¿Qué tan cerca puedes acercarte a la lava antes de quemarte?

Question

Como pregunta el título: ¿Qué tan cerca puedes estar de la lava antes de quemarte?

Sé que depende de varios factores; la velocidad del flujo de lava, la dirección/fuerza del viento, el tipo(?) de flujo de lava (relacionado en parte con la velocidad, creo). Supongo que también depende de la persona y de lo que estén usando.

Estaría buscando una distancia real, preferiblemente algo que pudiera calcular si conozco lo anterior, pero también servirían reglas generales.

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(Nota: La regla general de "Simplemente no te acerques a la lava en primer lugar" ya ha sido tomada en cuenta.)

Esta pregunta está parcialmente inspirada en películas/juegos que muestran personajes cerca de lava donde debería haber suficiente calor (sin tocarla realmente) para simplemente incendiar sus prendas.

Answer 1

Los factores que más importan cuando estás cerca de lava:

1. El ángulo sólido fraccional de la lava tal como aparece ante el observador ("cuánta lava puedes ver")
2. La temperatura de la lava
3. La reflectividad de la ropa que estás usando
4. Cualquier efecto del flujo de aire (viento soplando hacia la lava o en dirección contraria)
5. Los humos tóxicos...

En esencia, si tratamos la lava como un radiador de cuerpo negro con una emisividad de 0.8 (sólo para elegir un valor "razonable"), podemos calcular el flujo de calor hacia un observador. Básicamente es una fracción del flujo de calor que tendrías si estuvieras completamente rodeado por todos los lados. Esto significa que si tienes un plano semi-infinito de lava, tu altura como observador importará mucho - si te agachas, el plano "parecerá más pequeño" y experimentarás menos flujo de calor. Cuando te levantas, tu cabeza recibirá más calor que el resto de tu cuerpo.

Temperatura: la potencia radiada aumenta en la cuarta potencia de la temperatura, por lo que este es el número más importante para estimar correctamente. Un cambio del 10 % (por ejemplo, de 800 a 900 C) resulta en un cambio del 40 % en la radiación. Google da valores desde 800 (Monte St. Helens) hasta 1100 (basalto hawaiano) por lo que hay mucha variabilidad aquí.

Reflectividad: supongamos que usas ropa blanca (se ve mejor en la película) podrías reflejar el 80 % de la radiación incidente.

Flujo de aire: si hay un poco de viento soplando para refrescarte, eso ayudará. Afortunadamente, si estás en el borde de un campo de lava, el efecto del calor será atraer aire frío y luego elevarlo, por lo que deberías tener una brisa fresca (nunca he estado cerca de un campo de lava pero creo que es una especulación razonable).

Humos tóxicos: si lo anterior es cierto, el efecto de los humos tóxicos se verá mitigado por el 'extractor' incorporado formado por el calor.

Calculando: supongamos una altura $h$ a una distancia $d$ de un plano semi-infinito a una temperatura $T$:

Flujo de calor por unidad de área de la lava (ley de Stefan-Boltzmann)

$$F = \epsilon \sigma T^4$$

Fraction of the solid angle covered (creo que esta aproximación es válida... puede haber un factor 2 extraviado):

$$f = \frac{\tan^{-1}\frac{h}{d}}{2\pi}$$

Flujo de calor aparente en el observador (teniendo en cuenta la reflectividad $r$ y la emisividad $\epsilon$):

$$F_{obs}= \epsilon \sigma T^4 (1-r) \frac{\tan^{-1}\frac{h}{d}}{2\pi}$$

La intensidad del sol en la superficie de la tierra es de aproximadamente $1 kW/m^2$. Supongamos que estás bien cuando recibes cinco veces eso (sólo para tener una idea del orden de magnitud). Entonces necesitamos resolver para $h/d$ en lo mencionado anteriormente (usemos lava caliente - 1300 K):

$$\frac{h}{d} = \tan{\frac{2\pi 5\cdot 10^3}{0.8 \cdot 5.6 \cdot 10^{-8} 1300^4 (0.2)}}$$

Esto resulta en un ángulo de aproximadamente 50 grados. Eso es interesante - sugiere que si te acercas a la lava pero te agachas, deberías estar bien. Pero si te levantas, el hecho de que estás "mirando" tanta lava te quema. Dicho de otra manera - si mides 1.80 m ("seis pies") de altura, entonces estás bien cuando estás al menos a 2 m del borde de la lava - para todas las suposiciones anteriores. Ten en cuenta que la reflectividad juega directamente en este cálculo - si no usas una máscara facial reflectante, el calor de 25 soles estará cayendo sobre ti, y eso puede ser demasiado... En ese caso, necesitas un ángulo alrededor de 10 grados - o estar a unos 10 m de distancia.

Por supuesto, hay efectos secundarios de la absorción de calor, etc. - pero este es en realidad un resultado bastante interesante.

Answer 2

Me acerqué lo suficiente a la lava que fluía lentamente para meter un martillo de roca en ella, pero tuve que retroceder rápidamente -- se sentía como una hoguera. Era tolerable a 8 pies de distancia. La lava tenía alrededor de 6 pulgadas de espesor, se deslizaba menos de una pulgada por segundo y mostraba un color rojo anaranjado en un borde avanzado que tenía solo unas seis pulgadas de diámetro. El resto del flujo era plateado negro pero aún inabordantemente caliente.

Sonidos interesantes: un sonido de rasgado proveniente del extremo incandescente, y un extraño tintineo cristalino proveniente de la superficie enfriada que era rota por los intestinos que se inflamaban y goteaban.

Answer 3

Probablemente se podría calcular una distancia segura para la estancia larga (indefinida). Sin embargo, el cuerpo humano (principalmente agua) tiene una enorme capacidad térmica y se debe absorber muchísimo calor solo para elevar su temperatura al menos seis grados (de 36°C a 42°C) al nivel peligroso. Antes de que esto suceda, es posible permanecer en la zona donde las condiciones de equilibrio no son sobrevivibles.

Es más probable que se produzcan daños locales al calentar la piel más rápidamente de lo que puede compartir este calor con el resto del cuerpo. Sin embargo, el cuerpo humano (con sangre corriendo por los vasos sanguíneos) es un muy buen conductor térmico, y el aire circundante es malo. La temperatura de una sauna (100°C) no es inmediatamente peligrosa para la piel e incluso el fuego puede ser manejado por una pequeña fracción de segundo.

Esta respuesta es consistente con respuestas que dicen que es posible acercarse al lava de cerca, pero el tiempo de proximidad está limitado a unos pocos segundos.

Answer 4

En cuanto a los datos, por supuesto varían de una corriente de lava a otra, por no mencionar las erupciones explosivas, pero en http://www.youtube.com/watch?v=4b6n8riJaFo se ve a un hombre caminar sobre la corteza enfriada al aire de una corriente de lava actual y sacar una muestra todavía fundida de ella. Videos de noticias relacionadas muestran lava fluyendo a través de vegetación y casas lo suficientemente lenta como para que uno pudiera alejarse fácilmente de ella. En los videos que vi las cosas no empiezan a arder hasta que la lava está a punto de tocar.

Se puede encontrar mucho más detalle en http://volcano.oregonstate.edu/how-close-can-i-get-lava-and-will-it-hurt-or-kill-me