo después de haber salido del tubo por la parte superior. Esta mezcla reducida produce una reacción incompleta, produciendo un amarillo más frío pero más brillante, que a menudo se denomina "llama de seguridad" o "llama luminosa". La llama amarilla es luminosa debido a las pequeñas partículas de hollín en la llama, que se calientan hasta la incandescencia. La llama amarilla se considera "sucia" porque deja una capa de carbón en lo que sea que esté calentando. Cuando el quemador se regula para producir una llama azul caliente, puede ser casi invisible contra algunos fondos. La parte más caliente de la llama es la punta de la llama interior, mientras que la más fría es toda la llama interior. Aumentar la cantidad de flujo de gas combustible a través del tubo abriendo la válvula de aguja aumentará el tamaño de la llama. Sin embargo, a menos que también se ajuste el flujo de aire, la temperatura de la llama disminuirá porque ahora se mezcla una mayor cantidad de gas con la misma cantidad de aire, privando a la llama de oxígeno.

Por lo general, el mechero se coloca debajo de un trípode de laboratorio, que soporta un vaso de precipitados u otro recipiente. El mechero a menudo se colocará sobre una alfombra resistente al calor adecuada para proteger la superficie de la mesa de laboratorio.

Un mechero Bunsen también se usa en laboratorios de microbiología para esterilizar equipos y producir una corriente ascendente que aleja los contaminantes del aire del área de trabajo.

Variantes

Existen otros quemadores basados en el mismo principio. Las alternativas más importantes al mechero Bunsen son:

• Quemador Teclu – La parte inferior de su tubo es cónica, con una tuerca redonda debajo de su base. La brecha, fijada por la distancia entre la tuerca y el extremo del tubo, regula la afluencia del aire de una manera similar a las ranuras abiertas del quemador Bunsen. El quemador Teclu proporciona una mejor mezcla de aire y combustible y puede alcanzar temperaturas de llama más altas que el quemador Bunsen.
• Quemador Meker – La parte inferior de su tubo tiene más aberturas con mayor superficie total, admitiendo más aire y facilitando una mejor mezcla de aire y gas. El tubo es más ancho y su parte superior está cubierto con una red de alambre. La cuadrícula separa la llama en una variedad de llamas más pequeñas con un sobre externo común, y también evita flashback a la parte inferior del tubo, que es un riesgo a altas ratios de aire a combustible y limita la velocidad máxima de ingesta de aire en un quemador convencional Bunsen. Las temperaturas de llama de hasta 1.100–1,200 °C (2.000–2,200 °F) son alcanzables si se utilizan correctamente. La llama también se quema sin ruido, a diferencia de los quemadores Bunsen o Teclu.
• Tirrill burner – La base del quemador tiene una válvula de aguja que permite la regulación de la ingesta de gas directamente del quemador, en lugar de la fuente de gas. La temperatura máxima de la llama puede alcanzar 1560 °C.