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  Come si sceglie uno skimmer senza averlo visto in funzione? di Geppy Apuleo     Segnala l'articolo ad un amico     Stampa questa pagina    

Ho sempre evitato di rispondere a questa domanda in quanto, da progettista di schiumatoi (ndr: LGMAquari), ho fatto delle scelte derivanti da conoscenze di chimica e fisica ma anche da esperienza derivata da oltre 30 anni di uso di schiumatoi e di sperimentazione sugli stessi. Pertanto la mia risposta rispecchia palesemente le scelte progettuali applicate nei miei progetti e quindi potrebbe sembrare fortemente di parte.

Quanto da me sostenuto, però, ritengo sia suffragato da ricerche e sperimentazioni effettuate in tutto il mondo ed in tempi diversi, come si evince dalla bibliografia in calce al mio articolo sulla schiumazione pubblicato dalla rivista “Aquariophylia” nei numeri di ottobre e novembre 2011 e successivamente ripreso da Acquaportal. Tale articolo può essere scaricato abbonandosi (gratuitamente) alla rivista stessa o può essere letto dall’archivio di Acquaportal cliccando su questo link.


E’ evidente che, giuste o sbagliate che siano, quelle scelte sono -per me- le migliori, tanto da applicarle nella progettazione dei miei skimmers e per spegnere sul nascere le obiezioni di qualcuno ricordo che, essendo io sia progettista che produttore, posso progettarli e produrli come mi pare, quindi conici, ovali, a botte o bottiglia, a caffettiera o… addirittura cilindrici.

Fatta questa dovuta premessa, cercherò di rispondere alla domanda.
Nel “primo incontro” con uno skimmer ci sono due parametri valutabili: la “sensazione” di qualità e la “sensazione” di robustezza. Se per la prima ci dobbiamo affidare prevalentemente al nostro “sesto senso”, è anche vero che ci sono materiali più o meno fragili, più o meno “compatti”, più o meno di valore.Ad esempio alcuni produttori utilizzano il forex; questo materiale (PVC espanso) è piuttosto scadente e molto economico. Ha il difetto di avere una risonanza a frequenze piuttosto fastidiose ed amplifica le vibrazioni delle pompe oltre a non essere certificato per uso alimentare.
Altro materiale è l’acrilico. Quasi universalmente utilizzato da tutti i produttori di prodotti di media ed alta gamma per le colonne di contatto, viene utilizzato per alcuni modelli anche per basi, coni, coperchi, ecc.

Figura 1: Skimmer monopompa LGMAquari. Si possono notare alcune scelte progettuali quali il cilindro interno e lo scarico regolabile in altezza nonchè la griglia di diffusione alla base del cilindro.  


Figura 2: Pannello in pvc espanso (Forex). È chiaramente visibile la porosità del materiale. Anche se la superficie non è “spugnosa” come l’interno, resta comunque molto più porosa rispetto al PVC colato (compatto)

Con questo materiale sono possibili le lavorazioni a controllo numerico (laser) che consentono grandi produzioni senza aumento di costi, nonostante il maggior costo del materiale, grazie all’abbattimento della mano d’opera ed alla facilità di incollaggio.

Il materiale più usato, oltre all’acrilico, è il PVC. Questo materiale richiede, per le sue caratteristiche specifiche, molta attenzione nelle lavorazioni pur garantendo un peso specifico elevato (che contribuisce allo smorzamento delle vibrazioni trasmesse dalla pompa) e pur creando non poche difficoltà di accoppiamento con l’acrilico.
Naturalmente maggiore sarà lo spessore delle parti in PVC, maggiore sarà lo smorzamento delle vibrazioni.

Altro particolare importante nella valutazione è il sistema utilizzato per lo scarico: differenze sostanziali ci sono tra gli scarichi emersi e quelli immersi; i primi consentono una fuoriuscita dell’acqua senza resistenza, mentre quelli immersi vengono condizionati dalle variazioni di livello in sump ed anche dal livello stesso, anche se fisso, condizionando il “comportamento” dello skimmer. Elemento che condiziona non poco la stabilità dello schiumatoio è la regolazione dello scarico.

Ce ne sono sostanzialmente di due tipi: per strozzatura (con un sistema a “baionetta” o con un rubinetto) e regolabile in altezza. Il sistema a baionetta (o con rubinetto), ancor più se immerso, rende lo schiumatoio tanto più instabile quanto maggiore è la strozzatura, con tendenza sempre maggiore all’allagamento del bicchiere, anche se esiste la possibilità di ridurre al minimo questo fenomeno, migliorando contemporaneamente le prestazioni; il sistema regolabile in altezza, quindi sempre emerso, è il sistema che (grazie al fatto di mantenere sempre libero il passaggio dell’acqua) oltre a garantire la massima stabilità di funzionamento ed evitare allagamenti del bicchiere (salvo palesi cattive tarature), non varia le proprie caratteristiche in funzione del livello in sump.


Figura 3: due skimmer con differente regolazione dello scarico. Questo modello LGMAquari ha lo scarico emerso e regolabile in altezza, altri fabbricanti hanno optato per scarichi a baionetta e/o immersi.


Negli skimmers cosiddetti esterni o a “doppia pompa” (una pompa di alimentazione ed una o più dedicate esclusivamente alla produzione di schiuma) una serie di particolari costruttivi rende più o meno efficiente la macchina, a parità di volume della colonna di contatto; il sistema di rotazione del flusso d’acqua, ad esempio, allunga il tempo di contatto così come lo sfruttamento della maggior parte del volume della colonna ne aumenta l’efficienza, per non parlare del funzionamento in controcorrente (acqua che scende verso lo scarico, immessa dall’alto, attraversata dalle bolle di aria che, immesse dal basso, viaggiano verso l’alto).

Figura 4: A) Colonna normale. B) Tripla colonna C) Colonna con moto circolatorio D) Colonna con controcorrente (l'acqua scende, l'aria sale). Fonte: http://www.acquaportal.it/Articoli/Tecnica/schiumatoio/default.asp

Negli skimmers cosiddetti interni o a “singola pompa” (una o più pompe che immettono acqua ed aria contemporaneamente nella colonna di contatto) è molto importante il punto di immissione della miscela acqua/aria in colonna. Per leggi della fisica, l’acqua tenderà sempre ad andare verso il basso (cioè verso lo scarico) mentre l’aria procederà verso l’alto (cioè verso il bicchiere).

Questo ci fa facilmente intuire quali sono le caratteristiche che vengono evidenziate in funzione delle diverse scelte progettuali: premesso che il tempo di contatto corretto consente alle bolle di “caricarsi” nella giusta maniera asportando quindi quante più molecole organiche possibile, fondamentale è l’altezza realmente utile della colonna di contatto. Questa va calcolata dalla sommità del diffusore alla base del collo del bicchiere.

Maggiore è questa distanza, meglio si caricheranno le bolle, ma negli skimmers che oltre al diffusore montano una seconda colonna interna, il tempo di contatto è ancora maggiore in quanto l’acqua e l’aria sono “costrette” a compiere un percorso in continuocontatto tra loro a tutto vantaggio dell’asportazione delle molecole di varie dimensioni; questo particolare costruttivo, inoltre, rende lo skimmer “singola pompa” costruito con queste caratteristiche molto più stabile rispetto a quelli realizzati con colonne interne basse o addirittura praticamente inesistenti; anche le prestazioni si incrementano: quanto più alta è la colonna interna (quindi quanto maggiore è il tempo di contatto forzato), tanto aumenta l’efficienza della macchina.

Il “contatto” tra acqua ed aria è quello che si verifica nella parte di colonna “piena” sia di acqua che di aria.

Per meglio comprendere quanto scritto sopra ed i principi della schiumazione rimando ancora al mio articolo pubblicato sulla rivista on-line Aquariophylia, i mesi di ottobre (I parte) e novembre (II parte) 2011 e successivamente da Acquaportal.

Approfondendo il discorso si comprende più facilmente quanto le scelte progettuali possano influire sul rendimento di uno skimmer e dovrebbero portare alla conclusione che non è tanto importante quanta acqua e quanta aria vengono immesse nello skimmer, bensì come questa acqua venga trattata, quindi è evidente che non bastano i singoli parametri a rendere uno skimmer più efficiente di un altro ma conta il progetto generale nel suo insieme. In ogni caso uno skimmer che lavora con meno aria è sempre più stabile di uno che lavora con molta aria.

Giusto per rimarcare la differenza tra le varie soluzioni possibili, una colonna di contatto stretta ed alta è, a parità di volume, molto più efficiente di una larga e bassa. Questo perché il “cammino” delle bolle, in una colonna alta, è più lungo con incremento (sia della quantità che della tipologia) della raccolta di surfactanti.

Il discorso diventa più complesso se cerchiamo di confrontare un conico con un cilindrico e, soprattutto, se vogliamo cercare di valutare un conico partendo dalle sue caratteristiche.

E’ più complesso perché la forma conica mette in evidenza, all’esperto, una serie di problemi non indifferenti: scarsa distanza tra diffusore e base del collo (problema già importante anche nel cilindrico); colonna di contatto reale

Figura 5: in giallo è evidenziata la colonna di contatto realmente sfruttata. Alcuni skimmer hanno un diffusore molto alto a scapito del tempo di contatto aria/acqua.

estremamente piccola e con una forma che invita al bubble merging (altro argomento trattato nel mio precedente articolo); scarichi sempre immersi e sempre strozzati per tenere il livello corretto, con forte aumento di instabilità (è praticamente quasi impossibile montare una colonna interna) e naturale tendenza all’allagamento del bicchiere.

A causa della colonna di contatto solitamente molto ridotta, quindi con scarsa capacità di “raccolta” da parte delle bolle, hanno la necessità di lavorare con un rapporto acqua/aria fortemente sbilanciato verso l’aria in quanto la presenza di moltissime bolle compensa, anche se solo in parte, la scarsa capacità di raccolta delle singole.

Il vero problema è che comunque la “raccolta” non è “completa” (ci sono molecole che, come abbiamo visto, hanno bisogno di un certo tempo per essere raccolte e spesso questo non è sufficiente in questa tipologia di skimmer) ma soprattutto questa tipologia di funzionamento porta all’asportazione di molta acqua ed amplifica la tendenza all’allagamento del bicchiere.


Ancora sulle differenze tra “singola” e “doppia” pompa e tra le diverse tipologie di singola pompa è la tendenza all’allagamento del bicchiere in caso di fermo pompa.

Nel caso dello skimmer a singola pompa è evidentissimo che il problema è legato prevalentemente alla regolazione dello scarico (se per strozzatura).

Il motivo è semplice: quando lo scarico è molto strozzato la regolazione è fatta per tenere l’acqua ad un certo livello, ben preciso; ma la pompa aspira acqua ed aria contemporaneamente.

Quindi, come ben sappiamo, se riduciamo l’aspirazione dell’aria, aumenta proporzionalmente quella dell’acqua.

In caso di interruzione di corrente il tubicino di aspirazione dell’aria si riempie di acqua per il principio dei vasi comunicanti. Inoltre aumenta il livello dell’acqua in sump aumentando la capacità della pompa di aspirare acqua (riduzione della prevalenza).

Quando si riattiva la corrente la pompa dello skimmer aspira solo acqua ed in grossa quantità quindi fino a quando si svuota completamente il tubicino di aspirazione dell’aria, continuerà a pomparla all’interno dello skimmer.


Figura 6: confronto tra skimmers conici e cilindrici. Lo skimmer conico ha un volume utile inferiore nonché un maggiore ingombro "a terra". I due skimmer in foto hanno lo stesso volume utile.

A causa di uno scarico molto “ostruito” (strozzato) l’acqua defluirà con grande difficoltà ed il livello nello skimmer salirà in modo anomalo fino ad allagare il bicchiere (spesso anche se l’aria riparte prima che il collo sia completamente pieno d’acqua, in quanto la spinta dell’aria parte da un livello troppo alto rispetto alla taratura dello scarico).

Negli skimmers con scarico sommerso questo fenomeno è ancora più marcato in quanto si aggiunge la resistenza dell’acqua che è aumentata di livello.
Le macchine a “doppia pompa” già sono meno soggette a questo fenomeno perchè la pompa di carico svolge solo la funzione di alimentazione e quindi al ritorno della corrente ripartirà regolarmente senza significative variazioni di livello; inoltre hanno necessariamente scarico alto (altrimenti non potrebbero essere usati in esterno) e se questo è anche libero da ostruzioni (strozzature) l’uscita dell’acqua risulta facilitata.

Tutto questo è facilmente sperimentabile…

Il top, IMHO, è lo scarico regolabile in altezza. Poiché lo scarico regolabile serve solo a regolare l’altezza dell’acqua nella colonna di contatto, questo sistema di scarico resta sempre libero di scaricare anche grosse quantità di acqua. Può essere utilizzato anche nei “singola pompa” mantenendo il livello perfetto in colonna, sempre per il principio dei vasi comunicanti; purtroppo risulta meno silenzioso di uno scarico sommerso anche se è facilmente silenziabile. Con questo tipo di scarico il fenomeno, già molto raro in un singola pompa ben tarato così concepito, è assolutamente assente nei doppia pompa (salvo clamorose starature).

Molti mi chiedono perché, allora, gli schiumatoi conici stanno avendo tanto successo e qual è il motivo per cui molti produttori si sono orientati verso questa forma della colonna di contatto pur non riuscendo a spiegare con dati scientifici perché dovrebbe aumentare l’efficienza.

C’è più di un motivo. Il primo è che la forma conica è molto accattivante e dà la sensazione, all’utente poco esperto, di un migliore convogliamento delle bolle verso il collo; inoltre, come tutte le “novità”, attira e fa vendere di più. Il secondo è che si risparmia non poco nella lavorazione (quindi riduzione dei costi) in quanto si evita la parte conica sulla sommità del cilindro in quanto si passa direttamente dalla colonna di contatto all’attacco del bicchiere. Del resto se la conicità della colonna di contatto fosse un elemento migliorativo delle prestazioni, sarebbe stata studiata la giusta inclinazione (in gradi) per un risultato ottimale mentre ogni modello, anche dello stesso produttore, utilizza angoli molto diversi tra loro (l’angolo è condizionato dal diametro del collo del bicchiere in rapporto al diametro di base ed all’altezza).

Ne viene di conseguenza che più è stretto il collo, maggiore è l’inclinazione della parete del cono, maggiore è il negativo effetto del “bubble merging”, più è ridotta in dimensioni la colonna di contatto.

Inoltre uno schiumatoio conico ha, a parità di volume, un maggior ingombro in sump rispetto ad un corrispettivo schiumatoio cilindrico. Se il volume di un tronco conico si calcola come 1/3 π h (R2 + r2 + R * r), uno schiumatoio con raggio maggiore 11 centimetri (quindi una base di diametro 22 centimetri), raggio minore 5 centimetri e altezza 25 centimetri avrà un volume interno di 5.3 litri. A parità di altezza, lo stesso volume è raggiungibile progettando uno schiumatoio cilindrico di raggio 8.2 centimetri (e diametro 16.2 centimetri, che si traduce in quasi 5 centimetri in meno di ingombro in sump). Se a questo ingombro poi aggiungiamo la pompa, montata spesso lateralmente e, generalmente, di generose dimensioni, ci possiamo rendere conto di quanto, tali progetti, possano essere problematici per l’acquariofilo.

Altro fattore condizionante il buon funzionamento di uno schiumatoio è la dimensione delle bolle. Queste devono essere molto piccole per offrire una superficie di raccolta quanto maggiore possibile, ma non tanto piccole da sviluppare una spinta verso l’alto insufficiente, allungando troppo il tempo di contatto.

La dimensione della bolla si ottimizza accoppiando il venturi alla pompa ed alla girante ad aghi. Gli aghi “battono” l’aria aspirata un numero fisso di volte al secondo (determinato dai 50 o 60 Hz della corrente alternata) attraverso il venturi e la frantumano in tante piccole bolle praticamente uguali tra loro, che vengono “sparate” nella colonna di contatto. L’abbinamento tra la dimensione, la velocità del flusso ed il numero di aghi determina la dimensione delle bolle e quindi la regolarità di funzionamento di uno skimmer.

Figura 7: differenti tipologie di giranti per pompe di schiumazione. La girante ad aghi (la prima a sinistra) è attualmente la più utilizzata.

Ma…adesso sono comparse sul mercato le “DC pumps”, pompe che lavorano in corrente continua e che quindi sono facilmente regolabili. Regolabili come? Variando la velocità di rotazione del magneto-rotore, quindi aumentando o diminuendo il numero di giri… quindi aumentando o diminuendo il numero di volte che le bolle d’aria vengono frantumate… quindi aumentando o diminuendo il diametro delle bolle… e questo cambia drasticamente sia la capacità di raccolta (superficie delle bolle che diminuisce all’aumentare del diametro) sia la velocità di risalita delle stesse… quindi variando drasticamente il comportamento e la resa dello skimmer.

Anche se in teoria uno skimmer con DC-pump offre varie possibilità di regolazione, in realtà funzionerà perfettamente solo con una ben precisa regolazione della pompa, cioè con quella che ottimizza il rapporto acqua/aria.

A proposito di pompe, esistono due diversi tipi di schiumatoi singola pompa: quelli con pompa interna e quelli con pompa esterna. Quelli con pompa interna sono più complessi da costruire (quindi hanno un costo di produzione maggiore), hanno il vantaggio del minimo ingombro possibile, la silenziosità è al massimo, ma quando bisogna fare manutenzione vanno estratti completamente dalla sump e devono essere smontati completamente. Quelli con pompa esterna sono più economici da produrre, occupano più spazio, ma sono più comodi nella manutenzione della pompa.

 

Ricapitolando, i particolari che, dall’esterno e senza vedere in funzione uno skimmer ci possono consentire una valutazione di massima sono:

  • impressione di solidità/qualità
  • cura delle lavorazioni e dei particolari (a volte denota cura nel progetto)
  • qualità dei materiali
  • spessore dei materiali
  • altezza della colonna di contatto utile
  • volume totale della colonna di contatto utile e forma della stessa
  • scelta della soluzione tecnica di base, cioè singola pompa/doppia pompa (la seconda molto più efficace a parità di volume e di bontà del progetto)
  • tipologia dello scarico.

La conclusione è che si può avere una idea di come potrebbe funzionare uno skimmer e la validità del progetto, ma lo schiumatoio andrebbe sempre visto in funzione e soprattutto in “fase di taratura” prima di acquistarlo!

 

Alla luce di quanto sopra possiamo affermare che lo skimmer ideale non sarà mai montato sotto una nostra vasca; perché? Perché lo skimmer ideale è sottile e quanto più alto possibile, quindi sarebbe impensabile nasconderlo all’interno di un supporto per acquario standard.

 



 

 

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