AIRLIFT

LA TEORIA

L’airlift è una pompa che utilizza l’aria per sollevare o per far circolare dell’acqua in un sistema a vaso aperto (cioè un circuito idrico in cui l’acqua sollevata arriva ad essere a contatto diretto con l’aria atmosferica). E’ costituito da un tubo verticale aperto alle estremità che se viene parzialmente immerso in un recipiente contenente acqua diventa una pompa atta a sollevare l’acqua. Se invece viene totalmente immerso si comporta da semplice circolatore. Per il principio dei vasi comunicanti l’acqua all’interno del tubo si dispone alla stessa altezza che ha l’acqua nel recipiente. Immettendo aria compressa dall’estremità inferiore del tubo si crea una miscela aria-acqua il cui peso specifico è inferiore a quello dell’acqua. La colonna aria-acqua nel tubo si innalza quindi al di sopra del livello dell’acqua nel recipiente fino ad equilibrare la pressione esercitata dal livello d’acqua nel recipiente rispetto al fondo del tubo.

Essendo la pressione P = γ x h = densità x altezza

se dal livello dell’acqua nel recipiente (densità 1000 kg/m³) alla parte inferiore del tubo immerso ci fossero 2 m la pressione nel recipiente in corrispondenza del fondo del tubo sarebbe:

P(nel recipiente) = 1000 x 2 = 2000 Kg/m³ cioè 0.2 kg/cm²

Ipotizzando che la miscela aria-acqua ottenuta all’interno del tubo abbia una densità di 500 kg/m³ (circa 50% aria e 50% acqua) ne servirebbe un altezza doppia (4 m) per ottenere dentro al tubo la stessa pressione alla sua estremità inferiore, infatti:

P(nel fondo tubo) = 500 x 4 = 2000 Kg/m²

COME FARLO

Pensare di creare una moltitudine di micro bolle nell’acqua risulterebbe assai complesso da realizzare. Un po’ più semplice è invece creare bolle di pochi millimetri che però risalendo nel tubo si fonderanno rapidamente fra loro dando luogo a bolle sempre più grandi.

Fra i recipienti a mia disposizione idonei a contenere acqua il più profondo era un porta ombrelli di 60 cm, ho realizzato un apparecchio airlift alto 102 cm, con l’ingresso dell’aria da 2 ad 8 cm dalla base. Dall’alto verso il basso è costituito da un tubo trasparente di policarbonato del diametro di 30×24 mm (diametri esterno ed interno) lungo 90 cm e da 12 cm di corpo diffusore in PVC. Immerso per 60 cm in acqua è in grado di sollevare l’acqua di 42 cm oltre il livello d’acqua del recipiente.

L’altezza di sollevamento dipende da due fattori: il punto di immissione dell’aria nel tubo (più si trova in profondità e più aumenta l’altezza di sollevamento) e la densità aria-acqua nel tubo (minore è la densità tanto maggiore sarà il sollevamento).

Il corpo diffusore è realizzato con 2 tubi concentrici lunghi entrambi 60 mm, la scelta dei diametri deve essere tale da lasciare un intercapedine fra i due, destinata a contenere aria (un PVC esterno del diametro 50×42 mm ed un PVC interno di diametro 32×24 mm). Con questo abbinamento l’intercapedine è un anello largo 5 mm destinato all’aria mentre l’acqua si muove nel tubo interno di 24 mm di diametro. Le due testate dei tubi sono strette fra due flange in PVC, provviste di guarnizioni in gomma, a mezzo di barre filettate e dadi. Le flange sono ricavate da lastre piane in PVC dello spessore di 5 mm, le guarnizioni sono ritagliate da una camera d’aria da auto. Sul tubo esterno dello spessore di 4 mm si innesta un raccordo filettato per l’ingresso dell’aria. Il tubo interno è il diffusore d’aria e deve quindi essere provvisto di molti piccoli fori. Il primo diffusore in PVC che ho realizzato ne aveva 40, disposti su 4 livelli della circonferenza con 10 fori ciascuno, ottenuti con una punta calda diametro 0.5 mm che si rivelarono però essere insufficienti.

Sezione e pianta definitiva dell’airlift realizzato

LA VERSIONE DEFINITIVA

Filtro sinterizzato

Per la realizzazione finale ho utilizzato come diffusore un filtro cilindrico sinterizzato in bronzo, alto 60 mm del diametro 30×27 mm. Con questo ho ottenuto risultati superiori al precedente ma il salto qualitativo però è arrivato aumentando la potenza del compressore. Fino ad allora avevo utilizzato il compressore di un apparecchio per aerosol in disuso con portata e pressione piuttosto limitati. Con l’introduzione di un compressore di potenza superiore il getto d’acqua in uscita è aumentato notevolmente. Oltre al diffusore anche la pressione e la portata dell’aria immessa sono fattori importantissimi in questo apparecchio. Ricordo primariamente che la profondità a cui è posto il corpo diffusore rispetto al livello normale dell’acqua nel recipiente determina la pressione minima necessaria del compressore. Con un compressore che raggiunge 1 bar posso insufflare aria sott’acqua fino alla profondità di 10 metri, mentre con uno da 2 bar raggiungo i 20 metri. Quindi la profondità a cui è posto il diffusore assorbe di suo parte della pressione originariamente resa disponibile dal compressore e dobbiamo considerare che ne serve altra perché l’aria possa passare attraverso il filtro. Ogni filtro da luogo a perdite di carico più o meno grandi ed il compressore deve far fronte anche a queste.

L’airlift del filmato utilizza come recipiente un raccoglitore trasparente per pile esauste alto 90 cm. Con esso è possibile vedere il livello di immersione dell’airlift e le differenti altezze raggiungibili dall’acqua nell’airlift al variare della profondità di immersione. Il tubo dell’airlift ha una lunghezza di cm 160

Da considerare anche che quando l’aria con la pressione residua esce dal filtro, entra in acqua che si trova ad una pressione inferiore. L’aria in pressione entrando nell’acqua si espande e la bolla iniziale diventa un po’ più grossa e continua a crescere durante la risalita per la legge di Boyle, la pressione idrostatica diminuisce ed i gas si espandono, ovviamente per profondità elevate l’effetto è maggiore. Una bolla in acqua la cui pressione dimezza, raddoppia il suo volume. Quindi oltre ad un buon diffusore serve un corretto bilanciamento fra pressione e portata d’aria per ottenere l’ottimale funzionamento dell’airlift.

IL PRIMORDIALI PROTOTIPI

I precedenti prototipi di airlift hanno visto l’utilizzo di un diffusore collocato un paio di cm al di sotto del tubo verticale, costituito da una tazza in cui l’aria è immessa in un intercapedine ricavata fra il fondo tazza ed una rete metallica posta parallelamente ed in modo stabile a circa 5 mm dal fondo. Sulla rete è sistemato un filtro fino al riempimento della tazza, attraverso il quale l’aria entra nell’acqua. Un filtro realizzato in cotone da farmacia arrotolato e pressato fornisce discreti risultati e bolle piccole ma tende a perdere filamenti, meglio allora una spugna tipo gommapiuma morbida e densa con piccoli fori anche questa inserita a forza nella tazza (ogni spugna da risultati diversi).

Sezione del prototipo di airlift

Il prototipo di airlift

Entrambe queste soluzione hanno però evidenziato due problemi, parte delle bolle tendono a non entrare nel tubo anche se provvisto di un allargamento ad imbuto, fuoriuscendo nel recipiente, inoltre con l’aumento della pressione dell’aria si creano delle corsie preferenziali lungo la linea di circonferenza fra filtro e tazza, dove l’aria evidentemente trova minor attrito. Inutile dire che il filtro di cotone o spugna deve essere bloccato alla sommità perché non venga sputato fuori dalla tazza dall’aria sottostante. Evitate quelle schifezze di spugne BIO in vendita nei supermercati, sono talmente BIO che si sciolgono mentre vi lavate. Ce le propongono nel nome del “salviamo l’ambiente”, quasi che la causa delle isole di plastica negli oceani fosse da imputare alle spugne per lavarci, è solo uno dei tanti sistemi per far soldi nel nome dell’ecologia. Consiglio un bel pezzo di gommapiuma morbida, dura tantissimo e si evita di produrre continuamente rifiuti, che saranno come scrivono anche BIO ma sempre rifiuti sono. Oppure cercate negli anfratti delle scogliere, dove il mare tende ad accumulare materiali, si trovano pomici, legname, rifiuti, canne e pezzi di spugne marine ottime per lavarsi e durano oltre 10 anni pur essendo BIO. Da secche sono dure ma bagnate morbidissime.

A COSA SERVE L’AIRLIFT?

Per la manutenzione dei pozzi. Per pulirne il fondo da sabbia o depositi, si cala l’airlift provvisto di un lungo tubo all’interno del pozzo fino a raggiungerne il fondo e attivandolo si comporta come un aspiratore e porta in superficie sabbia e sedimenti.

Per la costruzione di pozzi, con il sistema a circolazione inversa. Immaginate una lunga punta da trapano da muro, quelle con la testa più larga del corpo, che sia però cava all’interno e diventi quindi un tubo. Questa punta perfora verticalmente il terreno e per impedire che le pareti del foro crollino l’intercapedine fra la punta ed il terreno viene costantemente riempita dall’alto di fango bentonitico che sorregge le pareti. Attraverso un piccolo tubo, attaccato per tutta la sua lunghezza all’asta di perforazione e terminante all’estremità inferiore vicino alla testa di perforazione, si immette aria compressa nel tubo interno. Si crea un sistema airlift che solleva bentonite e materiale di risulta dal fondo della perforazione fino in superficie. Qui la bentonite viene recuperata e reimmessa nel foro del pozzo ed i materiali di scavo allontanati.

Laghetti e acquari. Un tubo dal fondo vasca (o lago) preleva l’acqua con i sedimenti e la porta in un filtro posto sotto battente (a quota inferiore al livello d’acqua in vasca), il tubo in uscita dal filtro scende fino al fondo di un profondo pozzetto, anche questo sotto battente del livello vasca, al cui interno è alloggiato un airlift. L’airlift è quasi totalmente immerso e funge da circolatore nel circuito vasca-filtro immettendo acqua pulita e ossigenata nella vasca.

Impiego dell’airlift in una vasca per pesci

In generale è una pompa senza parti meccaniche in movimento ed è in grado di trasportare anche fango e sabbia. Non è idonea per sistemi di circolazione chiusi ma solo per sistemi a vaso di espansione aperto, quindi non in pressione, poiché l’aria che viene immessa deve essere espulsa in sommità.