fiamma
Chimica
Fenomeno associato all’emissione di radiazioni luminose e calore per effetto della combustione di sostanze gassose, liquide e solide. Nel caso dei gas la f. può essere premiscelata o a diffusione, a seconda che il combustibile e l’aria siano intimamente mescolati prima della combustione o immessi separatamente nel bruciatore. Nel caso di combustibili solidi o liquidi (cera, olio, petrolio ecc.) il calore che si sviluppa nella combustione provoca la formazione (per distillazione o per decomposizione) di ulteriori masse di gas che sostituiscono quelle bruciate.
In una f. si distinguono zone a differente luminosità e temperatura: nella f. di una candela (v. .) o del gas di città che bruci con quantità limitata di aria premiscelata (aerazione parziale), si ha una zona centrale a, detta zona di trasporto, nella quale non si ha combustione, una zona esterna c, poco luminosa, ossidante, molto calda, dove si ha combustione completa, una zona intermedia b molto luminosa, riducente, dove la combustione non è completa.
La luminosità di una f. è in relazione, oltre che con la presenza di particelle carboniose finemente suddivise, anche con la sua temperatura. Alcuni ossidi metallici (di cerio, di torio ecc.) hanno un notevole potere emissivo, luminoso; su questa loro proprietà si basa l’impiego per la preparazione di reticelle a incandescenza. Una f. che dà luce molto intensa è quella che proviene dalla combustione del magnesio (o, talvolta, di una lega di magnesio e zinco) bruciato sia in polvere sia in forma di nastro (lampi di magnesio); luce molto intensa è data anche dalla f. ad acetilene. Gli andamenti assunti dalla temperatura e dalla composizione all’interno della f. sono di difficile determinazione sperimentale a causa dello spessore molto piccolo della zona che occorre esplorare: per f. originate dalla combustione (a pressione atmosferica) di idrocarburi con aria, la regione dove rimane concentrata la maggior parte della variazione di temperatura e di composizione chimica è generalmente inferiore a 1 mm. Per quanto riguarda le modalità con cui avviene lo scambio di calore con l’ambiente circostante, una f. si dice laminare o turbolenta; nel primo caso lo scambio avviene a livello molecolare, nel secondo, più importante, la turbolenza, indotta dalla f. stessa, gioca un ruolo fondamentale.
La stabilità delle f. di utilizzazione domestica e industriale, ottenute a mezzo di bruciatori, è legata a fenomeni diversi a seconda che si tratti di f. premiscelate o di f. a diffusione. Nelle f. premiscelate la localizzazione del fronte di f. tra miscela reagente e gas combusto è fissata dal bilanciamento tra velocità di retropropagazione e velocità di flusso dei reagenti in direzione opposta. La velocità di retropropagazione della f. è legata a due fenomeni di trasporto, il flusso termico per conduzione dalla zona di reazione alla zona dove avviene il preriscaldamento della miscela combustibile e la diffusione dei radicali liberi (a vita molto breve) ottenuti nelle fasi intermedie attraverso cui si evolve la reazione totale (l’emissione di radiazioni nel campo del visibile e, quindi, la luminosità delle f. è dovuta, appunto, alla presenza di talune specie radicaliche). Aumentando la velocità di efflusso della miscela combustibile si allontana il fronte della f.: ciò, riducendo le perdite di calore, accresce di conseguenza la velocità di retropropagazione della f. e consente la stabilità dell’operazione a un livello di portata più elevato. Ulteriori incrementi danno luogo però a una condizione di soffiamento della fiamma.
Situazioni sostanzialmente identiche si incontrano con f. sia laminari sia turbolente, salvo che la più accentuata miscelazione longitudinale in queste ultime dà luogo a più elevate velocità di retropropagazione della f. e quindi a più elevate velocità del flusso dei reagenti. Nelle f. a diffusione, il fenomeno che controlla la localizzazione del fronte di f. è la miscelazione dei due getti nella camera di combustione. La f. si localizza sulla superficie caratterizzata da una composizione chimica della miscela tale da consentire la retropropagazione della fiamma. Tale fronte si stabilizza anche in questo caso grazie al bilanciamento delle due contrapposte velocità (di flusso e di retropropagazione della f.). Situazioni del genere sono anche tipiche delle f. a diffusione con combustibili liquidi e solidi dispersi in un getto di aria primaria che si miscela con un getto coassiale di aria secondaria. In certi casi per accrescere la velocità del flusso dei reagenti si accresce la turbolenza, imponendo un moto rotatorio al getto d’aria secondaria.
Tecnica
Ritorno di f. Fenomeno irregolare e pericoloso che può verificarsi nei motori endotermici quando, per difetto di messa a punto del motore (registrazione dell’accensione e della ricchezza di miscela), la combustione della miscela risulta eccessivamente prolungata. In tal caso, parte dei gas combusti comunica l’accensione alla miscela fresca in arrivo nel cilindro quando questo e il tubo d’aspirazione divengono comunicanti e può prodursi incendio nel carburatore. In senso più generico, la propagazione della f. all’interno del condotto di alimentazione del bruciatore in un forno, in un fornello a gas ecc., allorché la velocità di propagazione della f. in seno alla miscela combustibile superi la velocità di efflusso della miscela stessa dal bruciatore. Distacco di f. Per velocità di efflusso della miscela combustibile superiore a un valore limite la f. non rimane più stabilizzata sulla bocca del bruciatore, ma si stacca e si spegne