sifon - Siphon

sifon prensibi
Uçan damlacık sifonunda, yüzey gerilimi, sıvı akışını hava ile doldurulmuş sızdırmaz bir odanın içindeki ayrı damlacıklara çeker, aşağı inen sıvının yukarı çıkan sıvı ile temas etmesini önler ve böylece sıvının çekme kuvvetinin sıvıyı çekmesini önler. yukarı. Ayrıca girişteki atmosfer basıncının etkisinin çıkıştaki eşit atmosferik basınç tarafından iptal edilmediğini de gösterir.

Bir sifon ( Eski Yunanca : σίφων , romanlaştırılmışsíphōn , "boru, tüp", aynı zamanda etimolojik olmayan bir şekilde sifon olarak da yazılır ), sıvıların tüplerden akışını içeren çok çeşitli cihazlardan herhangi biridir. Daha dar bir anlamda, kelime özellikle ters çevrilmiş bir "U" şeklinde bir boruya atıfta bulunur; bu, bir sıvının bir rezervuar yüzeyinin üzerinde, pompasız olarak yukarı doğru akmasına neden olur, ancak akarken sıvının düşmesinden güç alır. yerçekimi altında tüpten aşağı doğru iner , ardından geldiği rezervuarın yüzeyinden daha düşük bir seviyede boşaltır.

Sifonların, sıvının pompalanmadan ve sadece yerçekimi ile nasıl yokuş yukarı, yerçekimine karşı akmasına neden olduğu konusunda önde gelen iki teori vardır. Yüzyıllardır geleneksel teori, sifonun çıkış tarafındaki sıvıyı aşağı çeken yerçekiminin sifonun tepesindeki basıncın azalmasına neden olmasıydı. Daha sonra atmosferik basınç, sıvıyı üst rezervuardan, bir barometre veya içme kamışında olduğu gibi sifonun üstündeki azaltılmış basınca ve ardından yukarı itebildi. Bununla birlikte, sifonların bir vakumda ve sıvının barometrik yüksekliğini aşan yüksekliklerde çalışabileceği gösterilmiştir. Sonuç olarak, sıvının zincir fıskiyesine benzer bir şekilde sifonun üzerinden çekildiği sifon işleminin kohezyon gerilimi teorisi savunulmaktadır . Bir teorinin veya diğerinin doğru olması gerekmez, bunun yerine her iki teori de farklı ortam basıncı koşullarında doğru olabilir. Yerçekimi teorisi ile atmosferik basınç, belirgin bir atmosfer basıncının olmadığı vakumdaki sifonları açıklayamaz. Ama yerçekimi teorisi ile uyum gerginlik izah edemez CO
2
gaz sifonları, kabarcıklara rağmen çalışan sifonlar ve gazların önemli bir çekme kuvveti uygulamadığı ve temas halinde olmayan sıvıların kohezif bir gerilim kuvveti uygulayamadığı uçan damlacık sifonu.

Modern zamanlarda bilinen tüm yayınlanmış teoriler, Bernoulli denklemini idealize edilmiş, sürtünmesiz sifon işlemine uygun bir yaklaşım olarak kabul eder .

Tarih

Pascal'ın sifonu, bir su kabının içindeki iki cıva beherini göstererek, bir sifonun "doğa boşluktan nefret ettiğini" değil, atmosferik basınçla çalıştığını gösteriyor.

1500'den kalma Mısır kabartmaları, sıvıları büyük saklama kavanozlarından çıkarmak için kullanılan sifonları tasvir eder.

Sifonların Yunanlılar tarafından kullanıldığına dair fiziksel kanıtlar, MÖ 6. yy'da Samos'ta bulunan Pythagoras'ın Adalet kupası ve MÖ 3. yy'da Pergamon'da Yunan mühendisler tarafından yapılan kullanımdır .

İskenderiye Kahramanı, Pneumatica adlı incelemesinde sifonlar hakkında kapsamlı bir şekilde yazdı .

Banu Musa 9. yüzyıla Bağdat'ın kardeşler onların anlatılan bir çift konsantrik sifon icat Hünerli Cihazların Kitabı . Hill tarafından düzenlenen baskı, çift eşmerkezli sifonun bir analizini içerir.

Sifonlar , özellikle pompaların (ve sifonların) maksimum yüksekliğini ve erken barometrelerin tepesindeki görünür vakumu anlamak amacıyla , emme pompaları (ve yakın zamanda geliştirilen vakum pompaları ) bağlamında, 17. yüzyılda daha fazla incelenmiştir . Bu başlangıçta Galileo Galilei tarafından Aristoteles'e dayanan ve Galileo'nun reçinedenza del vacuo olarak yeniden ifade ettiği korku vacui ("doğa boşluktan nefret eder") teorisi aracılığıyla açıklandı , ancak daha sonra bu daha sonraki işçiler, özellikle Evangelista Torricelli ve Blaise tarafından reddedildi. Pascal  – bkz. barometre: tarih .

teori

Tipik atmosferik basınçlarda ve boru yüksekliklerinde çalışan pratik bir sifon işe yarar çünkü yerçekiminin daha uzun sıvı sütununu aşağı çekmesi sifonun tepesinde düşük basınç bırakır (resmen, sıvı hareket etmediğinde hidrostatik basınç ). Tepedeki bu azaltılmış basınç, daha kısa sıvı sütununu yerçekimi tarafından aşağı çekmenin, sıvıyı sifonun tepesindeki azaltılmış basınç bölgesine iten atmosferik basınca karşı sabit tutmak için yeterli olmadığı anlamına gelir. Böylece sıvı, üst rezervuarın yüksek basınç alanından sifonun üst kısmındaki alt basınç bölgesine kadar akar ve daha sonra yerçekimi ve daha uzun bir sıvı sütunu yardımıyla aşağıya doğru akar. çıkışta daha yüksek basınç bölgesi.

"B" ile işaretli bölümün "A" bölümünden daha ağır olduğu için aşağı doğru çekildiği zincir modeli, sifonun çalışmasına kusurlu ama kullanışlı bir benzetmedir.

Zincir modeli, bir sifonun kullanışlı ancak tam olarak doğru olmayan bir kavramsal modelidir. Zincir modeli, bir sifonun sıvının nasıl yokuş yukarı akmasına neden olabileceğini anlamaya yardımcı olur, bu da yalnızca aşağı doğru yerçekimi kuvvetiyle desteklenir. Bir sifon bazen, zincirin bir ucunun diğerinden daha yüksek bir yüzeye yığıldığı bir makara üzerinde asılı bir zincir gibi düşünülebilir. Kısa taraftaki zincirin uzunluğu, uzun taraftaki zincirin uzunluğundan daha hafif olduğu için, uzun taraftaki daha ağır zincir aşağı doğru hareket edecek ve daha hafif taraftaki zinciri yukarı çekecektir. Bir sifona benzer şekilde, zincir modeli açıkça sadece daha ağır tarafa etki eden yerçekimi tarafından desteklenmektedir ve enerjinin korunumuna ilişkin bir ihlal olmadığı açıktır, çünkü zincir nihayetinde sadece sıvının yaptığı gibi daha yüksek bir konumdan daha düşük bir konuma hareket etmektedir. bir sifon içinde.

C'den D'ye düşen daha hafif alt bacak bile, daha ağır olan üst bacağın sıvısının yukarı ve alt hazneye akmasına neden olabilir.

Bir sifonun zincir modeliyle ilgili bir takım sorunlar vardır ve bu farklılıkları anlamak sifonların gerçek işleyişini açıklamaya yardımcı olur. Birincisi, sifonun zincir modelinden farklı olarak, aslında önemli olan kısa tarafa kıyasla uzun taraftaki ağırlık değildir . Daha ziyade , basınç dengesini belirleyen, hazne yüzeylerinden sifonun tepesine kadar olan yükseklik farkıdır . Örneğin, üst hazneden sifonun tepesine kadar olan borunun çapı, alt hazneden sifonun üst kısmına kadar olan borunun uzun kısmından çok daha büyükse, sifonun daha kısa olan üst kısmı çok daha büyük olabilir. içindeki sıvının ağırlığıdır ve yine de aşağı borudaki daha hafif sıvı hacmi, sıvıyı daha kalın olan boruyu yukarı çekebilir ve sifon normal şekilde çalışabilir.

Diğer bir fark, çoğu pratik durumda, çözünmüş gazların, buhar basıncının ve (bazen) boru duvarlarıyla yapışma eksikliğinin, sıvı içindeki çekme mukavemetini sifonlama için etkisiz hale getirmek için bir araya gelmesidir. Bu nedenle, önemli bir gerilme mukavemetine sahip bir zincirin aksine, sıvılar tipik sifon koşulları altında genellikle çok az gerilme mukavemetine sahiptir ve bu nedenle yükselen taraftaki sıvı, zincirin yükselen taraftan çekildiği şekilde yukarı çekilemez.

Sifonların ara sıra yanlış anlaşılması , sıvıyı yukarı çekmek ve yükselmek için sıvının gerilme mukavemetine güvenmeleridir . Bazı deneylerde ( z-tüpü gibi ) suyun önemli bir gerilme mukavemetine sahip olduğu ve vakumdaki sifonların bu tür bir kohezyona dayandığı bulunurken, yaygın sifonların çalışması için hiçbir sıvı gerilme mukavemetine ihtiyaç duymadığı kolayca gösterilebilir. Ayrıca, ortak sifonlar sifon boyunca pozitif basınçlarda çalıştıkları için sıvının çekme mukavemetinden herhangi bir katkı yoktur, çünkü moleküller aslında birbirlerini çekmek yerine basınca direnmek için birbirlerini iterler.

Havalı çalıştırma sifonu. Sıvı kolonunun C'den D'ye düşmesine izin verildiğinde, üst rezervuardaki sıvı B'ye ve yukarıya doğru akacaktır. Sıvıyı yukarı çekmek için sıvı çekme kuvvetine gerek yoktur.

Göstermek için, ortak bir sifonun daha uzun alt ayağı alttan tıkanabilir ve şekildeki gibi sıvı ile neredeyse tepeye kadar doldurulabilir, üst ve daha kısa üst ayak tamamen kuru ve sadece hava içerir. Tapa çıkarıldığında ve daha uzun alt bacaktaki sıvının düşmesine izin verildiğinde, üst haznedeki sıvı tipik olarak hava kabarcığını aşağı ve borudan dışarı doğru süpürür. Cihaz daha sonra normal bir sifon olarak çalışmaya devam edecektir. Bu deneyin başında sifonun her iki tarafındaki sıvılar arasında temas olmadığı için sıvı molekülleri arasında sıvıyı yukarı çekmek için herhangi bir kohezyon olamaz. Sıvı çekme mukavemeti teorisinin savunucuları tarafından, hava başlatma sifonunun etkisini yalnızca sifon başladığında gösterdiği, ancak durumun, balonun süpürülmesiyle değiştiği ve sifonun sabit akış sağladığı öne sürülmüştür. Ancak benzer bir etki uçan damlacık sifonunda da görülebilir (yukarıya bakın). Uçan damlacık sifonu, sıvıyı yukarı çeken sıvı çekme kuvveti olmadan sürekli çalışır.

Uçan damlacıklı bir sifonla tropikal meyve yumruğunu sifonlamanın gösterimi

Video gösterimindeki sifon, üst rezervuar boşalana kadar 28 dakikadan fazla sabit bir şekilde çalıştı. Sifonda sıvı çekme mukavemetinin gerekli olmadığının bir başka basit gösterimi, çalışma sırasında sifona basitçe bir baloncuk sokmaktır. Kabarcık, herhangi bir sıvı çekme mukavemetini yenerek, kabarcıktan önce ve sonra tüpteki sıvıları tamamen ayıracak kadar büyük olabilir ve yine de kabarcık çok büyük değilse, sifon süpürürken çok az değişiklikle çalışmaya devam edecektir. dışarı kabarcık.

Sifonlarla ilgili bir başka yaygın yanılgı da, giriş ve çıkışta atmosfer basıncının hemen hemen aynı olması nedeniyle, atmosfer basıncının iptal edilmesi ve bu nedenle atmosfer basıncının sıvıyı sifondan yukarı itememesidir. Ancak, kuvvetlerin bir kısmına veya tamamına karşı koyan bir araya giren bir kuvvet varsa, eşit ve zıt kuvvetler tamamen ortadan kalkmayabilir. Sifonda, giriş ve çıkıştaki atmosferik basınç, her bir tüpteki sıvıyı aşağı çeken yerçekimi kuvvetiyle azalır, ancak aşağı taraftaki basınç, aşağı taraftaki daha uzun sıvı sütunu tarafından daha fazla azalır. Aslında, aşağı taraftan gelen atmosferik basınç, yukarı tarafı yukarı iten tüm atmosferik basıncı iptal etmek için tamamen tepeye "yapmaz". Bu etki, iki arabanın bir tepenin zıt taraflarına itilmesi örneğinde daha kolay görülebilir. Şemada gösterildiği gibi, soldaki kişi, sağdaki kişiden gelen eşit ve zıt itme ile itmesini tamamen iptal etmiş gibi görünse de, soldaki kişinin görünüşte iptal edilmiş itmesi hala itme kuvvetinin kaynağıdır. sol sepet yukarı.

Birbirini iptal ediyor gibi görünen eşit ve zıt kuvvetlerin bir örneği, ancak soldan görünüşte iptal edilmiş kuvvet, bir sifonun her iki ucundaki eşit ve zıt atmosferik basıncın nasıl göründüğüne benzer şekilde nesneyi hala yukarı itiyor. iptal eder, atmosferik basıncı sıvıyı yukarı itmeye devam eder. (Arabalar bağlı değildir, bu yüzden birbirlerini çekmezler, sadece iterler.)

Bazı durumlarda sifonlar atmosfer basıncının olmadığı durumlarda ve çekme mukavemetinden dolayı çalışır – vakum sifonlarına bakın  – ve bu durumlarda zincir modeli öğretici olabilir. Ayrıca, diğer ayarları su taşıma en önemlisi, gerilme nedeniyle meydana terleme çekme içinde ksilem arasında vasküler bitkiler . Su ve diğer sıvıların çekme mukavemeti yokmuş gibi görünebilir, çünkü bir avuç dolusu çekilip çekildiğinde, sıvılar daralır ve zahmetsizce ayrılır. Ancak bir sifondaki sıvının çekme mukavemeti, sıvı boru duvarlarına yapıştığında ve dolayısıyla daralmaya karşı direnç gösterdiğinde mümkündür. Yağ veya hava kabarcıkları gibi boru duvarlarındaki herhangi bir kirlilik veya türbülans veya titreşim gibi diğer küçük etkiler, sıvının duvarlardan ayrılmasına ve tüm gerilme mukavemetini kaybetmesine neden olabilir.

Daha ayrıntılı olarak, üst hazneden dikey boru, alt hazneden dikey boru ve bunları birbirine bağlayan yatay boru (U-şekli varsayılarak) göz önüne alındığında , hidrostatik basıncın statik bir sifon aracılığıyla nasıl değiştiğine bakılabilir. . Üst rezervuardaki sıvı seviyesinde, sıvı atmosfer basıncı altındadır ve sifona çıkıldıkça hidrostatik basınç düşer ( dikey basınç değişimi altında ), çünkü suyu yukarı iten atmosferik basıncın ağırlığı kolon tarafından dengelenir. sifondaki suyun aşağı doğru itilmesi (bir barometre/sifonun maksimum yüksekliğine ulaşana kadar, bu noktada sıvı daha yükseğe itilemez) – daha sonra tüpün üstündeki hidrostatik basınç, atmosfer basıncından orantılı bir miktarda daha düşüktür. borunun yüksekliği. Aynı analizi alt hazneden yükselen boru üzerinde yapmak, o (dikey) borunun üstündeki basıncı verir; bu basınç daha düşüktür çünkü boru daha uzundur (daha fazla su aşağı itilir) ve alt rezervuarın üst rezervuardan daha düşük olmasını veya daha genel olarak tahliye çıkışının üst rezervuarın yüzeyinden daha düşük olmasını gerektirir. Şimdi bunları birbirine bağlayan yatay boru göz önüne alındığında, üst hazneden borunun üstündeki basıncın daha yüksek olduğu (çünkü daha az su kaldırıldığı için), alt hazneden borunun üstündeki basıncın daha düşük olduğu görülmektedir ( daha fazla su kaldırıldığından) ve sıvılar yüksek basınçtan düşük basınca hareket ettiğinden, sıvı yatay boru boyunca üst havuzdan alt havuza akar. Sıvı, tüp boyunca gerilim değil pozitif basınç (sıkıştırma) altındadır.

Bernoulli denklemi , bilimsel literatürde sifonun işleyişine adil bir yaklaşım olarak kabul edilir. İdeal olmayan akışkanlarda, sıkıştırılabilirlik, çekme mukavemeti ve çalışma akışkanının (veya çoklu akışkanların) diğer özellikleri Bernoulli denklemini karmaşıklaştırır.

Bir kez başlatıldığında, bir sifon , sıvının yukarı ve rezervuardan dışarı akmasını sağlamak için ek enerji gerektirmez . Sifon, sıvıyı, seviye girişin altına düşene kadar, havanın veya çevredeki diğer gazın sifonu kırmasına izin verene kadar veya sifonun çıkışı, hangisi önce gelirse, rezervuarın seviyesine eşit olana kadar rezervuardan çeker.

Ek olarak , atmosfer basıncında , yoğunluk sıvı ve ağırlık , maksimum yükseklik ve tepesi pratik sifon içinde sınırlıdır buhar basıncı sıvı. Sıvı içindeki basınç, sıvının buhar basıncının altına düştüğünde, yüksek noktada minik buhar kabarcıkları oluşmaya başlayabilir ve sifon etkisi sona erer. Bu etki, sıvının kabarcıkları ne kadar verimli bir şekilde çekirdekleyebildiğine bağlıdır ; Kabarcıklar için kolay çekirdeklenme alanları olarak işlev görecek yabancı maddelerin veya pürüzlü yüzeylerin yokluğunda, sifonlar, kabarcıkların çekirdeklenmesi için gereken uzun süre boyunca standart maksimum yüksekliklerini geçici olarak aşabilir. Gazı giderilmiş suyun bir sifonu uzun bir süre 24  m'ye (79 fit ) ve diğer kontrollü deneyler 10  m'ye (33 fit ) kadar gösterildi. İçin su ile standart atmosfer basıncında , yükseklik sifon maksimum 10 m (33 ft) yaklaşık olarak; için cıva bu 76 sm (30 olduğunu inç standart basınç tanımıdır). Bu , aynı prensiple çalışan bir emme pompasının maksimum yüksekliğine eşittir . Yükseklik oranı (yaklaşık 13,6) su ve cıva yoğunluklarının oranına (belirli bir sıcaklıkta) eşittir, çünkü su sütunu (cevap. cıva) atmosferik basınç veren hava sütunu ile dengeleniyor ve aslında maksimum yükseklik (buhar basıncı ve sıvının hızı ihmal edilerek) sıvının yoğunluğu ile ters orantılıdır.

Sifonun işleyişine ilişkin modern araştırma

1948 yılında, Malcolm Nokes hem de çalışma sifonu incelenmiştir hava basıncı ve de kısmi vakum o sonucuna vakumda sifonlar için, "çekim kuvvetini gaz iniş kısmı tüp daha az alım borusunun olarak yerçekimi kuvveti, sıvı sütununun sıvı maddenin sebep Sıvı bu nedenle gergindir ve rahatsız edici faktörlerin yokluğunda sıvı sütununu kırmak için yetersiz olan uzunlamasına bir gerilimi sürdürür". Ancak atmosferik basınçta çalışan küçük alım yüksekliğindeki sifonlar için şu sonuca varmıştır: "... sıvı sütununun gerilimi , atmosferin sıvı sütununun karşıt uçlarındaki sıkıştırıcı etkisiyle nötralize edilir ve tersine çevrilir ."

Edinburgh Üniversitesi'nden Potter ve Barnes, 1971'de sifonları yeniden gözden geçirdiler. Sifon teorilerini yeniden incelediler ve hava basıncında sifonlar üzerinde deneyler yaptılar. Vardıkları sonuç şuydu; "Şimdiye kadar açık olmalı ki, zengin geleneğe rağmen, bir sifonun temel mekanizması atmosfer basıncına bağlı değildir."

Yerçekimi , basınç ve moleküler uyum , 2010 yılında Queensland Teknoloji Üniversitesi'nde Hughes tarafından yapılan çalışmanın odak noktasıydı . Sifonları hava basıncında kullandı ve vardığı sonuç şuydu: "Bir sifonun tabanından suyun akışı, giriş ve çıkış arasındaki yükseklik farkına bağlıdır ve bu nedenle atmosfer basıncına bağlı olamaz..." Hughes daha fazla çalışma yaptı. 2011 yılında hava basıncında sifonlar hakkında bir araştırma yapmış ve şu sonuca varmıştır: "Yukarıda açıklanan deneyler, atmosferik basınçtaki sıradan sifonların atmosfer basıncıyla değil yerçekimi yoluyla çalıştığını göstermektedir".

Baba ve oğul araştırmacıları Ramette ve Ramette, 2011 yılında karbondioksiti hava basıncı altında başarılı bir şekilde sifonladılar ve bir sifonun çalışması için moleküler kohezyonun gerekli olmadığı sonucuna vardılar: dolu, akış, kısa tarafa kıyasla uzun taraftaki akışkan üzerindeki daha büyük yerçekimi tarafından başlatılır.Bu, sifon borusu boyunca bir basınç düşüşü yaratır, aynı anlamda bir pipet üzerinde 'emme' işlemi azaltır. emme noktasına kadar uzunluğu boyunca basınç. Giriş noktasındaki ortam atmosferik basıncı, sıvıyı yukarı doğru zorlayarak, akışı sürdürerek, tıpkı bir milkshake'te sürekli olarak emilen bir kamışta olduğu gibi, azaltılmış basınca yanıt verir."

Yine 2011'de Richert ve Binder ( Hawaii Üniversitesi'nde ) sifonu incelediler ve bir sifonun çalışması için moleküler kohezyonun gerekli olmadığı, ancak yerçekimine ve basınç farkına bağlı olduğu sonucuna vardılar ve şunları yazdılar: Sifonun uzun ayağı yerçekimi nedeniyle aşağı doğru akar, arkasında kısmi bir boşluk bırakır ve bu da üstteki kabın giriş noktasındaki basıncın sıvıyı o taraftaki ayağı yukarı itmesine izin verir".

Boatwright, Puttick ve Licence'ın tamamı Nottingham Üniversitesi'nden araştırma ekibi , yine 2011'de bir sifonu yüksek vakumda çalıştırmayı başardılar . atmosferik basınç. Bir sifonun yüksek vakum koşullarında bile çalışabileceğini gösteren bir deney tarif edilmiştir. Moleküler kohezyon ve yerçekiminin bir sifonun çalışmasına katkıda bulunan faktörler olduğu gösterilmiştir; pozitif bir atmosfer basıncının varlığı gerekli değildir".

Bugün 2011'de Fizikte Yazan Millersville Üniversitesi'nden J. Dooley, bir sifonun çalışması için hem sifon borusu içindeki basınç farkının hem de sıvının çekme kuvvetinin gerekli olduğunu belirtti.

Humboldt Eyalet Üniversitesi'nde bir araştırmacı olan A. McGuire, 2012'de sifonlardaki akışı inceledi. Gelişmiş genel amaçlı multifizik simülasyon yazılım paketi LS- DYNA'yı kullanarak bir sifon içinde basınç başlatma, akış ve basınç yayılımını inceledi. Şu sonuca varmıştır: "Basınç, yerçekimi ve moleküler uyum, sifonların işleyişinde itici güçler olabilir".

2014 yılında, Hughes ve Gurung (Queensland Teknoloji Üniversitesi'nde), deniz seviyesinden 11,9 km'ye kadar değişen hava basınçları altında bir su sifonu çalıştırdılar.39 000  ft ) rakım. Şunları not ettiler: "Sifon akışının ortam barometrik basıncından bağımsız olduğunu gösteren yükseliş sırasında akış aşağı yukarı sabit kaldı ". Onlar kullanılan Bernoulli denklemi ve Poiseuille denklemi basınç değişimlerini ve bir sifon içindeki sıvı akışını incelemek. Vardıkları sonuç şuydu: "Yukarıdaki analizden, bir sifona giren ve çıkan su molekülleri arasında doğrudan birleşik bir bağlantı olması gerektiği sonucu çıkar. Bu, sifonun tepesindeki basıncın yukarıda olduğu tüm atmosferik basınçlar için geçerlidir. iyonik sıvılar hariç, suyun buhar basıncı".

pratik gereksinimler

Sifon olarak düz bir boru kullanılabilir. Harici bir pompa sıvı akan ve başlatmak için uygulanması gereken asal bu genellikle yeterince sıvı ile dolu kadar tüpten teneffüs bir kişi tarafından yapılır ev kullanımında (sifon; buna bağlı olarak kullanıcıya tehlike teşkil edebilir sifonlanan sıvı). Bu bazen sifon için herhangi bir sızıntı içermeyen hortumu ile yapılır benzin harici tanka bir motorlu aracın benzin deposundan. (Benzinin ağızdan çekilmesi genellikle benzinin kazara yutulması veya akciğerlere aspire edilmesiyle sonuçlanır, bu da ölüme veya akciğer hasarına neden olabilir.) Tüpün bir kısmı orta yüksek noktanın üzerine kaldırılmadan önce tüp sıvıyla dolarsa ve kaldırılırken borunun su altında kalmasına özen gösterilir, pompaya gerek yoktur. Sifon olarak satılan cihazlar genellikle sifon işlemini başlatmak için bir sifon pompası ile birlikte gelir .

Bazı uygulamalarda gereğinden fazla büyük olmayan sifon borularının kullanılması yararlı olabilir. Çok büyük çaplı borular kullanmak ve ardından vanalar veya daraltıcı borular kullanarak akışı kısmak, vakumu kırmaya yarayan tepede gaz veya buhar toplanmasıyla ilgili daha önce belirtilen endişelerin etkisini artırıyor gibi görünmektedir. Vakum çok fazla azaltılırsa sifon etkisi kaybolabilir. Kullanılan boru boyutunu gereksinimlere daha yakın olarak küçültmek bu etkiyi azaltıyor ve sürekli yeniden doldurma ve yeniden başlatma gerektirmeyen daha işlevsel bir sifon yaratıyor gibi görünüyor. Bu bağlamda, bir konteynere olan akışın, bahsedilen konteynerden çıkan bir akışla eşleşmesi gerektiği durumlarda (örneğin, bir akışla beslenen bir havuzda sabit bir seviyeyi korumak için), iki veya üç küçük ayrı kullanılması tercih edilir. tek bir büyük boru kullanmaya çalışmak ve onu kısmaya çalışmak yerine gerektiği gibi çalıştırılabilen paralel borular.

Otomatik aralıklı sifon

Sifonlar bazen sürekli bir damlama akışının veya düzensiz küçük bir dalgalanma akışının büyük bir dalgalanma hacmine dönüştürülmesinin istendiği durumlarda otomatik makineler olarak kullanılır. Bunun yaygın bir örneği, küçük bir su deposundaki otomatik bir sifonla düzenli olarak yıkanan pisuarların bulunduğu bir umumi tuvalettir. Kap dolduğunda, depolanan tüm sıvı serbest bırakılır ve daha sonra sıfırlanan ve yeniden dolan büyük bir dalgalanma hacmi olarak ortaya çıkar. Bu aralıklı eylemi gerçekleştirmenin bir yolu, şamandıralar, zincirler, manivelalar ve valfler gibi karmaşık makineleri içerir, ancak bunlar zamanla paslanabilir, aşınabilir veya sıkışabilir. Alternatif bir yöntem, çalışma mekanizması olarak bir sifonda yalnızca suyun kendisini kullanan sert borular ve haznelerdir.

Otomatik gözetimsiz bir cihazda kullanılan bir sifonun hatasız ve güvenilir bir şekilde çalışabilmesi gerekir. Bu, sifonun normal dalgalanma akışı çalışmasına geri dönmek için manuel müdahale gerektiren işlev görmemesinin yolları olması bakımından, yaygın olarak kendi kendine başlayan sifonlardan farklıdır.

En yaygın başarısızlık, sıvının yavaşça damlaması, kabın dolma hızına uyması ve sifonun istenmeyen bir sabit durum durumuna girmesidir. Top sürmeyi önlemek tipik olarak, su tutucularla kapatılmış çeşitli borularda bir veya daha fazla büyük hava kabarcığının tutulması için pnömatik ilkeleri içerir. Bu yöntem, mekanizmanın bölümlerinde halihazırda mevcut olan su olmadan aralıklı olarak çalışmaya başlayamazsa ve mekanizma kuru bir durumdan başlarsa doldurulmayacaksa başarısız olabilir.

İkinci bir sorun, sifonun içeri akış olmaması nedeniyle çalışmaması durumunda sıkışan hava ceplerinin zamanla küçülmesidir. Ceplerdeki hava, hava cebi kaybolana kadar sıvıyı borulara çeken sıvı tarafından emilir ve depolama tankı dolu olmadığında normal çalışma aralığının dışında su akışının aktivasyonuna neden olarak sıvı kaybına neden olabilir. mekanizmanın alt kısımlarında conta.

Üçüncü bir problem ise, sıvı contanın alt ucunun bir çıkış borusundaki basitçe bir U-tutucu kıvrımı olmasıdır. Kuvvetli boşaltma sırasında, sıvının dışarı akıştan kinetik hareketi çok fazla sıvıyı dışarı itebilir, bu da çıkış kapanındaki sızdırmazlık hacminin kaybına ve aralıklı çalışmayı sürdürmek için sıkışan hava kabarcığının kaybına neden olabilir.

Dördüncü bir problem, sifon kuruduğunda bu çeşitli sızdırmazlık odalarını yavaşça yeniden doldurması amaçlanan mekanizmadaki sızma deliklerini içerir. Sızıntı delikleri, döküntü ve korozyon nedeniyle tıkanabilir ve manuel temizlik ve müdahale gerektirebilir. Bunu önlemek için, sifon katı veya çökelti içermeyen saf sıvı kaynaklarla sınırlandırılabilir.

Çeşitli pnömatik ve hidrodinamik ilkeleri kullanarak bu sorunların üstesinden gelmeye çalışan otomatik sifon mekanizmaları için en az 1850'lere kadar birçok otomatik sifon icat edilmiştir.

Uygulamalar ve terminoloji

İlk fermantasyondan sonra birayı sifonlamak

Belirli sıvıların saflaştırılması gerektiğinde, sifonlama, alt ( tortu ) veya üst ( köpük ve yüzen maddeler) bir kaptan yeni bir kaba aktarılmasını önlemeye yardımcı olabilir . Sifonlama bu nedenle şarap ve biranın fermantasyonunda faydalıdır , çünkü istenmeyen yabancı maddeleri yeni kaptan uzak tutabilir.

Borulardan veya tüplerden yapılmış kendinden yapılı sifonlar, selden sonra mahzenlerden suyu tahliye etmek için kullanılabilir. Su basmış mahzen ile dışarıdaki daha derin bir yer arasında, bir tüp veya bazı borular kullanılarak bir bağlantı inşa edilir. Bir giriş valfinden (yapının en yüksek ucunda) suyla doldurulurlar. Uçlar açıldığında, su borudan kanalizasyona veya nehre akar.

St George, Queensland'de pamuğun sifonla sulanması .

Sifonlama, kontrollü bir miktarda suyu bir hendekten hendek duvarı üzerinden oluklara aktarmak için sulanan tarlalarda yaygındır.

Büyük sifonlar belediye su işlerinde ve sanayide kullanılabilir. Boyutları, sifonun giriş, çıkış ve tepesindeki valfler aracılığıyla kontrol gerektirir. Sifon, giriş ve çıkışları kapatarak ve sifonu tepeden doldurarak doldurulabilir. Girişler ve çıkışlar suya daldırılırsa, sifonu doldurmak için tepeye bir vakum pompası uygulanabilir. Alternatif olarak sifon, girişte veya çıkışta bir pompa ile doldurulabilir. Sıvıdaki gaz, büyük sifonlarda bir endişe kaynağıdır. Gaz tepede birikme eğilimi gösterir ve sıvı akışını kesmeye yetecek kadar birikirse, sifon çalışmayı durdurur. Sifonun kendisi sorunu daha da kötüleştirecektir çünkü sıvı sifondan yükseldikçe basınç düşer ve sıvı içindeki çözünmüş gazların çözeltiden çıkmasına neden olur. Daha yüksek sıcaklık, gazın sıvılardan salınmasını hızlandırır, bu nedenle sabit, düşük bir sıcaklığın korunmasına yardımcı olur. Sıvı sifonda ne kadar uzun olursa, o kadar fazla gaz salınır, bu nedenle genel olarak daha kısa bir sifon yardımcı olur. Yerel yüksek noktalar gazı tutacaktır, bu nedenle giriş ve çıkış ayakları ara yüksek noktalar olmaksızın sürekli eğimlere sahip olmalıdır. Sıvının akışı kabarcıkları hareket ettirir, böylece akış gaz kabarcıklarını tepeye doğru iteceğinden giriş ayağı sığ bir eğime sahip olabilir. Tersine, kabarcıkların sıvı akışına karşı hareket etmesine izin vermek için çıkış ayağının dik bir eğime sahip olması gerekir; diğer tasarımlar, kabarcıkların sifondan dışarı çıkmasına izin vermek için çıkış ayağında da sığ bir eğim gerektirir. Tepede gaz, tepenin üzerindeki bir bölmede tutulabilir. Gazı çıkarmak için haznenin ara sıra tekrar sıvı ile doldurulması gerekir.

Evde bira yapmak için kullanılan bir sifon

Sifon yağmur ölçer

Bir sifon yağmur göstergesi , uzun bir süre boyunca yağışları kaydedebilen bir yağmur ölçerdir . Göstergeyi otomatik olarak boşaltmak için bir sifon kullanılır. Genellikle basitçe "sifon göstergesi" olarak adlandırılır ve bir sifon basınç göstergesi ile karıştırılmamalıdır.

sifon dolusavak

Bir barajdaki bir sifon dolusavak , genellikle yüksek su seviyelerini boşaltmak için kullanıldığı için teknik olarak bir sifon değildir. Bununla birlikte, bir sifon dolusavak, bazen sulamada kullanıldığında olduğu gibi, akışı kaynak rezervuarın yüzeyinden daha yükseğe çıkarırsa gerçek bir sifon görevi görür. Operasyonda, bir sifon dolusavak "boru akışı" veya "kapalı kanal akışı" olarak kabul edilir. Normal bir dolusavak akışı, dolusavak üzerindeki rezervuar yüksekliği tarafından basınçlandırılırken, bir sifon akış hızı, giriş ve çıkışın yükseklik farkı tarafından yönetilir. Bazı tasarımlar, sifonu doldurmak için yukarıdaki havayı çıkarmak için spiral bir girdapta su akışını kullanan otomatik bir sistemden yararlanır. Böyle bir tasarım, volüt sifonunu içerir.

sifonlu tuvalet

Sifonlu tuvaletler , kase boşaldıkça genellikle bir sifon etkisine sahiptir.

Bazı tuvaletler de sifon prensibini, rezervuardan gerçek sifonu elde etmek için kullanır . Sifon, su akışını başlatmak için yeterli suyu sifonun tepesine kaldıran ve ardından sarnıcın içeriğini klozetin içine tamamen boşaltan diyafram benzeri basit bir piston pompasını çalıştıran bir kol veya kol tarafından tetiklenir. Bu sistemin avantajı, yıkanma durumu dışında sarnıçtan su sızmamasıydı. Bunlar İngiltere'de 2011 yılına kadar zorunluydu .

Erken pisuarlar , sarnıçta, düzenli bir döngüde otomatik olarak yıkanan bir sifon içeriyordu, çünkü hafif açık bir vana ile sarnıca sürekli bir temiz su damlatıldı.

Gerçek sifon olmayan cihazlar

sifon kahve

Sifonlu kahve demleme makinesi: Bir ısı kaynağı (A) ile ısıtıldığında, alt haznede (B) buhar basıncı artar, suyu aşağı doğru (C) ve merkezi borudan üst hazneye (D) doğru zorlar ve burada su ile karışır. Kahve Alanları. Isı kaldırıldığında, su geri akar.

Sifonun her iki ucu atmosfer basıncındaysa sıvı yüksekten alçağa doğru akar, sifonun alt ucu basınçlıysa sıvı düşükten yükseğe doğru akar. Alt uçtan basınç kaldırılırsa, sıvı akışı tersine döner ve sifonu basınçla çalıştırdığını gösterir. Bunun günlük bir gösterimi, aşağıdaki gibi çalışan sifonlu kahve demleme makinesidir (tasarımlar değişir; bu, kahve telvesi hariç, standart bir tasarımdır):

  • bir cam kap suyla doldurulur, daha sonra yukarı doğru dikey olarak yapışan bir sifonla tıkanır (yani hava geçirmez)
  • üstüne başka bir cam kap yerleştirilir, atmosfere açık – üstteki kap boş, altı su ile dolu
  • alttaki kap daha sonra ısıtılır; sıcaklık arttıkça suyun buhar basıncı artar (giderek buharlaşır); su kaynadığında buhar basıncı atmosfer basıncına eşittir ve sıcaklık kaynama noktasının üzerine çıktığında alt kaptaki basınç atmosfer basıncını aşar ve suyu sifon borusundan üst kaba doğru iter.
  • Alt kapta az miktarda durgun sıcak su ve buhar kalır ve bu basınç suyu üst kapta tutarken ısıtılır.
  • alt kaptan ısı çıkarıldığında, buhar basıncı düşer ve artık su sütununu destekleyemez - yerçekimi (su üzerinde etki eder) ve atmosferik basınç, ardından suyu alt kaba geri iter.

Pratikte, üstteki kap öğütülmüş kahve ile doldurulur ve kahvenin demlenmesi bittiğinde ısı alttaki kaptan çıkarılır. Buhar basıncının somut olarak anlamı, kaynayan suyun yüksek yoğunluklu suyu (bir sıvı) düşük yoğunluklu buhara (gaz) dönüştürmesidir, bu da daha fazla hacim kaplayacak şekilde genleşir (başka bir deyişle, basınç artar). Genişleyen buhardan gelen bu basınç daha sonra sıvıyı sifona doğru zorlar; buhar daha sonra suya yoğunlaştığında basınç düşer ve sıvı geri akar.

sifon pompası

Basit bir sifon, kaynak rezervuardan daha yüksek bir seviyede sıvı üretemezken, tepede hava geçirmez bir ölçüm odası ve bir otomatik valf sistemi kullanan daha karmaşık bir cihaz, sıvıyı kaynaktan daha yüksek bir seviyede sürekli olarak boşaltabilir. rezervuar, dışarıdan pompalama enerjisi eklenmeden. Bunu, başlangıçta enerjinin korunumu ihlali gibi görünen şeye rağmen başarabilir, çünkü kaynak rezervuarın üzerinde küçük bir sıvı hacmini yükseltmek ve boşaltmak için belirli bir mesafeye düşen büyük hacimli bir sıvının enerjisinden yararlanabilir. Bu nedenle, küçük bir miktarın dağıtılmasına güç sağlamak için büyük miktarda düşen sıvı "gerektiği" söylenebilir. Böyle bir sistem tipik olarak döngüsel veya başlat/durdur, ancak devam eden ve kendi gücüyle çalışır. Ram pompaları bu şekilde çalışmaz. Bu dozaj pompaları, güç kaynağı olarak sifon kullanan gerçek sifon pompalama cihazlarıdır.

ters sifon

Lavabonun altında su sızdırmazlığı. Ters sifonlama "A" satırının altında gerçekleşir.

Bir ters sifon bir sifon değil ama bir terimdir bir engele aşağıdaki şart daldırma "U" şekilli bir akış yolu oluşturmak üzere boru uygulanır.

Büyük ters sifonlar su içinde taşınırken iletmek için kullanılan kanalların veya flumes sulama veya altın madenciliği için, vadiler boyunca. Romalılar, bir su kemeri inşa etmek için çok büyük olan vadileri geçmek için ters çevrilmiş kurşun boru sifonları kullandılar .

Ters çevrilmiş sifonlara , lağım gazlarının lağımdan geri gelmesini önleme ve bazen halkalar ve elektronik bileşenler gibi yoğun nesneleri bir drenaja düştükten sonra geri alınabilir hale getirme işlevleri nedeniyle genellikle tuzaklar denir . Bir uçtan akan sıvı, sıvıyı diğer uçtan yukarı ve dışarı doğru zorlar, ancak kum gibi katılar birikecektir. Bu, daha iyi terimin "basınçlı kanalizasyon" olduğu nehirler veya diğer derin engellerin altından yönlendirilmesi gereken kanalizasyon sistemlerinde veya menfezlerde özellikle önemlidir .

geri sifon

Geri sifonlama , yangınla mücadele yoluyla su teminine yönelik yüksek talep gibi , su kaynağı tarafında keskin bir şekilde azaltılmış veya negatif basınç nedeniyle bir sıhhi tesisat sisteminde normal su akışının tersine çevrilmesi için uygulanan bir tesisat terimidir ; emiş olduğu için gerçek bir sifon değildir . Geri sifon, çıkış (ev) ucundaki batık girişlere bağlı olduğundan nadirdir ve bunlar nadirdir. Geri sifon ile karıştırılmamalıdır değildir backflow ; bu, çıkış ucunda meydana gelen basıncın neden olduğu suyun çıkış ucundan besleme ucuna ters akışıdır.

Anti-sifon valfi

Bina yönetmelikleri genellikle arka sifon ve özellikle harici musluklar için belirli bölümler içerir (Aşağıdaki örnek bina kodu teklifine bakın). Bu tür tasarımlarda sifon önleyici valfler gibi geri akış önleme cihazları gereklidir. Bunun nedeni, bahçe havuzu , yüzme havuzu , akvaryum veya çamaşır makinesi gibi harici bir su kütlesine daldırılabilecek hortumlara harici muslukların takılabilmesidir . Bu durumlarda akış aslında bir sifon değil, su kaynağı tarafında azaltılmış basınç nedeniyle emmedir. Su besleme sistemi içindeki basıncın düşmesi durumunda, harici su, musluk aracılığıyla geri basınçla içme suyu sistemine geri döndürülebilir. Bir başka olası kontaminasyon noktası, tuvalet deposundaki su girişidir. Su besleme hattındaki basınç düşüşlerinin tuvalet tankından suyu çekmesini ("tuvalet mavisi" gibi katkı maddeleri içerebilir) ve su sistemini kirletmesini önlemek için burada bir anti-sifon valfi de gereklidir. Anti-sifon valfleri, tek yönlü çek valf olarak işlev görür .

Anti-sifon valfleri tıbbi olarak da kullanılmaktadır. Hidrosefali veya beyindeki aşırı sıvı, beyin omurilik sıvısını beyinden boşaltan bir şant ile tedavi edilebilir . Tüm şantlarda beyindeki aşırı basıncı boşaltmak için bir valf bulunur. Hasta ayakta iken şant çıkışı, şant girişinden önemli ölçüde daha düşük olacak şekilde şant karın boşluğuna girebilir. Böylece bir sifon etkisi meydana gelebilir ve sadece aşırı basıncı boşaltmak yerine, şant bir sifon görevi görerek beyin omurilik sıvısını beyinden tamamen boşaltabilir. Şöntteki valf, bu sifon hareketini engelleyecek şekilde tasarlanabilir, böylece şönt drenajındaki negatif basınç aşırı drenaja neden olmaz. Sadece beyin içindeki aşırı pozitif basınç drenajla sonuçlanmalıdır.

Tıbbi şantlardaki anti-sifon valfi, sıvının aşırı ileri akışını önler. Sıhhi tesisat sistemlerinde anti sifon valf geri akışı engeller.

"Kendini sifonajdan" konusunda örnek bina kodu düzenlemeler Kanadalı ili arasında Ontario :

7.6.2.3.Geri Sifon
  1. Atmosferik basıncın üzerinde basınca maruz kalmayan bir armatürü veya tankı besleyen her içme suyu sistemi, geri akış önleyici ile geri sifonlamaya karşı korunacaktır .
  2. İçilebilir olmayan bir sıvının atmosferik basıncın üzerinde basınç altında olabileceği veya su çıkışının içilebilir olmayan sıvıya daldırılabileceği durumlarda, bir kazana, tanka, soğutma ceketine, çim sprinkler sistemine veya başka bir cihaza bir içme suyu kaynağı bağlandığında, su beslemesi, bir geri akış önleyici ile geri akışa karşı korunacaktır.
  3. Bir binanın dışına, bir garajın içine veya tanımlanabilir bir kontaminasyon riskinin bulunduğu bir hortum önlüğü kurulduğunda, içme suyu sistemi bir geri akış önleyici ile geri akışa karşı korunacaktır.

Diğer anti-sifon cihazları

Sifon önleyici valflerin yanı sıra, sifon önleyici cihazlar da mevcuttur. İkisi uygulamada ilgisizdir. Sifonlama, yakıtı tanklardan çıkarmak için kullanılabilir. Yakıt maliyetinin artmasıyla birlikte, birçok ülkede yakıt hırsızlığındaki artışla ilişkilendirilmiştir . Büyük yakıt depolarına sahip kamyonlar en savunmasızdır. Anti-sifon cihazı, hırsızların yakıt deposuna tüp sokmasını önler.

sifon barometresi

Bir sifon barometre bazen cıva basit uygulanan terimdir barometre . Baştan sona aynı çapta kesintisiz U-şekilli bir borunun bir ucu kapatılır ve cıva ile doldurulur. Dikey "U" konumuna yerleştirildiğinde, cıva, diğer uçtaki atmosferik basınçla dengelenene kadar kısmi bir vakum oluşturarak sızdırmaz uçtan uzağa akacaktır. "Sifon" terimi, bir sifonun çalışmasında hava basıncının rol oynadığı inancından türemiştir. U-şekilli borunun iki kolu arasındaki sıvının yükseklik farkı, bir sifonun maksimum ara yüksekliği ile aynıdır. Atmosferik basınç dışındaki basınçları ölçmek için kullanıldığında, bir sifon barometresine bazen sifon göstergesi denir ; bunlar sifon değildir, ancak terime yol açan standart bir 'U' şekilli tasarımı takip eder. Sifon barometreleri hala hassas aletler olarak üretilmektedir. Sifon barometreleri, sifon yağmur ölçer ile karıştırılmamalıdır.,

sifon şişesi

Sifon şişeleri

Bir sifon şişesi (aynı zamanda adı verilen sifon soda veya archaically bir siphoid bir hava ve bir valf ile bir basınçlı şişe). Şişenin içindeki basınç sıvıyı yukarı ve bir tüpten dışarı ittiği için bu bir sifon değildir. Özel bir form gazojendi .

sifon bardağı

Bir sifon kabı , bir püskürtme tabancasına bağlı (asılı) boya haznesidir, bir vakum pompası boyayı çıkardığı için bir sifon değildir. Bu isim, onu yerçekimi ile beslenen rezervuarlardan ayırt etmek içindir. Terimin arkaik bir kullanımı, yağın bir pamuk fitil veya tüp yoluyla kaptan dışarı taşındığı bir yağ kabıdır, bu bir sifon değil, kılcal hareketin bir örneğidir .

balıkçıl sifonu

Heron'un sifonu , yerçekimi tahrikli bir basınç pompası olarak çalıştığı için bir sifon değildir, ilk bakışta sürekli hareket eden bir makine gibi görünür, ancak besleme pompasındaki hava tükendiğinde duracaktır. Biraz farklı bir konfigürasyonda, Heron'un çeşmesi olarak da bilinir .

venturi sifonu

Bir venturi sifon, olarak da bilinen bir boşaltma pompası , bir sifon ancak bir formu değil vakum pompası kullanılarak venturi etkisinin hızlı akan sıvılar için düşük basınç üretmek için, (örneğin, hava) , emme diğer sıvılar; yaygın bir örnek karbüratördür . Basınç başlığına bakın . Venturi boğazındaki düşük basınca, ikinci bir sıvı verildiğinde sifon , sıvı hava olduğunda aspiratör denir , bu, sifonların çalışma kuvvetinin hava basıncı olduğu yanılgısına bir örnektir.

Sifonik çatı drenajı

Adına rağmen sifonik çatı drenajı sifon görevi görmez; teknoloji, suyu birden fazla çatı drenajından tek bir iniş borusuna yatay olarak taşımak ve akış hızını artırmak için yerçekimi kaynaklı vakum pompasını kullanır. Çatı süzgeç girişlerindeki metal perdeler hava enjeksiyonunu azaltarak sistemin verimini arttırır. Bu drenaj tekniğinin bir faydası, geleneksel çatı drenajına kıyasla inşaatta sermaye maliyetlerinin azalmasıdır . Diğer bir fayda, geleneksel çatı drenaj boruları için gerekli olan boru eğimi veya eğiminin ortadan kaldırılmasıdır. Bununla birlikte, bu yerçekimi pompalama sistemi esas olarak büyük binalar için uygundur ve genellikle konut mülkleri için uygun değildir.

Kendinden sifonlar

Kendinden sifon terimi çeşitli şekillerde kullanılır. Uzun polimerlerden oluşan sıvılar "kendi kendine sifonlayabilir" ve bu sıvılar atmosfer basıncına bağlı değildir. Kendinden sifonlu polimer sıvılar, zincirin alt kısmının zincirin geri kalanını yukarı ve tepenin üzerinden çektiği sifon zinciri modeliyle aynı şekilde çalışır. Bu olaya tüpsüz sifon da denir .

"Kendinden sifon" ayrıca satış literatüründe sifon üreticileri tarafından bir pompa içeren portatif sifonları tanımlamak için sıklıkla kullanılır. Pompa ile, sifonu başlatmak için herhangi bir harici emiş (örneğin bir kişinin ağzından/akciğerlerinden) gerekli değildir ve bu nedenle ürün "kendi kendine sifon" olarak tanımlanır.

Üst rezervuar, oradaki sıvının sifon tepesinin yüksekliğinin üzerine çıkabileceği şekilde ise, rezervuardaki yükselen sıvı sifonu "kendi kendine doldurabilir" ve tüm cihaz bir "kendinden sifon" olarak tanımlanabilir. Doldurulduktan sonra, böyle bir sifon, üst rezervuarın seviyesi sifonun giriş seviyesinin altına düşene kadar çalışmaya devam edecektir. Bu tür kendinden emişli sifonlar, bazı yağmur ölçer ve barajlarda kullanışlıdır .

Doğada

Anatomi

"Sifon" terimi, insan ve hayvan anatomisindeki bir dizi yapı için kullanılır, çünkü ya akan sıvılar söz konusudur ya da yapı bir sifon gibi şekillendirilir, ancak gerçek bir sifon etkisi oluşmaz: bkz. Sifon (anlam ayrımı) .

Sifon mekanizmasının kan dolaşımında rol oynayıp oynamadığı tartışılmıştır . Ancak, dolaşımın 'kapalı döngüsünde' bu indirime tabi tutuldu; Buna karşılık, dolaşım gibi 'kapalı' sistemlerde, yerçekimi yokuş yukarı akışı engellemez veya yokuş aşağı akışa neden olmaz, çünkü yerçekimi devrenin yükselen ve inen kollarına eşit olarak etki eder", ancak "tarihsel nedenlerle", terimi kullanılır. Bir hipotez (1989'da), zürafanın dolaşımında bir sifonun var olduğuydu . Ancak 2004'te daha fazla araştırma, "Hidrostatik gradyan yoktur ve sıvının 'düşmesi' yükselen kola yardımcı olmadığından sifon yoktur. Zürafanın kanı 2 m yükseklikten yükseltmeye yeterli olan yüksek arter basıncı vardır. beyni perfüze etmek için yeterli kalan basınçla kalp başa, bu konsepti desteklemektedir." Bununla birlikte, 2005 yılında yazılan bir makale, hipotez hakkında daha fazla araştırma yapılmasını teşvik etti:

Sifon ilkesi türe özgü değildir ve kapalı dolaşım sistemlerinin temel ilkesi olmalıdır. Bu nedenle, sifon ilkesinin rolünü çevreleyen tartışma, en iyi şekilde karşılaştırmalı bir yaklaşımla çözülebilir. Çeşitli uzun boyunlu ve uzun gövdeli hayvanlarda, filogenetik ilişkiyi hesaba katan kan basıncının analizleri önemli olacaktır. Ek olarak, çeşitli yerçekimi stresleri (farklı baş pozisyonları) altında arteriyel ve venöz kan basıncı ölçümlerini serebral kan akışıyla birleştiren deneysel çalışmalar, nihayetinde bu tartışmayı çözecektir.

Türler

Bazı türler kısmen veya tamamen sifona benzedikleri için sifon adını almıştır. Geosiphons olan mantarlar . Ait alg türleri vardır ailesi Siphonocladaceae içinde filum Chlorophyta boru benzeri yapılar vardır. Ruellia villosa , botanik eşanlamlısı ' Siphonacanthus villosus Nees ' ile de bilinen Acanthaceae familyasında tropikal bir bitkidir .

jeoloji

Speleolojide, bir sifon veya bir hazne, bir mağara geçidinin su altında kalan ve mağaracıların mağara sistemine daha fazla ilerlemek için dalmaları gereken kısmıdır , ancak bu gerçek bir sifon değildir.

nehirler

Bir nehir sifonu, su akışının bir kısmı, bir kaya veya ağaç gövdesi gibi batık bir nesnenin altından geçtiğinde meydana gelir. Engelin altından akan su çok güçlü olabilir ve bu nedenle kano, kanyon geçişi ve diğer nehir tabanlı su sporları için çok tehlikeli olabilir.

Bernoulli denklemini kullanarak açıklama

Sifonun akış hızını ve maksimum yüksekliğini elde etmek için Bernoulli denklemi bir sifona uygulanabilir.

Bernoulli denklemini açıklamak için açıklamalar içeren bir sifon örneği
Üst rezervuarın yüzeyi referans yükseklik olsun.
A noktası, üst rezervuarın içine daldırılan ve üst rezervuar yüzeyinin - d derinliğindeki sifonun başlangıç ​​noktası olsun .
B noktası , üst rezervuar yüzeyinin + h B yüksekliğinde sifon borusu üzerindeki orta yüksek nokta olsun .
C noktası , üst hazne yüzeyinin − h C altındaki sifonun boşaltma noktası olsun .

Bernoulli denklemi:

= akım çizgisi boyunca sıvı hızı
= aşağı doğru yerçekimi ivmesi
= Yükseklik olarak yerçekimi alanında
= akım çizgisi boyunca basınç
= sıvı yoğunluğu

Bernoulli denklemini üst rezervuarın yüzeyine uygulayın. Üst rezervuar boşaltılırken yüzey teknik olarak düşüyor. Ancak bu örnek için rezervuarın sonsuz olduğunu ve yüzeyin hızının sıfıra ayarlanabileceğini varsayacağız . Ayrıca, hem yüzeydeki hem de C çıkış noktasındaki basınç, atmosfer basıncıdır. Böylece:

 

 

 

 

( 1 )

Bernoulli denklemini, P = P A , v = v A ve y = − d olan üst rezervuardaki sifon borusunun başlangıcındaki A noktasına uygulayın.

 

 

 

 

( 2 )

Bernoulli denklemini, P = P B , v = v B ve y = h B olan sifon borusunun orta yüksek noktasındaki B noktasına uygulayın.

 

 

 

 

( 3 )

Sifonun boşaldığı C noktasına Bernoulli denklemini uygulayın. nerede v = v C ve y = - h C . Ayrıca çıkış noktasındaki basınç atmosfer basıncıdır. Böylece:

 

 

 

 

( 4 )

Hız

Sifon tek bir sistem olduğu için dört denklemdeki sabit de aynıdır. Denklem 1 ve 4'ün birbirine eşit ayarlanması:

v C için çözme :

Sifonun hızı:

Sifonun hızı bu nedenle yalnızca üst haznenin yüzeyi ile boşaltma noktası arasındaki yükseklik farkı tarafından yönlendirilir. Ara yüksek noktanın yüksekliği, h B , sifonun hızını etkilemez. Ancak sifon tek bir sistem olduğu için v B = v C ve ara yüksek nokta maksimum hızı sınırlar. Hızı artırmak için boşaltma noktası süresiz olarak düşürülemez. Denklem 3, kavitasyonu önlemek için orta yüksek noktada pozitif bir basıncı korumak için hızı sınırlayacaktır . Maksimum hız, denklem 1 ve 3'ün birleştirilmesiyle hesaplanabilir:

P B = 0 ayarı ve v max için çözme :

Sifonun maksimum hızı:

Sifonun üst haznedeki ilk giriş noktasının derinliği, - d , sifonun hızını etkilemez. Denklem 2'de, d derinliği ile basınç P A arttığından , sifon başlangıç ​​noktasının derinliği için herhangi bir sınır belirtilmemiştir . Bu gerçeklerin her ikisi de, sifon operatörünün, sifonun performansını etkilemeden üst rezervuarı alttan veya üstten yağlayabileceği anlamına gelir.

Bu hız denklemi, h C yüksekliğine düşen herhangi bir nesnenin denklemi ile aynıdır . Bu denklem, P C'nin atmosfer basıncı olduğunu varsayar . Sifonun ucu yüzeyin altında ise sifonun sonuna kadar olan yükseklik kullanılamaz; bunun yerine rezervuarlar arasındaki yükseklik farkı kullanılmalıdır.

Maksimum yükseklik

Sifonlar, örneğin sıvının gazı alındığında ve borunun temiz ve pürüzsüz olduğu durumlarda, özel durumlarda sıvının barometrik yüksekliğini aşabilse de, genel olarak pratik maksimum yükseklik aşağıdaki gibi bulunabilir.

Denklem 1 ve 3'ün birbirine eşit ayarlanması:

Ara yüksek noktanın maksimum yüksekliği, ara yüksek noktadaki basıncın sıfır olduğu kadar yüksek olduğunda meydana gelir; tipik senaryolarda bu, sıvının kabarcıklar oluşturmasına neden olur ve kabarcıklar boruyu dolduracak şekilde büyürse sifon "kırılır". Ayar P B = 0:

h B için çözme :

Sifonun genel yüksekliği:

Bu, orta yüksek noktanın yüksekliğinin, akım çizgisi boyunca her zaman sıfırdan büyük olan basınçla sınırlandığı anlamına gelir.

Maksimum sifon yüksekliği:

Bu, bir sifonun çalışacağı maksimum yüksekliktir. İkame değerleri su için yaklaşık 10 m (33 fit) ve standart basınç tanımı gereği cıva için 0,76 m (760 mm; 30 inç) verecektir . Yükseklik oranı (yaklaşık 13,6) su ve cıva yoğunluklarının oranına (belirli bir sıcaklıkta) eşittir. Bu koşul sağlandığı sürece (sıfırdan büyük basınç), sifonun çıkışındaki akış hala sadece kaynak yüzeyi ile çıkış arasındaki yükseklik farkı tarafından yönetilir. Aparattaki sıvının hacmi, basınç yüksekliği her bölümde sıfırın üzerinde kaldığı sürece önemli değildir. Hız arttığında basınç düştüğü için, statik bir sifon (veya manometre) akan bir sifondan biraz daha yüksek olabilir.

Vakum sifonları

Deneyler , sıvıların saf ve gazdan arındırılmış olması ve yüzeylerin çok temiz olması koşuluyla , sifonların moleküller arasındaki kohezyon ve çekme mukavemeti yoluyla vakumda çalışabileceğini göstermiştir .

Oxford ingilizce sözlük

Oxford İngilizce Sözlük üzerinde (OED) giriş sifonun 1911 yılında yayınlanan tarafından bir sifon işleri bildiren atmosferik basınç . Queensland Teknoloji Üniversitesi'nden Stephen Hughes , medyada geniş yer bulan 2010 tarihli bir makalesinde bunu eleştirdi. OED editörleri, "bilim adamları arasında hangi görüşün doğru olduğu konusunda devam eden bir tartışma var. ... Bu tartışmayı, bu yıl daha sonra yayınlanacak olan sifon için tamamen güncellenmiş girişte yansıtmayı umuyoruz." Dr. Hughes, Oxford blogunda Eylül ayı sonlarında yaptığı bir gönderide sifonla ilgili görüşünü savunmaya devam etti. OED tarafından 2015 tanımı şöyledir:

Sıvıyı bir rezervuardan yukarıya ve daha sonra kendi isteğiyle daha düşük bir seviyeye taşımak için kullanılan bir tüp. Sıvı, tipik olarak emme veya daldırma yoluyla tüpe zorlandıktan sonra, akış yardımsız devam eder.

Britannica Ansiklopedisi halen sifon olarak anlatılmaktadır:

Sifon, aynı zamanda hecelenmiş sifon, genellikle eşit olmayan uzunlukta iki ayak oluşturmak üzere bükülmüş bir tüp şeklinde, sıvıyı bir kabın kenarından taşımak ve daha düşük bir seviyede vermek için alet. Sifonlar herhangi bir boyutta olabilir. Eylem, yerçekiminin etkisine (bazen düşünüldüğü gibi, atmosfer basıncındaki farka değil; bir sifon vakumda çalışacaktır) ve sifonun ayaklarındaki sıvı sütunlarının kırılmasını önleyen kohezyon kuvvetlerine bağlıdır. kendi ağırlığı. Deniz seviyesinde, su bir sifonla 10 metreden (33 fit) biraz daha fazla kaldırılabilir. İnşaat mühendisliğinde, ters çevrilmiş sifon adı verilen boru hatları, kanalizasyon veya yağmur suyunu akarsular, otoyol kesintileri veya yerdeki diğer çöküntüler altında taşımak için kullanılır. Ters çevrilmiş bir sifonda sıvı boruyu tamamen doldurur ve çoğu sıhhi veya fırtına kanalizasyonunda meydana gelen açık kanal yerçekimi akışının aksine basınç altında akar.

standartlar

Amerikan Makine Mühendisleri Derneği (ASME) aşağıdaki Üç Uyumlaştırılmış Standardı yayınlar:

  • ASSE 1002/ASME A112.1002/CSA B125.12, Yerçekimi Su Klozet Yıkama Tankları için Anti-Sifon Doldurma Vanaları (Kürek Musluklar) için Performans Gereklilikleri hakkında

Ayrıca bakınız

Referanslar

  • Calvert, James B. (11 Mayıs 2000). "Hidrostatik" . 8 Ekim 2019'da alındı .
alıntılar

Dış bağlantılar