sifone

sifoneCosa sia un sifone è, o dovrebbe, essere noto a tutti... un tubo ad "U" rovesciata per travasare liquidi. In effetti, il sifone non esiste di per sé; piuttosto è il risultato di come si piega un tubo, appunto nel modo con cui si travasa un liquido contenuto in un recipiente in un altro posto più in basso, senza dover rovesciare parzialmente il primo recipiente.
Vi sono opinioni discordanti riguardo al processo per cui il liquido presente nel recipiente superiore raggiunge la cresta del sifone. Si suppone che teoricamente le forze di coesione molecolare interne siano sufficienti per sollevare il liquido lungo il tubo fino alla cresta del sifone e, secondo l'enciclopedia Britannica, "un sifone funzionerà anche nel vuoto". Questa affermazione, ovviamente trova conferma unicamente per i fluidi ad alta coesione; diversamente un liquido come l'acqua, in assenza di pressione bollirebbe immediatamente. Comunque la pressione atmosferica è importante per assicurare la coesione del liquido nel sifone: la presenza di bolle di cavitazione o di tensioattivi riduce la coesione molecolare e interrompe il funzionamento del sifone.

Una volta innescato, un sifone non richiede apporto di energia per mantenere il flusso del liquido. E questo è un paradosso: qual è la sorgente di energia per travasare il liquido?

La risposta può trovarsi con un modello meccanico consistente nell'immaginare un lungo treno snodato e privo di attriti che si estende da una pianura, raggiunge una collina e da questa scende in una valle sotto la pianura. Se una parte del treno prevale in lunghezza nella valle sotto la pianura, è intuitivo che la parte del treno che scivola nella valle può trascinare, anche senza la forza motrice, il resto del convoglio sulla collina e da qui giù nella valle. I vagoni sono collegati tra loro tramite ganci di trazione; così, la cosa non evidente è che cosa tiene insieme i "vagoni" quando il "treno" in realtà è un liquido contenuto in un tubo. Ebbene, in questa analogia, sono la pressione atmosferica e le interazioni molecolari che tengono insieme il treno d'acqua. Quando le interazioni molecolari vengono a mancare, per esempio - come già anticipato - a causa della formazione di bolle di cavitazione, il flusso del liquido si interrompe. modello meccanico del sifone

Dunque, il sifone funziona a spese dell'energia potenziale gravitazionale in quanto il punto di fuoriuscita è più basso del serbatoio ed il flusso di liquido che fuoriesce genera nel tubo il vuoto parziale necessario per risucchiare il liquido dal serbatoio.
L'altezza massima del punto intermedio (la cresta) è limitata dalla pressione atmosferica (che assicura la necessaria coesione) e dalla densità del liquido. Al punto massimo del sifone, la gravità tende a trascinare il liquido giù in entrambi i sensi, generando un vuoto parziale. La pressione atmosferica sulla superficie del serbatoio più alto è trasmessa attraverso il liquido nel serbatoio e si propaga nel tubo del sifone. Quando la pressione esercitata dal peso dell'altezza della colonna di liquido contenuta nei due bracci eguaglia la pressione atmosferica, si realizza un vuoto parziale e l'effetto del sifone è concluso. Per l'acqua a pressione ordinaria, l'altezza massima è approssimativamente 10 m ; per il mercurio è di 76 centimetri.

requisiti pratici

sifone da laboratorioDa quanto discusso, è chiaro che per realizzare un sifone, può essere utilizzato un semplice tubo di gomma. Per innescare il sifone è necessaria una pompa esterna che faccia iniziare il flusso riempiendo il tubo con il liquido da travasare. Questo si può ottenere anche con l'aspirazione prodotta dalla forza polmonare. A volte, questa operazione è fatta con tutto il tubo flessibile per travasare la benzina da una vettura ad un contenitore esterno. Se il liquido riempie fino all'orlo il tubo prima che questo sia sollevato sopra il contenitore da vuotare e si pone attenzione in modo da mantenere il liquido in prossimità dell'orlo, non è necessaria alcuna pompa. I dispositivi commercializzati con il nome di sifoni comprendono una pompa per iniziare il processo di sifonamento. La foto a destra mostra un sifone comprendente una pompa a soffietto per realizzare il vuoto necessario. Nell'utilizzare un sifone per qualsiasi applicazione è importante che il condotto sia dimensionato al dispositivo quanto più possibile. Usando un tubo di diametro troppo grande e strozzando il flusso usando valvole o elementi ostruttivi si può ridurre il vuoto e, una volta che questo è ridotto, si perde l'effetto del sifone.

Marcello Guidotti, copyright 2011 (www.galenotech.org)
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