Questo disco di ghiaccio secco sta ruotando con velocità scalare costante intorno a un punto fisso su un tavolo. Per mantenerlo sulla sua traiettoria circolare è necessario che sia legato con un filo al centro di rotazione.
Se il filo si spezza, il disco infatti si allontanerà su una linea retta. Il filo esercita sul disco una forza che lo costringe a restare sulla circonferenza, movendosi con una velocità che in ogni stante è tangente alla traiettoria. Quando tagliamo il filo, questa forza scompare e per il principio di inerzia, il disco inizia a muoversi di moto rettilineo uniforme con una velocità che ha la stessa grandezza, direzione e verso, che aveva nell'istante in cui il filo è stato tagliato.
L’accelerazione che corrisponde a questo continuo cambiamento di direzione del vettore velocità, come già sappiamo, è l’accelerazione centripeta AC, che in ogni stante è diretta verso il centro della circonferenza. Per la legge fondamentale della dinamica, a questa accelerazione corrisponde una forza, la forza centripeta FC, diretta anche solo un'istante verso il centro di rotazione. La forza centripeta è tanto maggiore quanto maggiore è la massa dell'oggetto che si muove di moto circolare uniforme.
Nel caso del nostro disco a ghiaccio secco, la forza centripeta è esercitata dal filo. Per un'automobile che percorre una curva con velocità scalare costante, la forza centripeta nasce dall'attrito tra le ruote dell'auto e la superficie della strada.
DEPURAZIONE OLIO
Quindi su questo concetto si basa la depurazione a bordo dei lubrificanti utilizzati per i motori a combustione interna e a vapore. Vediamo adesso come è composto un depuratore, vediamolo una parte per volta per familiarizzare con i pezzi di cui è composto. Nell’animazione stiamo vedendo la componentistica contenuta nella parte superiore.
Nel seguito scendendo verso il basso vediamo la componentistica del tamburo, il cuore del depuratore
Vediamo nei dettagli di quali elementi è composto un tamburo, possono esistere leggere differenze tra vari tipi di depuratori, molto dipende dal costruttore.
Abbiamo scelto un depuratore trascinato da una cinghia e non direttamente da un motore elettrico. Vediamola nell’animazione seguente
All’interno del tamburo avviene sia la separazione liquido/liquido/solidi che l’eliminazione verso l’esterno della macchina delle impurità separate (sparo). Nell’animazione seguente è possibile seguire anche il meccanismo di espulsione
In quest’altra animazione vediamo più nei dettagli come avviene l’operazione di sparo: nella pratica si tratta di far abbassare il tamburo e far uscire, grazie alla forza centrifuga, tutti i residui solidi e liquidi presenti sulla periferia del tamburo. Ad operazione completa, un sistema composto da acqua dolce in pressione provvederà ad alzare il tamburo facendo continuare il processo di depurazione.
Per capire meglio la differenza che c’è tra separazione e chiarificazione ripetiamo altre animazioni differenti dalle precedenti che ci portano a capire tale fenomeno.
La separazione dei solidi dal liquido è chiamata chiarificazione. Il principio della chiarificazione è spiegato considerando un serbatoio di decantazione dell'olio. L'olio contenente impurità solide e acqua viene trasferito nel serbatoio e lasciato in piedi senza essere disturbato. Nel tempo, a causa della forza di gravità, le impurità solide e l'acqua si depositeranno, essendo più pesanti dell'olio. L'olio pulito sarà in cima. Tuttavia, la separazione per gravità richiederà più tempo. La forza di separazione è direttamente proporzionale:
- Alla differenza di densità dei due liquidi (olio e acqua)
- Alla grandezza delle particelle solide contenute nell’olio
In un chiarificatore centrifugo, l'olio viene fornito attraverso il distributore allo stack di dischi conici. Le impurità solide presenti nell'olio si separano e si accumulano sul lato della ciotola. I solidi più pesanti si depositano vicino al fondo della ciotola e i solidi più leggeri verso l'alto. Solo l'olio chiarificato viene estratto dal chiarificatore. Le impurità solide e l'acqua separate vengono rimosse tramite gli scarichi delle fanghiglie durante lo sparo. La purificazione è un processo di separazione di due liquidi, di solito olio e acqua.
Anche la separazione delle impurità solide avviene contemporaneamente. Considera un serbatoio con la partizione in un'estremità. La partizione ha un'apertura sul fondo, che permette al liquido di fluire attraverso di essa. L'acqua viene versata prima all'interno del serbatoio finché non trabocca da b.
h1 = h2 x la densità dell’olio
dove:
h1 = altezza dell’acqua
h2 = altezza dell’olio
L'equazione di equilibrio è h1 uguale al prodotto di h2 e della densità dell'olio. La posizione dell'interfaccia acqua/olio dovrebbe essere mantenuta per evitare che l'olio si mescoli con l'acqua separata e che l'acqua si mescoli con l'olio pulito. La posizione dell'interfaccia può essere mantenuta variando l'acqua h1 in base alla densità dell'olio in fase di purificazione. L'acqua presente nell'olio si depositerà causando un uguale quantità di acqua a traboccare da b. La quantità di acqua che forma la guarnizione rimane costante. L'olio pulito separato traboccherà da c.
Ruotando il serbatoio di 90 gradi, la figura rappresenterà la separazione che avviene in un separatore centrifugo. Il principio è simile al metodo gravitazionale. L'acqua viene versata prima finché non fuoriesce da b.
L'olio viene fornito in a e parte dell'acqua viene spostata in b. L'acqua separata defluisce in b. L'olio pulito separato defluisce in c. h1 viene modificato a seconda della densità del carburante per mantenere l'interfaccia olio-acqua.
Nel separatore centrifugo, il disco di gravità (Gravity disc) controlla la posizione dell'interfaccia olio-acqua. Le dimensioni del disco di gravità sono selezionate in base alla densità dell'olio da purificare dal nomogramma del produttore. Il purificatore viene riempito prima con acqua di tenuta.
L'olio da purificare scorre verso il basso attraverso il distributore ed entra nello stack di dischi conici attraverso i fori di alimentazione. Parte dell'acqua viene spostata e quella rimanente forma il sigillo d'acqua.
L'olio scorre tra i dischi attraverso i fori di distribuzione e le impurità solide più pesanti si separano e si accumulano sul lato della ciotola. L'acqua separata dall'olio defluisce attraverso l'uscita dell'acqua. L'olio purificato defluisce nel serbatoio dell'olio.
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