Vaporizzazione, Wicking, capillarità, viscosità

Oggi trattiamo un argomento che come sapete mi sta molto a cuore, molto semplice in realtà ma spesso controintuitivo.

Meno formule matematiche e una lettura molto più snella, ma che spero possa fare chiarezza su uno dei fenomeni più importanti del nostro settore: la capillarità.

Capillarità che influenza in primis il modo in cui effettuiamo il “wicking” cioè la cotonatura o applicazione delle mesh, ma anche il comportamento di coil complesse e supercomplesse, oltre che il funzionamento dei nostri amati RDTA e Genesis atomizer.

Come avrete capito lo scopo di questa rubrica Vape tech, è di eliminare tutti i fattori discrezionali, personali e opinabili per dare delle linee guida assolute che permettano di compiere le proprie scelte con consapevolezza.

Abbiamo visto come i diversi parametri di una coil o atomizzatore contribuiscano ad una migliore esperienza aromatica riconducendo il tutto ad un unico comun denominatore che è la gestione della temperatura: da questa deriva una buona o cattiva risposta aromatica, e anche la capillarità, oltre a rifornire di liquido le nostre coil, contribuisce enormemente, seconda solo all’airflow come capacità di moderare la temperatura del sistema.

E’ noto a tutti come l’acqua non supera i 100° quando bolle, questo è un fenomeno fisico noto come punto di ebollizione: Quando il nostro liquido viene riscaldato dalla resistenza le molecole acquistano energia cinetica e alla T di ebollizione la maggior parte delle molecole ha abbastanza energia per superare le forze di coesione (attrazione tra molecole) e evaporare. l’energia fornita al sistema è utilizzata per rompere i legami intermolecolari piuttosto che aumentare la temperatura. Questo è noto come calore latente di vaporizzazione. 

Interessante notare che il nostro liquido è una miscela di varie molecole, la cui componente “aromatica” non è trascurabile nel determinare il punto di ebollizione, anche perchè in generale, la temperatura di ebollizione di una miscela non è semplicemente la media aritmetica delle temperature di ebollizione dei componenti, ma dipende dalle proporzioni e dalle caratteristiche chimiche di ciascun componente.

ma per i nostri interessi e non dilungarci troppo, possiamo stimare questa T di una miscela 50/50 senza aromi intorno ai 200°C

prima che lo domandiate: Sì, durante l’ebollizione di una miscela di glicole propilenico e glicerina, al di sotto dei 200° può avvenire una separazione dei due componenti. Il glicole propilenico evaporerà per primo, seguito dalla glicerina a temperature più alte. ma in realtà per diverse ragioni che non tratteremo, in primis l’applicazione di T maggiori, questo fenomeno è trascurabile.

Perchè questa introduzione se il fulcro è la capillarità? perchè se anche per brevissime frazioni di secondo, o per alcune porzioni di superficie la nostra resistenza non viene costantemente moderata nella T dal liquido, l’equilibiro termico viene immediatamente rotto superando le T desiderate e andando a compromettere la nostra amata gestione della T! 

la capillarità è il fenomeno fisico per cui un liquido risale o scende all’interno di pazi piccoli, senza l’influenza di forze esterne significative come la gravità. Questo fenomeno è il risultato delle interazioni tra le forze di coesione (attrazione tra le molecole del liquido) e le forze di adesione (alle pareti del capillare).

se vediamo la formula che descrive la capillarità:

h=2γcosθ​ / ρgr

possiamo velocemente discernere cosa la favorisce e cosa invece la frena:

la favoriscono:

γ\gamma è la tensione superficiale del liquido, (NB la glicerina ha maggior γ rispetto a H2O)

θ\theta è l’angolo di contatto tra il liquido e la superficie del capillare, Quando θ\thetaθ è 0°, il suo coseno assume il valore massimo (1) il che significa che liquido aderisce perfettamente alle pareti del capillare, massimizzando la risalita capillare grazie alla massima efficienza delle forze di adesione rispetto alle forze di coesione.

ρ\rho è la densità del liquido, (non la viscosità attenzione! la glicerina ha maggiore densità)

g è l’accelerazione dovuta alla gravità (se deve risalire es rdta)

r è il raggio del capillare.

le cose su cui vorrei soffermarmi sono due: in primis la questione della densità:

infatti è facile farsi ingannare dalla viscosità del nostro liquido e supporre che questa incida sulla capillarità, questo in realtà non avviene, infatti come vediamo dalla formula la viscosità non ha alcun effetto sulla capillarità, lo ha invece la densità, banalmente: pesa di più! Questo fenomeno è contemporaneamente contrastato dalla maggiore tensione superificiale, infatti i due liquidi possono mostrare un comportamento capillare simile. Ovviamente più lungo è il percorso in altezza e più sarà difficile per il liquido risalire perche ad un certo punto il peso del liquido, cioè “g” sarà in equilibrio con γ la tensione superficiale. 

arriviamo al punto, che ne dite? 

il punto R per diana

r è il raggio del capillare.

questa benedetta formula una volta per tutte ci dice che più il raggio del capillare è grande è minore è l’altezza che il nostro liquido sarebbe in grado di raggiungere!

in altre parole, la capillarità predilige canali piccoli e non grandi:

come si traduce nel nostro mondo? 

• ad esempio che un rdta funziona meglio se le nostre “mesh” o cavetti sono composte da fili molto sottili
• che un wrap o un core di una coil complessa composto da fili molto sottili o che genera spazi molto ristretti (es ribbon stacked) conduce il liquido molto più velocemente (ecco perchè sono generalmente più aromatiche, anche se il volume capillare totale può risultare inferiore rispetto a coil composte da fili più grossi).
• che una cotonatura estremamente densa conduce MEGLIO il nostro liquido!

A queste analisi va tuttavia aggiunto un fattore fondamentale, che non riguarda la capillarità direttamente ma che influenza drasticamente la resa dei nostri atomizzatori e che può facilmente neutralizzare ogni buona pratica: Quando il liquido passa dall’atomizzatore al cotone, contemporaneamente dell’aria deve entrare nel serbatoio, altrimenti la depressione all’interno dello stesso impedirebbe l’uscita di ulteriore liquido! 

Questo implica che se all’interno della coil è indispensabile avere una buona densita, è altrettanto indispensabile dare un minimo di spazio di “respiro” nelle vaschette da cui il liquido viene pescato o sui gocciolatoi. In altre parole intoppare completamente il punto da cui il liquido fluisce impedirebbe completamente il flusso del liquido in maniera molto più drastica di tutti i vantaggi ottenuti con un buon wicking!