STEP #30: La scienza e la tecnica della cosa


La legge che descrive la combustione di una candela (e non solo) è:



Le prime candele venivano realizzate con la cera d'api, successivamente venne sostituita dalla stearina, derivata dalla saponificazione alcalina del grasso animale. 
La stearina era ideale perché caratterizzata da una temperatura di fusione, dai 52 a 60 °C, vicino anche al suo punto di rammollimento, il che rendeva possibile che la candela di stearina mantenesse la sua forma anche in una stanza calda. 

La stearina C57H110O6 è una miscela di acido palmitico e acido stearico, due fra i più comuni acidi grassi saturi rispettivamente a 16 e 18 atomi di carbonio. 

Struttura della stearina

Da metà '900 per la fabbricazione delle candele si utilizzò in prevalenza la paraffina, una miscela di idrocarburi saturi che ora si ottiene quasi esclusivamente dal petrolio. Oggi le candele di paraffina occupano oltre il 95% del mercato.
La cera poi, può contenere uno o più additivi, ad esempio per renderla più opaca, o per colorarla secondo particolari esigenze con un apposito colorante, solubile o finemente diviso.
Lo stoppino viene realizzato in cotone intrecciato, poi impregnato con una soluzione acquosa di sali di ammonio, acido borico e fosfati. I sali di ammonio impediscono allo stoppino di ardere troppo rapidamente, mentre l’acido borico e i fosfati impediscono il distacco dallo stoppino di pezzi di cenere roventi e riducono il fumo una volta spenta la candela.
Nella combustione la cera viene assorbita per capillarità nello stoppino e poi evapora dalla sua superficie.
Nella fiamma della candela è possibile distinguere quattro zone, ognuna caratterizzata da differenti reazioni chimiche:

  • La zona I, dove le molecole di paraffina sono coinvolte nella scissione termica.
  • La zona II, una lungo i bordi laterali e inferiori della fiamma.
  • L’unica parte debolmente luminosa della zona di reazione, la zona III si trova lungo i bordi superiori esterni.
  • L’area gialla luminosa e pallida che si estende dal centro fino alla punta visibile della fiamma è la zona IV.

Nella zona I si creano delle molecole ad alto contenuto di carbonio che salgono, sotto forma di fuliggine, fino alla zona IV a temperature superiori a 1200 °C.
La luce gialla delle candele non è quindi, come si può pensare, il risultato di una reazione chimica, ma proviene dalle particelle solide di fuliggine che trasformano la loro energia termica in luce e che noi percepiamo di colore giallo.

E' proprio per via della presenza di queste particelle di carbonio che se noi osserviamo l'ombra di una candela accesa possiamo vedere soltanto la zona IV e non l'ombra delle altre zone della fiamma.


Per quanto riguarda i metodi produttivi, in principio le candele venivano realizzate tramite immersione, ovvero lo stoppino veniva ripetutamente immerso nella cera fusa.

Candele realizzate per immersione
Oggi, invece, per grandi volumi produttivi viene usata la tecnica dell'estrusione: della polvere di cera viene pressata ad alta pressione in un cilindro e fatta uscire compattata da una trafila.

Macchina per l'estrusione delle candele




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