1 DESCRIZIONE NASTRO METALLICO PER BRUCIATORE A PREMISCELAMENTO La presente invenzione ha per oggetto un nastro metallico piano per un bruciatore a premiscelamento. Il bruciatore a premiscelamento ottenuto dal nastro metallico oggetto dell’invenzione trova in particolare 5 applicazione nella combustione di miscele contenenti gas reattivi come l’idrogeno, ma è utilizzabile in generale per bruciare miscele contenenti aria come comburente e gas combustibili come metano o propano, ad esempio, e permette di produrre fiamme stabili sulla superficie del nastro stesso nonché di erogare potenza termica in un ampio campo di 10 funzionamento senza ritorni di fiamma. Un bruciatore per la combustione di miscele contenenti idrogeno è noto dalla domanda internazionale di brevetto pubblicata con il numero WO 95/23315 A1. Il bruciatore descritto in questa pubblicazione ha forma piana ed è realizzato preferibilmente con un corpo ceramico poroso. Allo 15 scopo di ridurre il rischio di fenomeni di ritorno di fiamma (flashback, in inglese) e di migliorare il ricircolo dei gas di combustione per ridurre le emissioni di ossidi inquinanti, il bruciatore descritto in WO 95/23315 A1 presenta una porosità (definita in quel documento come rapporto tra l’area di tutte le aperture e l’area totale del bruciatore piano) inferiore al 5%; 20 secondo quanto indicato nel documento, la bassa porosità del bruciatore descritto in WO 95/23315 permette di aumentare significativamente la velocità di uscita della miscela rispetto alla velocità di fiamma e contribuisce a ridurre le emissioni di ossidi inquinanti. Tuttavia, gli esempi descritti in WO 95/23315 A1 indicano che la temperatura del corpo del 25 bruciatore raggiunge valori molto elevati durante la combustione di miscele comprendenti gas altamente reattivi e che, di conseguenza, il bruciatore descritto è soggetto a fenomeni di ritorno di fiamma. Il nastro oggetto del presente trovato è in grado di superare gli
2 inconvenienti della tecnica nota e di ridurre significativamente il rischio di fenomeni di ritorno di fiamma, grazie ad una innovativa distribuzione delle aperture sulla superficie del nastro e ad una opportuna scelta della porosità del nastro. La distribuzione delle aperture descritta sotto e i valori di porosità adottati nel nastro secondo il presente trovato migliorano la dissipazione del calore generato sul nastro durante la combustione di una miscela gassosa, in particolare di miscele comprendenti gas altamente reattivi come l’idrogeno, e permettono di controllare la velocità di fiamma così da ridurre il rischio di ritorni di fiamma. Il nastro metallico oggetto del presente trovato è un nastro piano per un bruciatore a premiscelamento e comprende almeno una prima regione cieca, cioè una regione priva di perforazioni, almeno una regione perforata adiacente alla prima regione cieca e dotata di aperture aventi una forma a simmetria assiale, e una seconda regione cieca priva di perforazioni e adiacente all’almeno una regione perforata. Ciascuna delle aperture che formano la perforatura nell’almeno una regione perforata presenta almeno un primo asse di simmetria e un centro. Le aperture sono disposte in successione lungo una prima direzione in maniera che i centri di aperture successive in detta prima direzione siano disposti ad una prima distanza costante l’uno dall’altro. Le aperture dell’almeno una regione perforata sono dunque disposte in maniera regolare e periodica lungo detta prima direzione. Detta prima distanza tra i centri di aperture successive lungo detta prima direzione rappresenta un primo passo periodico con cui le aperture sono ripetute in maniera regolare lungo la prima direzione. Le aperture dell’almeno una regione perforata sono inoltre disposte in successione lungo una seconda direzione, perpendicolare alla prima direzione, in maniera che i centri di aperture successive in detta seconda direzione siano ad una seconda distanza l’uno dall’altro costante e maggiore della prima distanza. Le aperture dell’almeno una regione
3 perforata sono dunque disposte in maniera regolare e periodica anche lungo detta seconda direzione. Detta seconda distanza tra i centri di aperture successive lungo detta seconda direzione rappresenta un secondo passo periodico con cui le aperture sono ripetute in maniera regolare anche lungo la seconda direzione. Detto secondo passo periodico nella seconda direzione è maggiore del primo passo periodico nella prima direzione. L’almeno una regione perforata è interposta tra la prima regione cieca e la seconda regione cieca in una direzione parallela alla prima direzione. Nel nastro oggetto del presente trovato i centri di aperture disposte in successione nella prima direzione sono alternatamente sfalsati l’uno rispetto all’altro nella seconda direzione. Lo sfalsamento tra detti centri è misurato nella seconda direzione tra i centri di aperture disposte in successione nella prima direzione ed è costante e inferiore alla seconda distanza. In questo modo, la disposizione delle aperture lungo la prima e la seconda direzione definisce un motivo periodico di foratura con passo pari alla prima distanza nella prima direzione e passo pari alla seconda distanza nella seconda direzione. Poiché i centri di aperture disposte in successione nella prima direzione sono alternatamente sfalsati l’uno rispetto all’altro nella seconda direzione, le aperture che definiscono il motivo periodico di foratura sono disposte a zigzag nella prima direzione. Dato inoltre che le aperture che definiscono il motivo periodico di foratura sono disposte in maniera regolare lungo la seconda direzione ad un secondo passo periodico pari alla seconda distanza, che è a sua volta maggiore dello sfalsamento tra i primi assi di simmetria delle aperture che si susseguono nella prima direzione, il motivo periodico di foratura presenta caratteristicamente una serie di righe o colonne di aperture che si estendono nella prima direzione e si ripetono nella seconda direzione ad un passo pari al secondo passo periodico; all’interno di ciascuna riga o colonna, le aperture si susseguono nella prima direzione secondo un motivo a zigzag.
4 Questo motivo a zigzag, dovuto allo sfalsamento tra i centri di simmetria di aperture che si susseguono nella prima direzione all’interno di ciascuna riga o colonna, favorisce la trasmissione del calore creato dalle fiamme in ciascuna apertura, durante la combustione della miscela, in direzione laterale verso le regioni di nastro metallico che si trovano tra le righe o colonne di aperture zigzaganti. Grazie al fatto che il secondo passo periodico del motivo periodico di foratura, cioè la seconda distanza nella seconda direzione, è maggiore dello sfalsamento tra le aperture disposte a zigzag in ciascuna riga o colonna, le regioni di nastro metallico tra righe o colonne adiacenti del motivo periodico di foratura, cioè tra le righe o colonne di aperture zigzaganti, formano dei “corridoi” di nastro metallico non forato che permettono di trasmettere il calore generato dalle fiamme nelle aperture verso la prima e la seconda regione cieca tra le quali è interposta l’almeno una regione perforata. La disposizione delle aperture secondo un motivo a zigzag nella prima direzione, ottenuta mediante lo sfalsamento tra i primi assi di simmetria di aperture che si susseguono all’interno di ciascuna riga o colonna in detta prima direzione, e la disposizione regolare delle righe o colonne di aperture zigzaganti secondo un passo maggiore di detto sfalsamento permettono dunque, in combinazione, di trasferire il calore generato dalle fiamme nelle aperture dell’almeno una regione perforata verso la prima e la seconda regione cieca tra le quali detta almeno una regione perforata è interposta. In questo modo è possibile abbassare significativamente la temperatura del nastro metallico secondo il presente trovato. L’abbassamento della temperatura così ottenuto permette vantaggiosamente di impiegare il nastro oggetto del presente trovato per realizzare bruciatori piani e cilindrici in grado di bruciare miscele contenenti gas altamente reattivi come l’idrogeno. Grazie al significativo abbassamento della temperatura del nastro durante la combustione, i bruciatori ottenuti mediante il nastro del presente trovato presentano un
5 rischio significativamente più basso di ritorni di fiamma rispetto a bruciatori della tecnica nota. Tipicamente, il bruciatore ottenuto mediante il nastro oggetto del presente trovato è impiegato per scaldare un fluido come l’acqua in combinazione con uno scambiatore di calore. La distribuzione delle aperture secondo il motivo periodico di foratura descritto sopra permette di ridurre le sollecitazioni termomeccaniche e ossidative del nastro e dei componenti con cui il bruciatore ottenuto mediante il nastro interagisce, come ad esempio l’elettrodo di accensione e lo scambiatore di calore. Grazie alla distribuzione delle aperture secondo il motivo periodico di foratura descritto sopra è inoltre possibile migliorare l’accoppiamento termico con i percorsi del fluido da scaldare all’interno dello scambiatore di calore. Il nastro oggetto del presente trovato si caratterizza inoltre per il fatto che la porosità, definita come rapporto tra l’area di tutte le aperture dell’almeno una regione perforata e l’area dell’almeno una regione perforata, è almeno pari al 6%. Una porosità almeno pari al 6% permette di controllare la velocità di fiamma in corrispondenza delle aperture dell’almeno una regione perforata in maniera tale da ridurre il rischio di fenomeni di ritorno di fiamma (flashback). In combinazione con la distribuzione delle aperture descritta sopra, una porosità dell’almeno il 6% permette inoltre - a parità di area aperta totale (cioè di area di tutte le aperture dell’almeno una regione perforata) e di potenza termica erogata - di distribuire la potenza termica in maniera più uniforme sulla superficie del nastro: di conseguenza, nelle applicazioni in cui il nastro oggetto del trovato è tipicamente impiegato, cioè in combinazione con uno scambiatore di calore per riscaldare un fluido come acqua, la combinazione dell’effetto della porosità con l’effetto della distribuzione delle aperture secondo un motivo periodico a righe o colonne come descritto permette di distribuire la potenza termica erogata su una superficie più ampia dello scambiatore di calore.
6 Vantaggiosamente, ciascuna apertura può essere costituita da una fenditura di forma allungata; in questo caso, il primo asse di simmetria può essere vantaggiosamente orientato nella direzione della lunghezza di ciascuna fenditura: in altri termini, il primo asse di simmetria può vantaggiosamente coincidere con l’asse longitudinale di ciascuna fenditura. In una prima forma realizzativa basata sull’impiego di aperture a forma di fenditure, il primo asse di simmetria di ciascuna apertura è orientato perpendicolarmente alla prima direzione. In una seconda forma realizzativa, alternativa alla prima, il primo asse di simmetria di ciascuna apertura è orientato parallelamente alla prima direzione. L’impiego di aperture a forma di fenditura allungata permette, grazie alla direzionalità delle aperture, di migliorare l’effetto di trasferimento del calore dalle aperture poste nell’almeno una regione perforata verso le regioni di nastro metallico che si trovano tra le righe o colonne di aperture zigzaganti e/o verso la prima e la seconda regione cieca tra le quali è disposta l’almeno una regione perforata. Sia nella prima che nella seconda forma realizzativa appena descritte, la lunghezza di ciascuna apertura di forma allungata può essere compresa tra 1,75 mm e 2,10 mm ed è preferibilmente pari a 2 mm; la larghezza di ciascuna apertura, misurata nella direzione perpendicolare all’asse longitudinale, può essere compresa tra 0,3 mm e 0,7 mm ed è preferibilmente pari a 0,5 mm. Inoltre, in entrambe le summenzionate forme realizzative, la prima distanza è preferibilmente uguale a, o maggiore di, L/2 e minore di, o uguale a, L (cioè L/2 ≤ d1 ≤ L), dove L è la lunghezza di ciascuna apertura di forma allungata, la seconda distanza è preferibilmente uguale a, o maggiore di, 1,25L e minore di, o uguale a, 3,5L (cioè 1,25L ≤ d2 ≤ 3,5L) e la distanza di sfalsamento è vantaggiosamente maggiore di zero e minore o uguale a L (cioè 0 < S ≤L). Le dimensioni indicate per ciascuna apertura di forma allungata e i rapporti dimensionali appena descritti tra la prima o la seconda distanza e la
7 lunghezza di ciascuna apertura di forma allungata permettono di ottimizzare il trasferimento del calore dall’almeno una regione perforata verso le regioni di nastro metallico che si trovano tra le righe o colonne di aperture zigzaganti e/o verso la prima e la seconda regione cieca tra le quali è disposta l’almeno una regione perforata. Tali rapporti dimensionali permettono inoltre di contrastare l’effetto di riscaldamento dei fumi caldi di ricircolo che si formano tra le righe o colonne di aperture zigzaganti. Alternativamente, ciascuna apertura può essere costituita da un foro circolare di diametro compreso tra 0,40 e 0,80 mm e preferibilmente pari a 0,60 mm. In questa forma realizzativa, la prima distanza può essere maggiore di D/2 e minore di 2D (cioè D/2 < d1 < 2D), dove D è il diametro di ciascun foro circolare, la seconda distanza può essere uguale a, o maggiore di, 2D e minore o uguale a 6D (cioè 2D ≤ d2 ≤ 6D) e la distanza di sfalsamento è maggiore di zero e minore o uguale a 1,25D (cioè 0 < S ≤ 1,25D). L’impiego di aperture circolari, pur essendo meno preferibile rispetto all’impiego di aperture di forma allungata, dato che queste ultime permettono di trasferire più efficacemente il calore dall’almeno una regione perforata alle regioni cieche, può comunque essere sfruttato utilmente per ridurre vibrazioni e fenomeni di risonanza termoacustica. Gli effetti tecnici del presente trovato possono comunque essere raggiunti anche impiegando aperture di altre forme, purché abbiano simmetria assiale e presentino almeno un primo asse di simmetria e un centro: a titolo di esempio si possono citare aperture di forma triangolare, romboidale o ellittica. L’almeno una regione perforata ha una dimensione predeterminata W nella prima direzione; la dimensione predeterminata W dell’almeno una regione perforata nella prima direzione può vantaggiosamente essere compresa tra 10 mm (ad esempio per realizzare un bruciatore cilindrico in grado di erogare una potenza nominale di 15 kW) e 750 mm (ad esempio per realizzare un bruciatore piano in grado di erogare una potenza
8 nominale di 108 kW). La prima regione cieca e la seconda regione cieca hanno, nella prima direzione, rispettivamente una prima dimensione W1 e una seconda dimensione W2. L’almeno una regione perforata del nastro secondo il presente trovato può vantaggiosamente comprendere una pluralità di motivi periodici di foratura. Ciascun motivo periodico di foratura comprende quindi aperture disposte a un passo pari alla prima distanza nella prima direzione e a un passo pari alla seconda distanza nella seconda direzione. In questa forma realizzativa in cui il nastro presenta molteplici motivi periodici di foratura, questi ultimi possono essere vantaggiosamente disposti lungo la seconda direzione ad una terza distanza di separazione l’uno dall’altro preferibilmente maggiore della seconda distanza: in questo modo, detti motivi periodici di foratura possono essere separati l’uno dall’altro lungo detta seconda direzione da regioni prive di perforazioni e aventi ciascuna una dimensione pari a detta terza distanza di separazione nella seconda direzione. Queste regioni prive di perforazioni che separano l’uno dall’altro i motivi periodici di foratura svolgono una funzione tecnica simile a quella delle regioni di nastro non forato che, all’interno di un singolo motivo periodico di foratura, separano l’una dall’altra le righe o colonne di aperture zigzaganti: in ciascuno dei motivi periodici di foratura, dette regioni prive di perforazioni fungono da “corridoi” di nastro metallico non forato che permettono di trasmettere il calore, generato dalle fiamme nelle aperture all’interno di ciascun motivo periodico di foratura, verso la prima e la seconda regione cieca tra le quali sono interposti tutti i motivi periodici di foratura compresi nell’almeno una regione perforata. La terza distanza di separazione può vantaggiosamente assumere un valore inferiore a 9 mm e, ancor più vantaggiosamente, inferiore a 7,50 mm. Per valori della terza distanza inferiori a 7,50 mm, il calore generato durante la combustione viene distribuito efficacemente sulle regioni metalliche prive di perforazioni che separano i motivi periodici e si ottiene
9 un significativo abbassamento della temperatura complessiva del nastro. Questi effetti sono raggiungibili in misura ridotta per valori della terza distanza compresi tra 7,50 mm e 9 mm. Per valori della terza distanza superiori a 9 mm, il fenomeno di ricircolo dei fumi caldi diviene importante e può ridurre il benefico effetto di raffreddamento del nastro prodotto dalla presenza delle suddette regioni metalliche prive di perforazioni. Nel caso di un nastro comprendente una pluralità di motivi periodici di foratura, la porosità del nastro è data dal rapporto tra l’area di tutte le aperture di tutti i motivi periodici di foratura e l’area totale dell’almeno una regione perforata in cui sono compresi detti motivi periodici di foratura. Ai fini del calcolo della porosità, l’almeno una regione di foratura si considera estesa tra due linee immaginarie parallele alla prima direzione del nastro e tangenti rispettivamente all’estremità sinistra delle aperture nel motivo periodico di formatura più a sinistra e all’estremità destra delle aperture nel motivo periodico di foratura più a destra. Dunque, ai fini del calcolo della porosità di un nastro con molteplici motivi periodici di foratura, l’area dell’almeno una regione perforata comprende anche le aree delle regioni prive di perforazioni, cioè dei “corridoi” che separano motivi periodici di foratura successivi. Ad ogni modo, anche nel caso di un nastro comprendente una pluralità di motivi periodici di foratura, la porosità del nastro è sempre superiore al 6% e produce i medesimi effetti tecnici descritti sopra in relazione ad una regione perforata comprendente un solo motivo periodico di foratura. Il nastro oggetto del presente trovato può utilmente comprendere una pluralità di regioni perforate, disposte in successione l’una a distanza dall’altra nella prima direzione. Ciascuna delle regioni perforate può comprendere un singolo motivo periodico di foratura o, in alternativa, una pluralità di motivi periodici di foratura disposti come spiegato sopra per il caso di una sola regione perforata, cioè disposti in ciascuna regione perforata lungo la seconda direzione ad una terza distanza di separazione l’uno dall’altro preferibilmente maggiore della seconda distanza.
10 In tutte le forme realizzative descritte, il nastro secondo il presente trovato può vantaggiosamente essere provvisto di una terza regione cieca e di una quarta regione cieca, entrambe dunque prive di perforazioni: in questo caso, l’almeno una regione perforata è disposta tra la terza regione cieca e la quarta regione cieca in direzione parallela alla seconda direzione. Nelle forme realizzative che prevedono una terza e una quarta regione cieca, queste ultime hanno, nella seconda direzione, rispettivamente una terza dimensione W3 e una quarta dimensione W4 predeterminate; vantaggiosamente, la terza dimensione W3 può essere identica alla quarta dimensione W4. In una forma realizzativa particolarmente vantaggiosa, la prima dimensione W1 della prima regione cieca, la seconda dimensione W2 della seconda regione cieca, la terza dimensione W3 della terza regione cieca e la quarta dimensione W4 della quarta regione cieca possono avere un valore identico. Questa forma realizzativa si presta utilmente alla realizzazione di bruciatore piani a premiscelamento comprendenti un nastro metallico come descritto. Nel caso di bruciatori piani, gli effetti della presente invenzione possono tuttavia essere ugualmente raggiunti anche impiegando un nastro come descritto sopra e nel quale la prima dimensione W1 è identica alla seconda dimensione (W2) e la terza dimensione (W3) è identica alla quarta dimensione (W4). In altre parole, nel caso di bruciatori piani realizzati impiegando nastri secondo il presente trovato non è necessario che la prima, la seconda, la terza e la quarta regione cieca abbiano un’unica e identica dimensione: è anche possibile che solo coppie di regioni cieche contrapposte abbiano una medesima dimensione. Il presente trovato ha per oggetto anche bruciatori cilindrici, ottenibili ripiegando un nastro metallico secondo il presente trovato su sé stesso intorno ad un asse parallelo alla prima direzione. Nel caso di nastri metallici destinati a essere usati per realizzare un
11 bruciatore cilindrico, il nastro metallico presenta una prima regione cieca la cui la prima dimensione W1 è vantaggiosamente minore di 1/8 della seconda dimensione W2 della seconda regione cieca. La prima dimensione W1 è preferibilmente uguale a, o maggiore di, 3 mm e minore di, o uguale a, 5 mm; ancor più preferibilmente, la prima dimensione W1 è pari a 3 mm. Il nastro così descritto può essere ripiegato su sé stesso intorno ad un asse parallelo alla prima direzione così da formare un corpo tubolare che costituisce il corpo del bruciatore cilindrico secondo il presente trovato. Vantaggiosamente, il bruciatore cilindrico così ottenuto può comprendere un coperchio disposto all’estremità del corpo tubolare adiacente alla prima regione cieca, in maniera da chiudere detta estremità. Inoltre, il bruciatore cilindrico descritto può vantaggiosamente comprendere anche un disco forato per l’immissione di una miscela di aria e gas nella prima direzione del nastro, coincidente con la direzione assiale del bruciatore. Tale disco forato può essere vantaggiosamente disposto all’estremità del tubo adiacente alla seconda regione cieca. Il bruciatore cilindrico così ottenuto può anche comprendere un distributore interno provvisto di fori e collocato coassialmente all’interno del bruciatore cilindrico. Alternativamente, il disco forato può svolgere la funzione di distributore della miscela, secondo gli insegnamenti del brevetto EP 2037175 della richiedente; in questo caso, il bruciatore cilindrico non comprende un distributore interno. Sia il bruciatore cilindrico che il bruciatore piano ottenibili da un nastro secondo il presente trovato possono essere vantaggiosamente impiegati per la combustione di miscele gassose comprendenti idrogeno. Il meccanismo di trasmissione o trasporto del calore generato durante la combustione all’interno di ciascun motivo periodico di foratura verso la prima e la seconda regione cieca, descritto sopra, permette di mantenere bassa la temperatura del nastro, durante il funzionamento del bruciatore, e riduce sensibilmente il rischio di fenomeni di ritorno di fiamma, rischio che diviene particolarmente alto nel caso di combustione di gas altamente
12 reattivi come l’idrogeno, quando la temperatura del nastro metallico che forma il bruciatore si innalza. Le caratteristiche descritte risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme realizzative, illustrate a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno, in cui: - la figura 1 illustra schematicamente un nastro piano secondo una prima forma realizzativa del presente trovato; - la figura 2 illustra un ingrandimento della regione circoscritta in un cerchio di figura 1; - la figura 3 illustra un nastro piano secondo una seconda forma realizzativa del presente trovato; - la figura 4 illustra un ingrandimento della regione circoscritta in un cerchio di figura 3; - la figura 5 illustra un nastro piano secondo una terza forma realizzativa del presente trovato; - la figura 6 illustra un ingrandimento della regione circoscritta in un cerchio di figura 5; - la figura 7 illustra un nastro piano secondo una quarta forma realizzativa del presente trovato; - la figura 8 illustra un ingrandimento della regione circoscritta in un cerchio di figura 7; - la figura 9 illustra l’andamento del coefficiente λ di quattro bruciatori cilindrici ottenuti da quattro nastri caratterizzati da differenti distribuzioni di fenditure allungate; - la figura 10 illustra la disposizione delle fenditure allungate in ciascuno dei bruciatori cilindrici di cui la figura 9 mostra l’andamento del coefficiente λ; - la figura 11 illustra il livello di emissione di ossidi di azoto dei bruciatori rappresentati nella figura 10.
13 La figura 1 illustra schematicamente un nastro piano secondo una prima forma realizzativa del presente trovato. Il nastro presenta una larghezza (LD) di 217,6 mm e un’altezza (WD) di 73 mm e comprende una sola regione perforata (P) comprendente una pluralità di aperture (1) di forma allungata (si veda l’ingrandimento di figura 2), collocata tra una prima regione cieca (C1), di altezza (W1) pari a 3 mm e disposta nella parte inferiore del nastro illustrato, e una seconda regione cieca (C2) di altezza (W2) pari a 50 mm e disposta nella parte superiore del nastro. L’altezza (W) della regione perforata (P) è di 20 mm. Le aperture (1) di forma allungata nella regione perforata (P) centrale presentano un primo asse di simmetria (a1) orientato nella direzione della lunghezza di ciascuna apertura, come si può vedere nell’ingrandimento di figura 2; detto primo asse di simmetria dunque coincide, nella forma realizzativa di figura 1, con l’asse longitudinale delle fenditure che formano ciascuna apertura. La direzione lungo cui sono orientati detti assi di simmetria (a1) è quindi parallela alla direzione della dimensione maggiore del nastro, cioè alla larghezza, nel caso del nastro illustrato in figura 1. Le aperture del nastro mostrato nelle figure 1 e 2 hanno una lunghezza L di 2 mm e una larghezza h (misurata nella direzione dell’altezza del nastro; si veda la figura 2) di 0,5 mm. Le aperture (1) di forma allungata sono disposte secondo un motivo regolare e periodico lungo due direzioni: in una prima direzione (A1), parallela alla dimensione minore del nastro, cioè alla sua altezza, i centri delle aperture si succedono ad una prima distanza (d1) l’uno dall’altro pari a 1,3 mm, come si può vedere dall’ingrandimento di figura 2; in una seconda direzione (A2) parallela alla larghezza del nastro e dunque perpendicolare alla prima distanza, le aperture sono disposte in maniera regolare e periodica ad una seconda distanza (d2) tra i centri di aperture successive pari a 7,2 mm. Come si può vedere dalla figura 1, nella prima direzione (A1) le aperture non formano una colonna allineata ma sono alternatamente sfalsate l’una rispetto all’altra: più precisamente, i centri di
14 aperture disposte in successione nella prima direzione (A1), cioè nella direzione parallela all’altezza del nastro di figura 1, sono alternatamente sfalsati l’uno rispetto all’altro nella seconda direzione (A2), cioè nella direzione parallela alla larghezza del nastro. Lo sfalsamento (S) tra i centri di aperture adiacenti è di 1 mm (si veda dall’ingrandimento di figura 2); il valore di tale sfalsamento (S) è inferiore alla seconda distanza (d2, pari a 7,2 mm) tra i centri di aperture adiacenti nella seconda direzione. Il valore di sfalsamento (S) nel nastro di figura 1 (1 mm) coincide, nella forma realizzativa illustrata, con la metà della lunghezza (L) di ciascuna delle aperture; tuttavia, tale condizione non è essenziale per raggiungere gli scopi del trovato. Lo sfalsamento (S) può assumere valori inferiori o superiori alla lunghezza (L) di ciascuna fenditura, a patto che rimanga inferiore alla seconda distanza (nel caso di figura 1 pari a 7,2 mm) tra i centri di fenditure successive nella seconda direzione. Nella forma realizzativa di figura 1, il primo asse di simmetria (a1) di ciascuna apertura (1), coincidente con l’asse longitudinale di ciascuna apertura (1) a forma di fenditura, è parallelo alla seconda direzione (A2) del nastro, cioè alla direzione della larghezza. Nel nastro di figura 1, in cui le aperture sono distribuite in modo da formare una serie di colonne (2) che si susseguono nella seconda direzione (A2) del nastro, separate da regioni (4) prive di foratura, l’impiego di fenditure (1) di forma allungata con un primo asse di simmetria (a1) parallelo alla seconda direzione (A2) del nastro migliora il trasferimento del calore dalle aperture (1) verso le regioni cieche (4) che separano le colonne (2) di aperture (1). Tale orientamento del primo asse di simmetria (a1) di ciascuna apertura (1) non è tuttavia essenziale per raggiungere gli scopi del trovato: il primo asse di simmetria (a1) di ciascuna apertura può essere orientato anche nella prima direzione (A1), come spiegato sotto in relazione alla forma realizzativa illustrata nella figura 5. Nel caso di aperture di forma allungata disposte con il primo asse di simmetria parallelo alla seconda direzione (A2), come nel caso di figura 1,
15 la lunghezza (L) di ciascuna apertura può essere compresa tra 1,75 mm e 2,10 mm ed è preferibilmente pari a 2 mm, mentre la larghezza (h) di ciascuna apertura, misurata nella direzione perpendicolare al primo asse di simmetria, cioè ortogonalmente all’asse longitudinale, può essere compresa tra 0,3 mm e 0,7 mm ed è preferibilmente pari a 0,5 mm. Le dimensioni di ciascuna apertura permettono di definire il profilo della fiamma generata dalla combustione di una miscela gassosa in corrispondenza di ciascuna apertura. Come si può vedere dalla figura 1, le aperture (1) nel nastro illustrato sono disposte secondo un motivo regolare, nel seguito chiamato motivo periodico di foratura e costituito da una serie di sequenze o colonne (2) di aperture che si ripetono nella seconda direzione (A2) con un passo di 7,2 mm pari alla seconda distanza (d2), mentre ciascuna colonna (2) comprende una successione di aperture (1) alternatamente sfalsate che si susseguono nella prima direzione (A1) con un passo di 1,3 mm pari alla prima distanza (d1). Ciascuna delle colonne (2) del motivo periodico di foratura illustrato in figura 1 è dunque formata da una successione di aperture i cui centri non sono allineati nella prima direzione (A1). Lo sfalsamento (S) alternato tra centri di aperture disposte in successione nella prima direzione (A1), pari a 1 mm nel nastro illustrato, conferisce a ciascuna colonna (2) un andamento a zigzag che ha l’effetto tecnico di indurre un trasferimento del calore generato in corrispondenza di ciascuna apertura (1), durante la combustione, verso le regioni (4) di nastro metallico prive di foratura che separano le colonne (2). Grazie al fatto che la distanza (d2) tra i centri di aperture successive nella seconda direzione (A2) è maggiore dello sfalsamento (S), tra le colonne (2) di aperture disposte a zigzag vengono create le summenzionate regioni (4) di nastro prive di foratura. Tali regioni (4) prive di foratura formano dei “corridoi” ad elevata conducibilità termica, frapposti tra le colonne (2) su cui si formano le fiamme durante la combustione e in continuità termica con le due regioni cieche (C1, C2) poste rispettivamente alla base e alla sommità del
16 nastro. In questo modo, il calore generato sulle colonne (2) durante la combustione viene indirizzato lateralmente, grazie allo sfalsamento tra i centri delle aperture (1), verso le regioni (4) prive di foratura poste tra le colonne (2) e successivamente, grazie alla disposizione di dette regioni (4) prive di foratura tra la prima e la seconda regione cieca (C1, C2) del nastro, il calore viene di successivamente trasportato lungo le regioni (4) prive di foratura, che fungono da “corridoi”, verso le due regioni cieche (C1, C2) poste, nella figura, alla base e alla sommità del nastro illustrato. Il benefico effetto di riduzione della temperatura del nastro metallico raggiunto dal presente trovato è dunque reso possibile da tre caratteristiche del motivo periodico di foratura: la prima caratteristica è lo sfalsamento alternato tra i primi assi di simmetria delle aperture in ciascuna colonna (2), che favorisce il trasporto del calore dalle aperture (1) in una direzione - coincidente con la seconda direzione (A2) - perpendicolare alla direzione di ciascuna colonna, cioè perpendicolare alla prima direzione (A1) nella quale le aperture (1) si susseguono alternatamente sfalsate all’interno di ciascuna colonna (2); la seconda caratteristica è la disposizione - tra colonne (2) successive - di regioni (4) prive di foratura e sufficientemente ampie, grazie al fatto che la seconda distanza (d2) e dunque il passo con cui le colonne (2) sono disposte in successione è maggiore dello sfalsamento (S) tra le aperture di ciascuna colonna (2); la terza caratteristica è la collocazione di dette regioni (4) prive di foratura tra due opposte regioni cieche (C1, C2) che si fronteggiano nella prima direzione (A1). Quest’ultima caratteristica permette di trasportare in maniera direttiva il calore trasferito alle regioni (4) prive di forature da dette regioni prive di forature verso la prima e la seconda regione cieca (C1, C2) del nastro. Il trasporto del calore nel nastro del presente trovato illustrato a titolo di esempio nella figura 1 avviene dunque in maniera direttiva e successiva in due distinte direzioni: inizialmente nella seconda direzione (A2), dalle aperture (1) in ciascuna colonna (2) verso le regioni (4) prive di foratura, e successivamente da
17 queste ultime verso la prima e la seconda regione cieca (C1, C2), nella prima direzione (A1). Il nastro di figura 1 ha un’area complessiva pari a 15.884,8 mm2 (217,6 mm x 73 mm) e comprende 480 fenditure allungate, disposte su 30 colonne (2), ciascuna delle quali comprende 16 fenditure (1) alternatamente sfalsate. Ciascuna fenditura (1) ha lunghezza (L) pari a 2 mm, larghezza (h) pari a 0,5 mm e un’area di circa 1 mm2; il valore esatto dell’area - 0,946 mm2 - è leggermente inferiore a 1 mm perché le estremità di ciascuna fenditura (1) sono arrotondate. Le fenditure (1) formano un unico motivo periodico di foratura, caratterizzato da un primo passo pari a 7,2 mm nella direzione della larghezza del nastro, cioè nella prima direzione (A1), e da un secondo passo pari a 1,3 mm nella direzione dell’altezza del nastro, cioè nella seconda direzione (A2). Il motivo perforato periodico occupa una porzione del nastro di figura 1 avente altezza (W) pari a 20 mm e larghezza (LP) pari a 211,8 mm. La larghezza del motivo periodico di foratura è misurata tra due linee immaginarie rispettivamente tangenti all’estremità sinistra delle fenditure (1) nella prima colonna (2) a sinistra del motivo e all’estremità destra delle fenditure (1) nell’ultima colonna (2) a destra del motivo periodico di foratura. Ai fini del calcolo della porosità, nel caso di una regione perforata (P) comprendente un solo motivo periodico di foratura, come nel caso del nastro di figura 1, la larghezza dell’almeno una regione periodica (P) coincide con la larghezza (LP) del motivo periodico di foratura: in altri termini, l’almeno una regione perforata (P) non comprende le due regioni di bordo prive di forature visibili rispettivamente sul lato sinistro e destro del nastro di figura 1. Nelle forme realizzative del trovato che impiegano fenditure allungate, la seconda distanza (d2), cioè il secondo passo del motivo periodico di foratura (o di ciascun motivo periodico, nel caso in cui il nastro comprenda una pluralità di motivi periodici di foratura, come illustrato sotto)
18 preferibilmente non è superiore a 3,5 volte la lunghezza di ciascuna fenditura (1); poiché il valore massimo che la lunghezza (L) di ogni apertura (1) allungata può assumere preferibilmente non supera 2,10 mm, la seconda distanza (d2) nei nastri secondo il presente trovato che impiegano fenditure allungate vantaggiosamente non è superiore a 7,35 mm. Questa condizione permette di mantenere bassa la temperatura complessiva del nastro metallico, grazie alla presenza delle regioni (4) prive di foratura tra le colonne (2) di aperture (1), evitando allo stesso che il ricircolo di fumi caldi nelle regioni (4) tra le colonne (2) possa provocare fenomeni di flashback. Un aspetto importante del presente trovato è la porosità (p) del nastro. Nei nastri secondo il presente trovato la porosità (p), calcolata come rapporto tra l’area di tutte le aperture (1) dell’almeno una regione perforata (P) e l’area dell’almeno una regione perforata (P), è almeno pari al 6%. Nel caso del nastro di figura 1, come già indicato sopra, il motivo periodico perforato è definito in una porzione di nastro (coincidente con la regione perforata (P)) che presenta una larghezza (LP) di 211,8 mm e una altezza (W) di 20 mm: l’area della regione perforata (P) è dunque pari a 4.236 mm2, mentre l’area aperta, cioè la somma delle aree di tutte le aperture (1), è pari a 454,08 mm2 (480 x 0,946 mm2). Si ricava quindi un valore percentuale di porosità (p) pari a (454,08/4.236) x 100, cioè del 10,7%, per il nastro di figura 1. Il valore di porosità (p) che caratterizza i nastri secondo il presente trovato permette di controllare la velocità di fiamma in modo da ridurre il rischio di fenomeni di ritorno di fiamma (flashback). In combinazione con la distribuzione delle aperture (1) descritta sopra, la porosità (p) permette inoltre - a parità di area aperta totale e di potenza termica erogata - di distribuire la potenza termica in maniera più uniforme sulla superficie del nastro. Dalla figura 1 è anche possibile ricavare il valore della cosiddetta porosità
19 locale (pL), che dà una misura della porosità dell’almeno una regione perforata (P) al netto delle zone cieche (4) che separano colonne (2) successive di aperture (1). Nel caso del nastro di figura 1, la porosità locale (pL) può essere ricavata come rapporto tra l’area aperta di una singola colonna (2) e l’area occupata da una colonna (2) di aperture (1): come si può agevolmente constatare con riferimento alla figura 2, che illustra una singola colonna (2) comprendente 16 aperture (1), l’area aperta della singola colonna (2) è pari a 16 x 0,946 mm2, cioè 15,136 mm2 (quindi circa 15,4 mm2), mentre l’area occupata da una singola colonna è pari a 3 x 20 mm2 = 60 mm2. Si ricava perciò una porosità locale (pL) pari a (15,14/60) x 100, cioè del 25,2%, per il nastro di figura 1. Da un punto di vista fisico, la velocità di fiamma di una miscela di aria e gas in un bruciatore realizzato con un nastro secondo il presente trovato viene regolata scegliendo un opportuno valore di porosità locale, che nei nastri secondo il presente trovato è preferibilmente superiore ad almeno il 15%. La regolazione della velocità di fiamma attraverso il controllo della porosità locale contribuisce a ridurre l’insorgenza di ritorni di fiamma. Tuttavia, ai fini della caratterizzazione dei nastri secondo il presente trovato è più utile fare riferimento alla porosità (p) calcolata rispetto all’almeno una regione perforata periodica (P) nel suo insieme, cioè comprendendo anche le zone (4) prive di foratura che separano colonne (2) adiacenti. Tali zone (4) prive di foratura, come spiegato sopra, permettono di trasportare il calore generato nelle colonne (2) durante la combustione in corrispondenza delle aperture (1) e abbassano così la temperatura complessiva del nastro, in tal modo contribuendo a ridurre l’insorgenza di ritorni di fiamma mediante un meccanismo diverso da quello basato sul controllo della porosità locale (pL). La porosità (p) calcolata rispetto all’almeno una regione perforata (P) periodica nel suo insieme dà una misura dell’effetto combinato delle zone (4) prive di foratura tra colonne (2) adiacenti e della porosità locale ed è perciò più adatto a caratterizzare la capacità dei nastri secondo il presente
20 trovato di ridurre i ritorni di fiamma, perché la riduzione dell’insorgenza di ritorni di fiamma nei nastri secondo l’invenzione è il risultato della sinergia tra l’abbassamento della temperatura del nastro, controllato dalle regioni (4) prive di foratura tra colonne adiacenti, e la regolazione della velocità di fiamma all’interno di ciascuna colonna (2), controllato dal grado di porosità locale (pL) delle colonne stesse. Come si può vedere dalla figura 1, il nastro presenta due regioni cieche (C1, C2) tra le quali è disposta la regione perforata (P); le due regioni cieche si fronteggiano nella prima direzione (A1), cioè nella direzione di sviluppo delle colonne. Come spiegato sopra, la funzione delle due regioni cieche (C1, C2) è di dissipare il calore generato nella regione perforata (P) durante la combustione di una miscela gassosa. Grazie all’orientamento delle regioni (4) prive di foratura tra colonne (2) parallelo alla prima direzione (A1), tali regioni (4) trasportano il calore generato nella regione perforata (P) verso le due regioni cieche (C1, C2) tra le quali la regione perforata (P) è disposta: le regioni (4) prive di foratura tra colonne (2) successive si comportano come “corridoi” o canali che trasportano il calore in direzione parallela alla prima direzione (A1). Si può osservare dalla figura 1 che una delle regioni cieche che si fronteggiano nella prima direzione e che è designata nel presente trovato come prima regione cieca (C1) ha un’altezza (W1) decisamente minore dell’altezza (W2) della altra regione cieca (C2), designata nel presente trovato come seconda regione cieca: nel caso del nastro di figura 1, la prima regione cieca (C1) ha un’altezza (W1) pari a 3 mm, mentre la seconda regione cieca (W2) è alta 50 mm. Il nastro di figura 1 è destinato alla realizzazione di un bruciatore cilindrico e, in uso, la prima regione cieca (C1), cioè quella di altezza minore, è prossima all’estremità superiore del bruciatore, di regola chiusa mediante un tappo, mentre la seconda regione cieca (C2), cioè quella di altezza maggiore, è prossima in uso all’estremità inferiore del bruciatore da cui entra la miscela gassosa. In generale, nel caso di nastri piani per la
21 realizzazione di bruciatori cilindrici, la seconda zona cieca (C2) destinata a essere disposta in prossimità dell’estremità inferiore del bruciatore da cui entra la miscela ha, nella prima direzione, una dimensione (W2) preferibilmente superiore a otto volte la corrispondente dimensione (W1) della prima zona cieca (C1), cioè della zona cieca destinata a essere disposta in prossimità dell’estremità superiore del bruciatore. In questo modo la miscela, dopo essere entrata nel bruciatore attraverso l’estremità inferiore, percorre un lungo tratto di lunghezza (W2) corrispondente alla seconda regione cieca (C2): poiché in tale tratto sulla superficie del nastro non sono presenti fiamme, dato che la seconda regione cieca (C2) è priva di forature, la miscela avanza in un tratto a temperatura relativamente bassa rispetto al resto del nastro e può mantenersi ad una temperatura relativamente bassa. Inoltre, poiché la miscela in ingresso al bruciatore è inizialmente fresca, tale miscela asporta calore dal bruciatore mentre avanza verso la regione perforata in cui si formano le fiamme. La scelta della dimensione (W2) della seconda regione cieca (C2) nella prima direzione (A1), preferibilmente superiore a otto volte la dimensione (W1) della prima regione nella medesima direzione, produce quindi l’effetto tecnico di mantenere bassa la temperatura della miscela in ingresso al bruciatore. In maniera complementare, la dimensione (W1) della prima regione cieca (C1) nella prima direzione è preferibilmente inferiore a un ottavo della dimensione (W2) della seconda regione cieca (C2). I vantaggi derivanti dalla scelta di una prima regione cieca (C1) con una dimensione (W1) inferiore a 1/8 della dimensione (W2) sono i seguenti: la miscela raggiunge detta prima regione cieca (C1) dopo aver attraversato la regione perforata (P) in cui vengono generate fiamme e presenta dunque una temperatura elevata; poiché l’estremità superiore del bruciatore in cui è di regola collocato un coperchio tende a scaldarsi significativamente, in particolare in condizioni di erogazione di massima potenza, l’adozione di una prima regione cieca (C1) corta permette di ridurre il rischio di ritorni di fiamma, perché la miscela transita in una regione molto calda come quella
22 prossima al coperchio per un tratto relativamente corto. Inoltre, l’adozione di una prima regione cieca (C1) corta (in confronto alla dimensione della seconda regione cieca) permette di ridurre l’area di scambio termico tra detta regione (C1) e i fumi caldi e contribuisce a mantenere la regione (C1) ad una temperatura più bassa, a parità di altre condizioni. La figura 3 illustra una seconda forma realizzativa di un nastro piano destinato alla realizzazione di un nastro cilindrico, come il nastro di figura 1; a differenza di quest’ultimo, il nastro di figura 3 presenta una regione perforata (P) che comprende una pluralità di motivi periodici di formatura (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9. P10, P11, P12, P13): complessivamente, il nastro di figura 3 presenta tredici motivi periodici di foratura (P1-P13). Le dimensioni del nastro di figura 3 sono identiche a quelle del nastro di figura 1: il nastro di figura 3 ha una altezza (WD), cioè una dimensione nella prima direzione (A1), pari a 73 mm, e una larghezza (LD), cioè una dimensione nella seconda direzione (A2), pari a 217,6 mm. Ciascun motivo periodico di foratura comprende due sequenze o colonne (2, 3) di aperture (1) a forma di fenditura; ciascuna fenditura (1) ha dimensioni identiche alle fenditure del nastro di figura 1 e presenta un primo asse (a1) di simmetria, corrispondente all’asse longitudinale di ciascuna fenditura, orientato nel senso della seconda direzione (A2) e dunque perpendicolare alla prima direzione (A1) lungo cui le aperture si succedono in sequenza, come si può apprezzare dall’ingrandimento di figura 4. Le aperture (1) in ciascuna delle due colonne (2, 3) di ogni motivo periodico di foratura (P1-P13) sono alternatamente sfalsate; lo sfalsamento (S) è identico a quello del nastro di figura 1 ed è pari a 1 mm, come si vede dall’ingrandimento di figura 4. I centri delle aperture (1) di ciascun motivo periodico (P1-P13) sono disposti ad una distanza (d2) di 5,35 mm l’uno dall’altro nella seconda direzione (A2); nella prima direzione (A1), le aperture (1) si susseguono con un passo pari a 1,3 mm (si veda la figura 4). Ciascun motivo periodico di foratura (P1-P13) comprende
23 dunque due colonne (2, 3) di fenditure (1) che si ripetono ad un primo passo pari a 1,3 mm, nella prima direzione (A1), e a un secondo passo pari a 5,35 mm, nella seconda direzione (A2). A loro volta, i rispettivi motivi periodici di foratura (P1- P13) si ripetono in maniera regolare nella seconda direzione (A2); in questa direzione, i motivi (P1- P13) sono disposti ad una terza distanza di separazione (d3) l’uno dall’altro pari, nel caso del nastro di figura 3, a 8,35 mm. La terza distanza di perforazione (d3) è misurata in direzione parallela alla seconda direzione (A2) del nastro; come si può apprezzare dalla figura 3, la terza distanza (d3) è calcolata tra un’estremità di un’apertura (1) disposta sul bordo di un primo motivo periodico di foratura (ad esempio, il motivo P7) e un’estremità di un’apertura disposta sul bordo di un secondo motivo periodico di foratura (ad esempio il motivo P8) adiacente al primo motivo, laddove il bordo del secondo motivo periodico di foratura è direttamente contrapposto al bordo del primo motivo periodico di foratura nella seconda direzione, nel senso che tra detti bordi si estende solo una regione (4) priva di perforazioni e avente in detta seconda direzione (A2) una dimensione pari alla terza distanza di separazione (d3). La porosità (p) del nastro di figura 3 è pari al 9%. Tale valore corrisponde al rapporto tra l’area di tutte le aperture, pari a 738 mm2, e l’area della regione perforata (P) su cui si estendono le regioni perforate (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9. P10, P11, P12, P13), pari a 7973,87 mm2 (= LP x W, cioè 208,74 mm x 38,2 mm). Come si vede dalla figura 3, la regione perforata (P) non comprende quindi il bordo sinistro e il bordo destro del nastro che sono privi di aperture. La porosità locale del nastro di figura 3 è pari al 17,8%. Nel nastro di figura 3 i tredici motivi periodici di foratura (P1-P13) sono disposti in sequenza lungo la seconda direzione ad una terza distanza di separazione (d3) pari a 8,35 mm, maggiore della seconda distanza (d2) (pari a 5,35 mm, nel nastro di figura 3) che separa aperture adiacenti
24 all’interno di ciascuna colonna. Per valori della terza distanza (d3) inferiori a 9 mm, come nel caso del nastro di figura 3, è possibile ottenere un abbassamento della temperatura complessiva del nastro, grazie alla accresciuta ampiezza delle zone cieche (4) che separano i motivi periodici (P1-P13), evitando nello stesso tempo che i fumi caldi di ricircolo presenti tra i motivi periodici di foratura possano innalzare la temperatura del nastro al di sopra della soglia per la quale si verificano fenomeni di ritorno di fiamma. La figura 5 illustra un nastro secondo una terza forma realizzativa nella quale le aperture (1) hanno forma di fenditura allungata, come nelle forme realizzative di figura 1 e figura 3, ma il primo asse di simmetria (a1) di ciascuna fenditura (1), coincidente con l’asse longitudinale di ogni apertura (1), è orientato nella prima direzione (A1) perpendicolare alla seconda direzione (A2) del nastro, a differenza delle aperture dei nastri di figura 1 e 3: in altri termini, l’asse longitudinale di ciascuna apertura è parallelo all’altezza del nastro, nella forma realizzativa di figura 5. Le aperture (1) del nastro di figura 5 sono dunque caratterizzate dal fatto di essere direttive, cioè di presentare una direzione preferenziale, come nel caso delle aperture delle forme realizzative di figura 1 e figura 3; tuttavia, nel caso di figura 5 questa direzione preferenziale è parallela alla prima direzione (A1) del nastro. Questo orientamento del primo asse (a1) delle aperture (1) favorisce principalmente il trasferimento del calore generato nelle aperture (1) poste all’interno di ciascun motivo periodico di foratura (P1-P40) direttamente verso la prima e la seconda zona cieca (C1, C2) poste rispettivamente al di sotto e al di sopra della “fascia” centrale del nastro in cui sono distribuiti i motivi periodici di foratura (P1-P40). Rispetto alle forme realizzative di figura 1 e figura 3, nelle quali l’orientamento allungato delle fenditure (a1) nel senso della larghezza del nastro favorisce il trasferimento del calore dall’interno di ciascun motivo periodico di foratura (P1-P40) in direzione laterale verso le regioni cieche (4) che
25 separavo motivi (P1-P40) successivi, la forma realizzativa di figura 5 impiega in misura più ridotta le zone cieche (4) che separano i motivi per trasferire il calore generato all’interno di ciascun motivo (P1-P40) verso le zone cieche (C1, C2) poste al di sotto e al di sopra della “fascia” centrale del nastro in cui sono distribuiti i summenzionati motivi periodici di foratura (P1-P40). L’abbassamento della temperatura complessiva del nastro ottenibile con la configurazione di figura 5 è, di conseguenza, meno pronunciato di quello ottenibile con i nastri secondo le forme realizzative di figura 1 e figura 3 ma superiore a quello raggiungibile con nastri convenzionali, come spiegato sotto in relazione alla figura 11. Il nastro di foratura di figura 5 comprende complessivamente 40 motivi periodici di foratura (P1-P40) disposti uno accanto all’altra nella seconda direzione (A2) del nastro, cioè nella direzione della larghezza del nastro stesso. Ciascun motivo periodico di foratura (P1-P40) forma una colonna, visibile nell’ingrandimento di figura 6, ed è caratterizzato da un primo passo pari a 1,75 mm nella prima direzione (A1), cioè nella direzione dell’altezza del nastro, e da un secondo passo pari a 2,6 mm nella seconda direzione. Il primo passo e il secondo passo corrispondono rispettivamente alla prima (d1) e alla seconda distanza (d2) nel senso del presente trovato. Lo sfalsamento (S) tra i centri di aperture (1) disposte in successione nella prima direzione (A1) è pari a 1,3 mm. La distanza di separazione tra motivi periodici di foratura (P1-P40) successivi è pari a 2,25 mm; tale distanza rappresenta la terza distanza (d3) nel senso del presente trovato. Ogni motivo periodico di foratura (P1-P40) nel nastro di figura 5 comprende complessivamente 12 aperture (1): nel complesso, dunque, il nastro illustrato comprende 480 aperture (1) di forma allungata, cioè a forma di fenditura, e ciascuna fenditura (1) ha una lunghezza (L) di 2,1 mm e una larghezza (h) di 0,5 mm, come si può vedere dalla figura 6. L’area aperta del nastro di figura 5, data dalla somma delle aree di tutte le aperture (1), è quindi pari a 478 mm2 e la porosità (p), data dal rapporto tra l’area aperta, cioè l’area di tutte le aperture, e l’area della regione
26 perforata (P) che comprende i 40 motivi periodici (pari a 211,75 mm x 12,6 mm), è uguale a (478/2.668,05) x 100, cioè al 17,9%. Ai fini del calcolo della porosità (p), come già spiegato sopra, l’area della regione perforata (P) include anche l’area delle zone (4) prive di foratura che separano motivi periodici di foratura successivi. La porosità locale, cioè al netto delle zone prive di foratura che separano regioni perforate adiacenti, è pari al 30%. La figura 7 illustra un nastro secondo una quarta forma realizzativa che si distingue dalle forme realizzative mostrate nelle figure da 1 a 6 per il fatto che ciascuna apertura è costituita da un foro circolare di diametro (D) pari a 0,8 mm, come si vede dall’ingrandimento di figura 8. Le aperture sono distribuite in 40 motivi periodici di foratura (P1-P40) disposti in successione uno a fianco all’altro nella seconda direzione (A2) del nastro. Come si può vedere dalla figura 8, all’interno di ciascun motivo periodico di foratura (P1-P40) i centri delle aperture (1) sono disposti in maniera regolare ad una prima distanza (d1) di 1,30 mm l’uno dall’altro nella prima direzione (A1), cioè nella direzione dell’altezza del nastro, e ad una seconda distanza (d2) di 1,60 mm nella seconda direzione (A2), cioè nella direzione della larghezza del nastro. Ciascuna apertura circolare (1) nel nastro di figura 7 ha un primo asse di simmetria orientato nella direzione dell’altezza del nastro, cioè parallelamente alla prima direzione (A1), e un secondo asse di simmetria perpendicolare al primo e orientato nella seconda direzione (A2). I centri di aperture circolari disposte in successione nella prima direzione sono alternatamente sfalsati l’uno rispetto all’altro nella seconda direzione (A2) e lo sfalsamento (S) in tale direzione è pari a 1 mm, come si può agevolmente verificare dall’ingrandimento di figura 8. Il valore dello sfalsamento (1 mm) è dunque inferiore alla seconda distanza (1,60 mm), cioè alla distanza tra i centri di fori circolari (1) successivi nella seconda direzione (A2). Ciascun motivo periodico di foratura (P1-P40) nel nastro di figura 7 è caratterizzato da un
27 primo passo pari alla prima distanza (d1) di 1,30 mm nella prima direzione (A1) e da un secondo passo pari alla seconda distanza (d2) di 1,60 mm nella seconda direzione (A2). I motivi periodici (P1-P40), come si vede dalla figura 7, formano nella seconda direzione (A2), cioè nel senso della larghezza del nastro, una successione di colonne poste ad una terza distanza (d3) di 2 mm l’una dall’altra. In altri termini, colonne successive nella seconda direzione (A2), cioè nella direzione della larghezza del nastro, sono separate da regioni cieche (4), cioè prive di foratura, con una larghezza di 2 mm. Tali regioni cieche (4) permettono un efficace trasferimento del calore dall’interno di ciascuna colonna verso le due regioni cieche (C1, C2) tra le quali ogni colonna si estende nel senso dell’altezza del nastro. All’interno di ciascuna colonna, cioè di ciascuno dei motivi periodici di foratura (P1-P40), la disposizione sfalsata dei fori circolari (1) nel senso della larghezza del nastro, cioè nella seconda direzione (A2), favorisce il trasferimento “laterale” del calore generato sulle aperture (1), durante la combustione, verso le regioni cieche (4) che separano “colonne” successive. La porosità del nastro di figura 7 è pari al 14,9% e permette di regolare la velocità di fiamma in modo da ridurre il rischio di fenomeni di ritorno di fiamma (flashback). In combinazione con la distribuzione delle aperture descritta sopra, la porosità selezionata permette inoltre di distribuire la potenza termica in maniera uniforme sulla superficie del nastro. La porosità locale è pari al 23,4%. La figura 9 mostra il valore del cosiddetto coefficiente λ per quattro nastri comprendenti aperture a forma di fenditure allungate, a parità di area complessiva e geometria delle singole aperture (fenditure lunghe 2,1 mm e larghe 0,5 mm). I quattro nastri sono mostrati nella figura 10 e sono designati con i codici 311.6, 319VAR, 387 e 389. Per una miscela di aria e gas combustibile, il coefficiente λ è convenzionalmente definito come il rapporto tra un primo rapporto, pari alla massa di aria effettivamente
28 presente nella miscela divisa per la massa di combustibile presente nella stessa miscela, e un secondo rapporto tra la massa di aria e la massa di combustibile di una miscela stechiometrica, cioè di una miscela la cui combustione consumerebbe completamente l’aria e il combustibile. Il grafico di figura 9 mostra il valore minimo che il coefficiente λ può raggiungere prima che si manifesti il fenomeno del ritorno di fiamma per due condizioni di funzionamento di quattro bruciatori costruiti impiegando rispettivamente uno dei quattro nastri designati con i codici 311.6, 319VAR, 387 e 389: la prima condizione è quella raggiunta da ciascuno dei bruciatori a partire da un valore iniziale di λ uguale a 2 e una potenza erogata pari alla massima potenza di progetto, cioè 16 kW, mentre la seconda condizione è quella raggiunta da ciascuno dei bruciatori a partire da un valore iniziale di λ uguale a 2 e una potenza erogata pari alla minima potenza di progetto, cioè 4 kW. In un primo nastro, designato con il codice 311.6, le aperture formano un’unica regione perforata al cui interno le fenditure sono disposte con il primo asse di simmetria (coincidente con l’asse longitudinale di ciascuna fenditura) orientato trasversalmente alla prima direzione, cioè perpendicolarmente all’altezza del nastro; la porosità del nastro 311.6 è pari al 26% circa. In un secondo nastro, designato con il codice 319VAR, le fenditure sono orientate allo stesso modo che nel primo nastro 311.6 ma formano una pluralità di regioni perforate disposte a scacchiera; la porosità del nastro 319VAR è pari all’8% circa. In un terzo nastro, designato con il codice 387, le fenditure sono orientate allo stesso modo che nel primo e nel secondo nastro ma sono disposte in modo da formare una pluralità di colonne che si succedono nella seconda direzione del nastro, come mostrato nella figura 1: in altri termini, il nastro presenta una sequenza di colonne, ciascuna formata da una serie di fenditure alternatamente sfalsate, e le colonne si susseguono nella direzione della 30 larghezza del nastro intervallate da regioni cieche, la cui ampiezza corrisponde alla terza distanza secondo il presente trovato. Il terzo nastro