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Titolo: Fiamme, microonde e plasmi

Dunque, il 3D sulla termodinamica, in particolare dove si 
era parlato delle fiamme, mi ha fatto tornare a mente dei 
dubbi che mi erano sorti e che ora vi espongo.
Allora, mi stavo chiedendo se e in che misura il magnetron 
di un normale forno a microonde fosse in grado di 
incrementare la temperatura di una normale fiamma 
(definizione assai aleatoria, me ne rendo conto) 
trasformandola in un plasma piï¿œ energetico.
Il punto era che pensavo se fosse possibile migliorare la 
combustione (ossia spingerla di piï¿œ al completamento) dei 
fumi di fiamma di legna (carta, plastica etc).
Spesso accade che anche se bene ossigenati, i fumi scappino 
troppo in fretta, si raffreddino prima di avere completato 
la demolizione totale dei frammenti carboniosi, e quindi non 
contengano solo vapore e CO2, ma anche incombusti.
So che la fiamma, in genere, ï¿œ grossomodo conduttiva (anche 
se non ho conoscenze quantitative su come vari la qualitï¿œ e 
quantitï¿œ di ioni presenti in funzione di temperatura e 
composizione ... so solo qualcosa sui potenziali di 
ionizzazione delle varie specie, come CO, CO2, H2, H2O, O2, 
N2 etc, ma insomma, non abbastanza da farci nessun calcolo), 
e che contenendo ioni potrebbe prestarsi ad essere 
riscaldata ad induzione, ad es. tramite microonde.
Tra l'altro, secondo voi ï¿œ la zona spettrale piï¿œ adatta ? 
Perchï¿œ si o perchï¿œ no ? So che esistono anche le cosiddette 
torce a radiofrequenza, che immagino lavorino a freq. piï¿œ 
basse del magnetron del microonde.
In ogni modo, non saprei stimare se, energizzando un plasma 
tiepidino e contenente ancora una limitata quantitï¿œ di 
incombusti ed aria "viva", si recuperi piï¿œ energia dal 
completamento della combustione rispetto a quella spesa per 
alimentare il magnetron. O almeno mi piacerebbe sapere se si 
possa stare alla pari (anche la sola pulizia del fumo 
potrebbe essere un valore aggiunto).
Altra banalitï¿œ per voi : volendo agire dall'esterno, ossia 
trasferire le onde ai fumi senza collocare fisicamente la 
sorgente em DENTRO il flusso degli stessi, non potrei usare 
tubi di ferro come di norma, vero ? Beh, presumo che non 
lasci entrare i campi magnetici. Qualche dubbio in piï¿œ ce 
l'ho verso altri metalli non magnetici (tipo un tubo di 
rame), ma mi pare che schermino pure quelli, e chiedo una 
conferma.
E un tubo in fibrocemento, ammesso di raccordarlo ?
Ammettendo invece di non voler smontare un forno commerciale 
(non conoscendo la geometria di irraggiamento della 
sorgente, dove punta il fascio etc, temerei molto di 
sperimentare, 700 W di microonde spaventano se vagano a 
piede libero), si potrebbe pensare di avvolgere un gran 
numero di spire lungo il tubo (da alimentare in tensione 
variabile) ?
Ci ho pensato un poco, ma sono dubbioso. Dal poco che 
ricordo della forza di Lorentz, per produrre moti vorticosi 
negli ioni, dovrei avere le linee di campo magnetico 
ortogonali alla corrente (nel caso al moto degli ioni), ma 
nel tubo dove passa la fiamma, MEDIAMENTE, gli ioni 
viaggerebbero PARALLELI alle linee di campo, quindi quella 
disposizione relativa di tubo e bobina, per quanto pratica e 
facile da fare, non sembrerebbe ottimale.
Ovviamente la fiamma non ï¿œ un flusso laminare, per cui 
componenti di moto non parallelo ci saranno di sicuro, ma 
basterebbero ? Insomma, voi che avete idee piï¿œ chiare, avete 
giï¿œ sentito qualcosa di simile e/o pensate valga la pena di 
tentare ?
E ruotare ad alta velocitï¿œ (tipo 10 Hertz) una calamita 
piuttosto potente ad alcuni cm dalla superficie esterna di 
un tubo non metallico (sempre in fibrocemento refrattario), 
pensate che possa trasferire un po' di energia extra agli 
ioni della fiamma tanto da aumentarne la temperatura ?
grazie di ogni parere e commento
ciao
Soviet

 variabile) ?
...
Quindi penseresti di inserire il tubo nel nucleo di un
solenoide ed usare il campo e.m. generato dal solenoide
per riscaldare il gas, non so se funzionerebbe ma aggiungo
che sarebbe difficile alimentare la bobina alla frequenza
delle microonde, dato che le dimensioni della bobina
sarebbero maggiori della lunghezza d'onda corrispondente
e probabilmente la maggiore parte della potenza a microonde
prodotta dal generatore sarebbe irraggiata o dissipata chissa' dove
(la bobina e' in questo caso un componente a costanti distribuite,
che non si puo' caratterizzare con un valore di induttanza o
resistenza o capacita').
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani 

 Ciao

 tanto per sapere di che si parla
Quando la lunghezza d'onda della grandezza eccitatrice
diventa paragonabile alle dimensioni del componente,
non si puo' piu' caratterizzare il componente tramite
costanti concentrate, faccio un esempio:
consideriamo una bobina di cui trascuriamo resistenza
e capacita', se la alimentiamo con una tensione sinusoidale
a 1 kHz osserviamo con buona approssimazione che
la tensione V(t) applicata ai capi della bobina e la corrente
I(t) che la attraversa sono legate dalla relazione:
(1) V(t) = L * dI(t) / dt,
cioe' V e' direttamente proporzionale alla derivata temporale
di I con costante di proporzionalita' L che si chiama
induttanza della bobina. In uno stesso intervallino di tempo
dt, attraverso ogni sezione trasversa dell'avvolgimento della
bobina, passa la stessa quantita' di carica dQ, quindi il valore
della corrente I e' lo stesso a ogni tempo attraverso ogni
sezione trasversa della bobina e possiamo applicare la (1).
Se la lunghezza d'onda della tensione eccitatrice V(t) diventa
paragonabile alle dimensioni della bobina, allora mentre
V cambia le varie parti della bobina non possono essere
informate sincronicamente del cambiamento, dato che
l'informazione sull'avvenuto cambiamento non puo'
viaggiare piu' velocemente della luce nel vuoto,
quindi ad es. l'intensita' di corrente non sara' piu' la stessa
nei vari punti dell'avvolgimento e la (1) non avra' piu'
senso e non si potra' piu' caratterizzare la bobina con
un unico valore di L "concentrato" nella bobina, si potra'
dire che adesso l'induttanza della bobina sara' "distribuita"
su tutto il suo corpo e per determinare la distribuzione
delle correnti e i valori del potenziale nei vari punti
e al passare del tempo bisognera' risolvere ab initio
il sistema delle equazioni di Maxwell con opportune
condizioni al contorno.
Aggiungo che all'aumentare della frequenza le cariche
tendono a spostarsi sulla superficie del conduttore,
facendo variare sia L che R, e che diventa importante
la capacita' dell'avvolgimento della bobina che e'
trascurabile a bassa frequenza, in conseguenza e'
impensabile alimentare un solenoide alla frequenza
delle microonde e sperare che si comporti ammodo ;-)
Trovi qualcosa sulle costanti distribuite ad es. su Wikipedia:
http://it.wikipedia.org/wiki/Circuito_elettrico
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

 Ciao

 ioni della fiamma tanto da aumentarne la temperatura ?
Mi sembra veramente troppo poco per ottenere qualche
effetto misurabile... :-)
Sarebbe gi� pi� verosimile prendere un nucleo ferromagnetico
a forma di C, avvolgere alcune decine di spire di filo di sezione
adeguata, porre il tubo (non di metallo) tra gli estremi aperti
della C e collegare le spire alla rete elettrica. Se non stalta tutto,
potresti ottenere qualche risultato: il campo magnetico alternato
dovrebbe essere suffciente a muovere gli ioni. Non incrementi
di molto l'energia del plasma, ma per lo meno dovresti favorire
un p� la cinetica delle reazioni... [Occhio che se non dimensioni
bene il tutto dal punto di vista elettrico e magnetico puoi
combinare disastri di vario genere... :-) ].
A.D.

 corrente ma a alta frequenza ?
Ad alta frequenza invece dei fili bisogna usare ad
es. guide d'onda, cioe' tubi sagomati all'interno dei
quali si possono propagare particolari "modi" del
campo e.m., e che rendono il circuito elettrico piuttosto
simile a un circuito idraulico ;-)
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

 trasformandola in un plasma pi� energetico.
Non tanto, ovvero non direttamente. Le micro-onde accelerano la
combustione in base ad un meccanismo leggermente diverso che sfrutta
molto bene l'energia fornita dalle micro-onde.
http://www.patentstorm.us/patents/5370525/description.html
[cut]

 che la investe,
La mia frase precedente e' del tutto sbagliata, cancellala.
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani 

 
http://www.patentstorm.us/patents/5370525/description.html
Non hai qualche altro riferimento piu' dettagliato?
Un brevetto non mi sembra molto affidabile come fonte,
credo che i funzionari si limitino a verificare il carattere
di novita' dell'invenzione ma non la sua efficacia,
inoltre qui si parla di irradiare il combustibile con
microonde ma contemporaneamente iniettare
ossigeno, sarebbe interessante poter separare i
due effetti e avere magari dati quantitativi,
come del resto interessava a Soviet Mario.
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani

 ossigeno, 
non l'ho ancora letto, ma da come riassumi parrebbe un 
mw-mixing, che preriscalda il combustibile (indi lo presumo 
liquido). Vabb� lo legger� in seguito.
Credo cmq che il migliore mixing di per s� sui fumi non 
servirebbe a nada, quando sono nel camino li assumo omogenei 
(spazialmente, temporalmente no, ma non intendo fare strani 
accumuli di fumi, anche perch� dovrei coibentare, boh), 
mentre servirebbe riscaldarli per riaccendere alcune 
reazioni "frozen".
Mi si potrebbe dire perch� non pensare a un catalizzatore, 
ma ammesso di trovarlo, non saprei come risolvere il 
problema del controllo zero sul combustibile. Magari basta 
un legnetto, che so, impregnato di rame per la putrescenza, 
che mi rovina tutto. O un legno che contiene pi� zolfo de 
normale,
Ah, poi mi � venuta in mente una cosa ... a proposito del 
nucleo di ferrite ad "U" di cui innestare i rebbi aperti nel 
tubo. Sulle prime pensavo a un bel tondino termicamente 
insensibile. Ma non credo sarebbe adatto : forse, tra il 
fumo caldo da un lato, e l'induzione dall'altro, rischierei 
di fonderlo (e assorbirebbe uno sfracello di potenza extra 
in inutili correnti parassite, vero ?
Dovrei fare una sorta di treccia di fili di ferro isolati 
tra loro. Ma non so bene che genere di isolante si 
presterebbe. Presumo che almeno la parte non immersa nel 
fuoco debba rimanere ben isolata, cos� da non scaldare il 
nucleo all'esterno dove proprio � energia persa.
Nella limitata parte che sporge dentro il fumo, ok, se si 
riuscisse a mantenere isolata pure quella meglio, ma forse 
se anche li l'isolamento brucia via e i fili di ferro si 
cortocircuitano, non � un gran male.
Avere delle punte incandescenti potrebbe innescare 
l'accensione anche a presindere dal resto. Il punto per� 
sarebbe stabilire se le correnti parassite fossero 
sufficienti a fondere proprio le punte dei fili dove si 
toccano sino a farle sgocciolare gi� ... e temo vivamente 
che succederebbe.
A scuola ad AL ho visto che nel fornetto a induzione ci 
fondono piccole masse di acciai speciali, e non � poi che 
assorbano quella straordinaria potenza. E' solo un modo di 
somministrare calore tremendamente efficace nel metallo.
Ergo il nucleo monolitico in tondino che avevo pensato ora 
me pare na strunzata ;-) ma quello in treccia di filo 
isolato non riesco a pensare come accidenti isolarlo. Il 
brutto � che la normale ruggine di ferro non � un grande 
isolante. Ci vorrebbe qualche accidente di vetrina ceramica 
per resistere alla fiamma, ma la patina ceramica quasi di 
certo non si dilaterebbe quanto il ferro, e magari si 
distaccherebbe o criccherebbe dopo poche accensioni / 
spegnimenti.
Devo pensare se si riesca a raggiungere una accettabile 
massa attiva di ferro avvolgendo dei fili in un nastro di 
tessuto di fibra di vetro termico da guarnizioni. Purtrppo 
il grosso della sezione del nucleo finirebbe per essere di 
vetro, con poco ferro dentro volendo garanzia di evitare il 
corto.
Mah ... bella altra gatta da pelare
Cmq confido in qualche straccio di conto circa come 
dimensionare una bobina, assumendo un nucleo di fili di 
ferro da 1 mm o 2 mm di diametro singolo, per un totale di 
... boh, 2 cm ? 3 cm ? Magari diciamo di 50 filamenti.
Ah, domanduccia ... con che sostanza isolano i nuclei gi� 
fatti dei trasformatori ? Non � termo resistente vero ? PAre 
vernice ...
ciao
Soviet


 all'idea del nucleo di ferro !
Io rilancio con l'idea dell'alta tensione... :-)
Tra l'altro penso che la cosa si potrebbe testare
in piccolo: basterebbe misurare la temperatura di una
fiammella sottoposta al campo elettrico o magnetico.
Se la tua idea funziona la temperatura dovrebbe
aumentare accendendo il campo (supponendo tutte
le altre condizioni costanti).
Ciao,
A.D.

 in piccolo: basterebbe misurare la temperatura 
non ho nessun pirometro salvo l'occhio (vagamente allenato).
Cmq presumo che un netto cambiamento cromatico debba essere 
indizio di mutate condizioni del plasma.
Vabb� ti ringrazio. Se puoi/vuoi provare a fare qualche 
calcolo per la bobina, ti sono riconoscente.
ciao
Soviet


 calcolo per la bobina, ti sono riconoscente.
Dipende molto dal materiale del nucleo e dalle dimensioni
sue e del traferro, bisogna prima fissare queste cose...
Si pu� fare un conto generico giusto per evitare casini
grossolani, ma nessuno ti garantisce che poi il flusso
magnetico sia un decimo di quello calcolato perch� il
nucleo satura prima... Comunque faccio un conto
approssimativo e ti faccio sapere.
Ciao,
A.D.

 Giorgio Bibbiani

 
http://www.informaworld.com/smpp/content~content=a777959447&db=all
Le conclusioni sono pero' sconfortanti:
"Because the large flame velocity enhancement was observed
only when gas breakdown took place and as such a large amount
of rf power was delivered to the flame, the application of this effect
to augment flame speed in a practical situation is not encouraging."
Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani