Deflagrazione

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Una deflagrazione (dal latino de + flagrare, "incenerire") è un termine tecnico che descrive una combustione subsonica, che usualmente si propaga tramite conduttività termica (materiale caldo, in combustione, che riscalda uno strato adiacente di materiale freddo, facendolo infiammare). La deflagrazione è caratterizzata da una grande diminuzione della densità del gas a valle dell'onda d'urto e da una leggera caduta di pressione. La maggior parte del "fuoco" nella vita di tutti i giorni, dalle fiamme alle esplosioni, è tecnicamente una deflagrazione. La deflagrazione è diversa dalla detonazione, la quale si propaga a velocità supersonica e attraverso compressione da collisione violenta.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

In applicazioni ingegneristiche, una deflagrazione è più facile da controllare di una detonazione. Di conseguenza la prima è più adatta quando lo scopo è muovere un oggetto (un proiettile in una pistola, oppure un pistone in un motore a combustione interna con la forza dei gas in espansione. Esempi tipici di deflagrazione sono la combustione di una miscela di gas-aria in una stufa a gas, di una miscela carburante-aria in un motore a combustione interna, la rapida combustione di polvere da sparo in armi da fuoco oppure delle miscele pirotecniche nei fuochi d'artificio

Fuoco di olio/cera e acqua[modifica | modifica sorgente]

Tecnicamente conosciuto come Boilover, si verifica quando viene aggiunta acqua ad idrocarburi in combustione quali olio o cera, producendo una deflagrazione. L'acqua bolle rapidamente ed eietta il materiale in combustione in microgocce nebulizzate, una deflagrazione ha luogo nel momento in cui lo spray di olio brucia con estrema rapidità. Questo fenomeno è particolarmente comune negli incendi da "padella da frittura" che è responsabile di un incendio su cinque nelle abitazioni britanniche ogni anno.[1]

Fisica della fiamma[modifica | modifica sorgente]

Possiamo capire meglio la sottostante fisica della fiamma costruendo un modello idealizzato che consiste di un tubo unidimensionale, uniforme, di combustibile gassoso incombusto e combusto, separato da una sottile regione di transizione di larghezza \delta\; nella quale avviene la combustione. Questa regione viene comunemente detta fronte di fiamma. In una situazione di equilibrio, la dispersione termica attraverso il fronte di fiamma è bilanciata dal calore fornito con la combustione.

Ci sono due intervalli temporali importanti in questo contesto. Il primo è l'intervallo temporale di diffusione termica \tau_d\;, che è approssimativamente uguale a

\tau_d \simeq \delta^2 / \kappa,

dove \kappa \; è la diffusività termica. Il secondo è l'intervallo di combustione \tau_b che decrementa rapidamente con la temperatura, tipicamente come

\tau_b\propto \exp[\Delta U/(k_B T_f)],

dove \Delta U\; è la soglia di attivazione della reazione di combustione e T_f\; è la temperatura sviluppata come risultato della combustione che può essere ricavata dalla termodinamica (la nota temperatura di fiamma).

Per un fronte statico di deflagrazione, questi due intervalli sono uguali: il calore generato dalla combustione è uguale al calore trasferito. Questo ci permette di trovare l'ampiezza caratteristica \delta\; del fronte di fiamma:

\tau_b = \tau_d\;,

quindi

 \delta \simeq \sqrt {\kappa \tau_b} .

Ora, il fronte di fiamma si propaga alla velocità caratteristica S_l\;, che è semplicemente uguale all'ampiezza della fiamma diviso il tempo di combustione:

S_l \simeq \delta / \tau_b \simeq \sqrt {\kappa  / \tau_b} .

Questo modello semplificato trascura la variazione di temperatura e quindi la velocità di combustione attraverso il fronte della deflagrazione. Questo modello trascura anche la possibile influenza della turbolenza.

Come risultato, questo adattamento fornisce la velocità laminare della fiamma -- da cui la designazione S_l\;.

Effetti distruttivi della deflagrazione[modifica | modifica sorgente]

Danni a costruzioni, equipaggiamenti e persone possono derivare da una deflagrazione di breve durata e su larga scala. La natura del danno è principalmente una funzione della quantità totale di carburante bruciato nell'evento (energia totale disponibile), della massima velocità di fiamma raggiunta e del modo in cui l'espansione dei gas è contenuta.

In una deflagrazione a campo aperto, c'è una continua variazione negli effetti della deflagrazione relativi alla massima velocità di fiamma. Quando quest'ultima è bassa, l'effetto della deflagrazione è il rilascio di calore. Alcuni autori usano il termine lampo di fuoco per descrivere queste deflagrazioni a bassa velocità. A velocità di fiamma prossime a quelle del suono, l'energia viene rilasciata sotto forma di pressione ed il risultato è simile ad una detonazione. Tra questi due estremi l'energia viene rilasciata sotto forma sia di pressione che di calore.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ UK Fire Service advice on chip pan fires
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