Un altro atomizzatore di CO2? Di articoli sulla CO2 , sugli atomizzatori e sulla sua diffusione in acqua ce ne sono a migliaia… e Tritium ne riassume le tecniche in questo atomizzatore a centrifuga!


Valanghe di articoli sugli impianti di CO2 fai da te… Esatto, e io me ne sono letti parecchi, cercando di raggruppare ogni conoscenza in un unico dispositivo: l’ «Atomizzatore 8000 De.Fin.It.I.Vo.» !!

Atomizzatore CO2
Atomizzatore 8000 De.Fin.It.I.Vo. !! (immagine tratta dal film «Tesoro, mi si sono ristretti i ragazzi»)

Facciamo i seri e vediamo di che si tratta. Il mio sistema di CO2 si basa su 3 pilastri:

  1. Impianto di CO2 a gel (stabile nel tempo, efficiente, sicuro perché non richiede contenitori che sostengano elevate pressioni)
  2. Atomizzatore CO2 a centrifuga (il punto saliente, lo vediamo a breve)
  3. Sistema Venturi per lo scioglimento della CO2 in acqua

Impianto di CO2 a gel

Sull’impianto a gel non mi sto a soffermare molto. Il web è pieno di articoli a tema (sul nostro Portale: CO2 da lieviti per acquario (metodo a gel)). In sostanza: zucchero e gel sul fondo, lievito e acqua in cima.

Importante è il passo successivo. Molti non lo ritengono necessario, ma mi permetto di dissentire: quando la CO2 esce, io la faccio passare in un secondo contenitore (ehm, bottiglia) pieno d’acqua. Questo perché con la produzione di CO2 si forma anche dell’alcol (i lieviti, la birra… sarebbe quello il loro utilizzo, non l’acquariofilia); se non frapponessi un contenitore d’acqua, state pur certi che una percentuale di alcol entrerebbe in acquario.

«Eh ma l’alcol è liquido». Verissimo, ma nella vita ci sono due certezze: la morte, e il fatto che tutto evapori. Magari in futuro approfondirò l’argomento, che richiede la conoscenza delle curve gaussiane, ma in questo contesto non mi pare il caso.
Perciò ficcateci anche ‘sta bottiglia extra, e fidatevi. L’alcol ama disciogliersi in acqua, quindi il gioco è fatto: verrà trattenuto nella bottiglia, mentre la CO2 ne uscirà in forma di bollicine.

Impianto di CO2 a gel
Schema di impianto di CO2 a gel con bottiglia d’acqua per filtrare l’alcol.

Mi raccomando, se seguite questo sistema, applicate una valvola di non ritorno (il simbolo strano nel disegno, che in realtà sarebbe quello di un diodo) che indica chiaramente il verso in cui può procedere la CO2 e dal quale, in senso contrario, non può passare nient’altro.
Ho quasi allagato casa per questa dimenticanza.

Sul simbolo (*), invece, potete mettere ciò che preferite per rendere più sofisticato il vostro impianto CO2: un manometro per vedere la pressione, un rubinetto per regolarne il flusso… persino uno di quei tappini delle camere d’aria delle bici, se dovesse succedere un incidente e aveste bisogno di far sfiatare l’impianto in modo controllato. O addirittura un sistema contabolle fatto con i dosatori delle flebo… (visto sempre qui sul Portale). Date libero sfogo all’immaginazione.

Nella pratica, ecco com’è fatto il mio impianto (foto sotto): nella bottiglia n. 1 ci sono gel + lievito, che formano CO2 + alcol; questi fluiscono nella bottiglia n. 2 attraverso una pietra porosa (freccia rossa) dove incontrano acqua pura. L’acqua trattiene l’alcol e lascia passare la CO2 (pura), in forma di fini bollicine in uscita dalla porosa.

Impianto di CO2 a lieviti con filtraggio di alcol tramite acqua
Impianto di CO2 a lieviti con filtraggio di alcol tramite acqua (foto di Tritium)

Già solo dopo 2 settimane d’utilizzo (circa 6 bolle/min), al momento in cui resetto il sistema (ripreparo la gelatina ecc) e cambio l’acqua della bottiglia n. 2, riesco a percepire distintamente l’odore di alcol, che «a naso» sarà sul 20-30% di gradazione.
Tutto quest’alcol, se non venisse trattenuto dall’acqua, verrebbe somministrato giornalmente ai pesci.

Atomizzatore CO2 a centrifuga e sistema Venturi

Veniamo ora alla parte interessante, il vero e proprio sistema di scioglimento e diffusione della CO2.
Vi posso garantire che, se fatto bene, è così efficiente che vedrete entrare la CO2… e poi non la vedrete più! Esatto, questa si accumula in una sacca d’aria, ma non fuoriesce poiché si discioglie tutta in acqua.

Atomizzatore a centrifuga
Atomizzatore a centrifuga

Andiamo con ordine, usando come riferimento lo schema qui sopra.

punto A)

Immagino tutti usiate, per l’acqua in uscita dal filtro, i tubi grossi in silicone da circa 1 cm di diametro.
Bene, fateci un foro di diametro inferiore rispetto ai classici tubicini per aeratore (quindi restate su un diametro di circa 3 mm).
Nel foro inserite un tubicino rigido con l’estremità tagliata a 45° per facilitarne l’ingresso, come in figura. Notare l’orientamento della punta a 45°: dev’essere in opposizione con il flusso d’acqua della pompa, in modo da aspirarla.

punto B)

Una parte di acqua in uscita dal filtro confluisce in questa zona. Abbiamo ridotto la sezione del tubo di mandata iniziale, perciò sarà un flusso molto forte (effetto venturi… minore sezione, maggiore velocità… conservazione della portata…). Notare che è anche il punto in cui questo flusso d’acqua incontra la nostra CO2, che si diffonde attraverso una porosa ed emerge in superficie all’interno di un barattolino, la vera e propria «centrifuga» del nostro atomizzatore.

Barattolino
Barattolino con tappo a vite

Questo piccolo contenitore me lo sono trovato in casa e l’ho usato per lo scopo. Tra l’altro è pure trasparente, perciò posso vedere cosa accade dentro. Voi, se non ne avete già uno, potete procurarvi per esempio un barattolino per urine, in vendita in farmacia.
L’importante è che sia un barattolo con il tappo a vite. Questo perché bisognerà inserire una porosa al suo interno, e poi richiuderlo.

Il barattolino andrà posizionato a testa in giù, con il tappo in basso. Se rimanesse aperto, la CO2 si accumulerebbe sempre di più, fino ad occupare tutto il barattolino e fuoriuscirne in forma di mega-bolla.

All’interno del barattolo, il flusso d’acqua in ingresso agita la superficie favorisce lo scioglimento della CO2.
Il mio barattolino da 30 ml permette di sciogliere circa 10-12 bolle/min di CO2 senza problemi. Se fosse necessario erogare più bolle al minuto, basterebbe utilizzare un barattolo più grande: maggiori saranno le dimensioni della superficie di contatto liquido/gas, maggiore sarà la possibilità di scambio, e quindi l’efficienza di scioglimento.

punto C)

E’ il foro di uscita dell’acqua, arricchita di CO2. Nello schema in alto ho segnato anche la misura h, per indicare che il foro di entrata (B) e quello di uscita (C) dovranno essere posti alla stessa altezza. In questo modo si raggiunge un equilibrio tra CO2 in arrivo e CO2 disciolta, facendo sì che nessuna bolla fuoriesca dal sistema.

L’altezza dei fori, considerando la pressione molto bassa di un impianto «fai da te» a lieviti, può assestarsi a circa 2/3 dalla base (più bassi saranno i fori, maggiore sarà la pressione richiesta all’impianto).

In caso la somministrazione di CO2 debba essere massiccia, e questo contenitore sia molto piccolo (quindi minore superficie di scambio tra gas e liquido), è probabile che qualche bolla scappi, ma di nuovo nessun problema.

punto D)

L’acqua arricchita di CO2 e qualche bolla (se fosse scappata) escono dalla nostra «centrifuga» e vengono reimmesse nel flusso principale di mandata. Di nuovo, si sfrutta l’effetto Venturi che, a causa di un restringimento di portata, frammenta le bolle che sono riuscite a fuggire, liberandole in vasca.

Nel disegno seguente riporto i profili di velocità sui due punti A (in) e D (out), la prima volta sfruttato per dare forza alla «centrifuga», la seconda volta per frammentare le eventuali bolle superstiti.

Profili di velocità di ingresso e uscita dell'acqua
Profili di velocità di ingresso e uscita dell’acqua nell’atomizzatore a centrifuga

Ed ecco, dopo tanti disegni, la foto del mio atomizzatore a centrifuga. Non si vede per intero perché funzionante in vasca e parzialmente nascosto dalle piante. Dovreste aver già capito com’è fatto, ma rivediamo il funzionamento nella pratica.

Atomizzatore a centrifuga
Atomizzatore a centrifuga in acquario (foto di Tritium)

Nel grosso tubo verde scorre l’acqua in uscita dal filtro.
Attraverso l’innesto del tubicino B, di fatto, «rubo» acqua (H2O out) dalla mandata della pompa, che poi verrà reimmessa nel flusso in uscita C (H2O in).
In pratica sfrutto la portata della pompa del filtro, con conseguente aumento di velocità in due punti: nell’atomizzatore (foto successiva) e nell’innesto C (H2O in). Qui infatti, se per caso scappa qualche bollicina non disciolta dall’atomizzatore, la velocità del flusso la frammenterà finemente.

Barattolino in cui avviene l'atomizzazione della CO2
Barattolino in cui avviene l’atomizzazione della CO2 (foto di Tritium)

La portata «rubata» dal tubo di mandata (H2O out), veloce poiché il tubicino ha una sezione più piccola di quello in uscita dal filtro, incontra la CO2 (che entra dal tubo A) in questo barattolino con porosa. Acqua e anidride carbonica si mescolano vorticosamente sulla superficie di separazione liquido/gas.

L’acqua arricchita di CO2 esce dal barattolino attraverso il tubicino sul lato opposto del barattolo (H2O in) e si ricongiunge al flusso di mandata del filtro, per essere letteralmente sparata in acquario. Se fosse passata qualche bolla sotto forma gassosa… beh, verrà frammentata dal ricongiungimento dei due flussi.

Una nota sull’ultima foto: il mio impianto è nato come prototipo (che poi si è confermato come definitivo), pertanto potete notare come il tubo «H2O out» sia posto addirittura verticalmente, e non invece alla stessa altezza dell’ingresso «H2O in» come dovrebbe essere. Per rimediare a ciò, ho dovuto inclinare il barattolo, che già con 15° di inclinazione funziona perfettamente.

Principio di funzionamento dell’Atomizzatore

L’atomizzatore funziona per azione meccanica.

Vediamo l’esempio dello zucchero in un bicchiere d’acqua: le molecole di H2O attivano il processo di «solvatazione», ossia rompono i propri legami (e quelli dello zucchero) per «abbracciare» le molecole isolate di zucchero. Acqua e zucchero

È chiaro che, se butti lo zucchero sul fondo e lo molli lì, tendenzialmente solo le molecole di acqua prossime ai granelli attueranno questo processo, mentre quelle alla sommità del bicchiere non li vedranno manco col cannocchiale.

Quindi cosa si fa? Si mescola con un cucchiaino, per equalizzare il sistema e dare a tutte le molecole pari opportunità di «abbracciare» la propria molecola di zucchero.

Ecco, strano a dirsi, ma per i gas il sistema è (circa) lo stesso, dove ovviamente le molecole del liquido in questione sono quelle superficiali, a contatto gas/acqua. Per questo motivo un atomizzatore più largo funziona meglio, come detto sopra.

Il mescolamento dell’acqua avviene per via meccanica, immettendo un flusso più veloce, dato dal sistema Venturi.
L’acqua vorticosa cattura la CO2, che si scioglie e va dritta in acquario in forma liquida.

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