Le caramelle a razzo possono essere suddivise in tre grandi gruppi di componenti: combustibili, ossidanti e additivi. Il combustibile è la sostanza che brucia, rilasciando gas in rapida espansione che forniscono la spinta quando escono dall’ugello. L’ossidante fornisce l’ossigeno, che è necessario per il processo di combustione. Gli additivi possono essere catalizzatori, per accelerare o rendere più efficiente la combustione. Tuttavia, alcuni additivi sono più estetici, e possono aggiungere scintille e fiamme al decollo, o aggiungere fumo per la facilità di seguire il razzo in aria.
CombustibiliModifica
Molti zuccheri diversi possono essere utilizzati come combustibile per caramelle razzo, tra cui glucosio, fruttosio e saccarosio; tuttavia, saccarosio è il più comune. Il sorbitolo, uno zucchero alcolico comunemente usato come dolcificante nel cibo, produce un propellente meno fragile con un tasso di combustione più lento. Questo riduce il rischio di rottura dei grani di propellente. Gli zuccheri con un doppio legame di ossigeno, come il fruttosio e il glucosio, sono meno stabili termicamente e tendono a caramellare quando vengono surriscaldati, ma hanno un punto di fusione più basso per facilitare la preparazione. Gli zuccheri che hanno solo gruppi alcolici, come il sorbitolo, sono molto meno inclini a questa decomposizione. Alcuni altri zuccheri comunemente usati includono eritritolo, xilitolo, lattitolo, maltitolo o mannitolo.
OssidantiModifica
L’ossidante più spesso usato nella preparazione di motori di zucchero è nitrato di potassio (KNO3). Si possono usare anche altri ossidanti, come i nitrati di sodio e di calcio e le miscele di nitrato di sodio e di potassio. Il KNO3 può essere acquistato acquistando un “rimuovi ceppi” granulare nei negozi che vendono forniture per il giardino. Altri ossidanti usati raramente sono l’ammonio e il perclorato di potassio.
Due questioni principali devono essere affrontate riguardo all’ossidante se si usa il nitrato di potassio. La questione più importante è la purezza del materiale. Se un materiale acquistato non funziona in modo soddisfacente, può essere necessario ricristallizzare il KNO3. La seconda questione importante per quanto riguarda la parte ossidante di un propellente è la sua dimensione delle particelle. La maggior parte dei produttori di propellente preferiscono che il loro KNO3 sia macinato con particelle di piccole dimensioni, come 100 mesh (circa 150 μm) o più piccole. Questo può essere fatto usando un macinino da caffè. Si possono anche usare dei frantumatori per macinare in una polvere a grana fine e ben mescolata.
AdditiviModifica
Gli additivi sono spesso aggiunti ai propellenti per razzi per modificare le loro proprietà di combustione. Tali additivi possono essere utilizzati per aumentare o diminuire la velocità di combustione del propellente. Alcuni sono usati per alterare il colore della fiamma o del fumo prodotto. Possono anche essere usati per modificare una certa proprietà fisica del propellente stesso, come plastificanti o tensioattivi per facilitare la fusione della formulazione. Ci sono molti tipi di additivi sperimentali; quelli elencati qui sono solo i più comunemente usati.
Sono stati trovati ossidi metallici per aumentare la velocità di combustione dei propellenti di zucchero. Tali additivi sono stati trovati per funzionare meglio a livelli dall’1 al 5 per cento. I più usati sono gli ossidi di ferro. L’ossido di ferro rosso è usato più spesso perché è un po’ più facile da ottenere rispetto alle versioni gialla, marrone o nera. L’ossido di ferro marrone presenta proprietà insolite di accelerazione della velocità di combustione sotto pressione.
Il carbonio sotto forma di carbone, nerofumo, grafite, ecc. può essere e a volte è usato come combustibile nelle formulazioni di zucchero. Più spesso, tuttavia, una piccola quantità di carbonio viene utilizzata come opacizzante, facendo una scia di fumo visibile. Il carbonio agisce come un dissipatore di calore, mantenendo una parte del calore della combustione nel propellente piuttosto che trasferirlo rapidamente all’involucro del motore.
Se si usano combustibili metallici come alluminio o magnesio in una formulazione di zucchero, esiste un pericolo se si trovano tracce di acidi nell’ossidante. I materiali acidi possono reagire facilmente con il metallo, producendo idrogeno e calore, una combinazione pericolosa. L’aggiunta di basi deboli aiuta a neutralizzare questi materiali acidi, riducendo notevolmente il loro pericolo.
Il titanio metallico in scaglie o spugna (circa 20 mesh) è spesso aggiunto alle formulazioni di zucchero a livelli dal 5 al 10% al fine di produrre una fiamma scintillante e fumo al decollo.
I tensioattivi sono usati per ridurre la viscosità di fusione dei propellenti di zucchero. Per esempio, il glicole propilenico aiuta a ridurre la viscosità di fusione dei propellenti a base di saccarosio.
FormulazioniModifica
Una tipica formulazione di propellente di zucchero è tipicamente preparata in un rapporto 13:7 tra ossidante e carburante (rapporto di peso). Tuttavia, questa formulazione è leggermente ricca di carburante e può essere variata fino al 10%. Ci sono molte diverse formulazioni possibili che permetteranno il volo nella missilistica amatoriale.
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