scopri uno strumento molto comodo da utilizzare in laboratorio e semplice da costruire
Water Chiller
In qualsiasi laboratorio prima o poi nasce la necessità di avere un fluido di raffreddamento che la maggior parte delle volte è acqua, per non doversi approvvigionare direttamente dal rubinetto e sprecare così grandi volumi di acqua si può usare un water chiller.
Il chiller è un serbatoio che raffredda l’acqua contenuta al suo interno e che può avere dei connettori per permettere all’acqua di circolare in altre apparecchiature che hanno la necessità di essere raffreddate.
L’esempio classico di apparecchiature da laboratorio che devono essere raffreddate sono i condensatori e i reattori incamiciati per reazioni chimiche. Questi strumenti fanno parte della vetreria classica per eseguire sintesi e distillazioni.
Di solito si collegano con due tubi di gomma al rubinetto dell’acqua potabile e allo scarico del lavandino. L’acqua che scorre al loro interno dissipa il calore.
Questo sistema molto diffuso che usa l’impianto civile spreca una quantità molto elevata di acqua potabile che può essere usata per altri scopi. Per evitare questo spreco si utilizza un water chiller.
L’acqua dentro al serbatoio del chiller circola all’interno di tutti i dispositivi che richiedono un raffreddamento.
Al termine dello scambio di calore l’acqua ritorna di nuovo all’interno del serbatoio per essere nuovamente raffreddata. Con questo sistema non si spreca acqua, ma si riutilizza la stessa per moltissimi cicli.
Alcuni chiller permettono di avere un accesso diretto al serbatoio dell’acqua, ciò permette di usare tali strumenti come bagnomaria raffreddanti.
Si aggiungono diversi additivi all’acqua contenuta all’interno del water chiller per evitare la proliferazione di microorganismi e per raggiungere temperature molto basse evitando il congelamento.
Gli additivi possono essere:
- un biocida per la conservazione
- del glicole propilenico come antigelo
- degli inibitori di corrosione per evitare che parti metalliche vangano corrose dal liquido di raffreddamento.
L’unica necessità di questa apparecchiatura che stiamo per costruire è una fonte di energia elettrica.
È molto importante la scelta del sistema di raffreddamento perché determina l’efficienza energetica del water chiller. Con dei cicli di lavoro lunghi bisogna avere un occhio di riguardo non solo al minore consumo di acqua ma anche al più basso consumo di energia elettrica.
Costruzione* del water chiller
Per costruire un water chiller servono:
- frigo portatile per bevande
- 2 tubi di acciaio G 1/4 filettati ad entrambe le estremità lunghezza 100mm
- 2 raccordi portagomma G 1/4 femmina 12mm barb
- 2 raccordi portagomma G 1/4 femmina 10mm barb
- 1 raccordo a gomito G 1/4
- tubo in silicone diametro esterno 12mm spessore 1,5 mm
- 1 scatola di derivazione 158 x 90 x 60 mm
- 1 varialuce SCR 220V
- 1 pompa da acquario 220V
- 1 interruttore bipolare
- 1 cavo bipolare con spina
- connettori faston
Il frigorifero portatile deve avere un sistema di raffreddamento a compressore e non con cella di Peltier, questo permette di avere un migliore rendimento. L’abilità di raggiungere differenze di temperature più basse in maniera più efficiente ha però uno svanteggio: il maggiore ingombro.
La prima cosa da fare è praticare 3 fori nel frigorifero portatile facendo attenzione a non bucare la serpentina che circonda la camera refrigerata. Per evitare spiacevoli inconvenienti prima dei fori si rimuove un po’ di isolamento laterale per individuare un punto libero dove praticare i fori.
Si procede manualmente con molta delicatezza per evitare danni alla serpentina e fuoriuscite di gas. Tutte le operazioni vanno effettuate SENZA ALIMENTAZIONE ELETTRICA all’apparecchiatura e soprattutto lontano da fiamme libere o scintille.
In base al diverso modello di frigorifero portatile bisogna trovare il punto giusto, anche per frigoriferi dello stesso modello possono esserci delle leggere differenze perciò bisogna sempre verificare
Di seguito si vede la foto della parete laterale del frigorifero portatile dove verranno praticati i fori: due da 12mm per il ricircolo dell’acqua e uno più piccolo da 5mm per l’alimentazione della pompa ad immersione.
Indicativamente i fori sono distanti dal bordo superiore 4 cm e sono separati tra loro di 4 cm
Dai fori praticati sulla parte superiore della fiancata del frigo si inseriscono i tubi in acciaio e il filo della pompa ad immersione, si riempie lo spazio vuoto con l’isolante tolto in precedenza e si richiude il coperchio del frigorifero.
I tubi sono fissati alle pareti del frigorifero sia nella parte interna che nella parte esterna con della colla bicomponente epossidica. Con il teflon su tutte le filettature si montano i giunti e i portagomma ai tubi: per quello di mandata si utilizzano solo i portagomma (internamente da 12 mm ed esternamente da 10mm) mentre per il tubo di ritorno nella parte interna si monta anche una curva a gomito rivolta verso il basso.
Al tubo di mandata si collega la pompa ad immersione con 10 cm di tubo di silicone, si riporta il risultato nell’immagine di seguito.
Completata la parte idraulica si continua con la parte elettrica di controllo della pompa ad immersione per acquario.
Dentro la scatola di derivazione di mette fa arrivare il filo della pompa ad immersione collegato al variatore SCR. Quest’ultimo avrà in entrata in serie un interruttore bipolare con spia ed il filo di alimentazione che si collegherà all’alimentazione domestica. N.B. tutti i collegamenti vanno eseguiti da personale competente e soprattutto vanno eseguiti senza alimentazione della rete domestica.
Di fianco è riportata una foto dello schema elettrico semplificato per montare l’SCR con l’interruttore e il potenziometro per variare la velocità della pompa e l’alimentazione del frigorifero.
In parallelo al circuito di alimentazione dell’SCR a monte dell’interruttore bipolare si può collegare il filo di alimentazione del frigorifero.
Si può mettere l’alimentazione del frigorifero anche a valle dell’interruttore bipolare così da comandare entrambi i carichi con lo stesso interruttore.
Nel nostro caso il frigorifero dopo l’alimentazione 230V monta un alimentatore switching che abbassa la tensione a 24V DC.
Terminati tutti i collegamenti in sicurezza si chiude la scatola di derivazione e si testa il circuito collegandolo all’alimentazione.
Si riempie il serbatoio di acqua fino ad arrivare ad immergere per 1 cm l’imboccatura inferiore del tubo di ritorno dell’acqua (quello piegato verso il basso). Il livello massimo dell’acqua deve restare almeno 2-3 cm sotto ai fori praticati sul fianco del frigorifero, ma l’acqua deve comunque sommergere per almeno 1 cm l’imboccatura del portagomma inferiore interno del tubo di ritorno.
Si consiglia di scegliere in maniera appropriata la temperatura del frigorifero, se si utilizza solamente acqua le temperature dovranno essere al di sopra della temperatura di congelamento dell’acqua 0 °C. Questo limite di supera tranquillamente se si usano altri additivi come glicoli o altre miscele con temperature di congelamento più basse.
Il modello costruito ci permette di raggiungere temperature minime di -21 °C e portate massime di 16L/min.
Makers ITIS Forlì: https://www.makers-itis-forli.it
*Makers ITIS Forlì non si assumono alcuna responsabilità per danni a cose, persone o animali derivanti dall’utilizzo delle informazioni contenute in questa pagina. Tutto il materiale contenuto in questa pagina ha fini esclusivamente informativi.
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Pompa a siringa da laboratorio
Pompa a siringa da laboratorio
Una pompa a siringa è uno strumento molto comodo da avere in laboratorio, no solo per condurre esperimenti ma anche per piccole produzioni come l’elettrofilatura.
Come tutte le pompe volumetriche serve a distribuire una quantità di liquido precisa. La differenza fra questo tipo di pompa e altre pompe volumetriche è l’utilizzo di una siringa per contenere il liquido di interesse. Per l’utilizzo bisogna prima riempire la siringa, per poi impostare i parametri per la fase di dispensazione.
Il riempimento della siringa può essere fatto a mano per poi montare la siringa sul telaio della pompa, oppure si può montare la siringa vuota sulla pompa e sfruttare la funzione di ricarica automatica. Quest’ultima funzione non è presente su tutti i modelli.
A cosa serve una pompa a siringa da laboratorio?
In un laboratorio chimico di ricerca si studiano i meccanismi alla base di reazioni chimiche, per fare questo alcune volte bisogna ripetere le sintesi per avere dei dati attendibili e per esplorare tutte le variabili che ne influenzano il risultato.
I chimici sfruttano queste apparecchiature semi automatiche che permettono di dispensare i reagenti dentro dei reattori per far avvenire le reazioni e monitorarle, garantendo precisione e ripetibilità.
Inoltre con lo sviluppo di tecniche come la microfluidica ha permesso ai chimici di utilizzare dei quantitativi di reagenti sempre più piccoli, abbattendo gli sprechi e i costi. Questi benefici per la sintesi e l’analisi chimica si devono anche all’affidabilità e la precisione di queste pompe.
Per piccoli quantitativi e precisioni elevate si montano siringhe più piccole, per quantitativi da erogare più grandi si montano siringhe di volume maggiore.
Parametri da impostare
Le pompe a siringa hanno dei parametri che memorizzano i diametri delle siringhe montate, la portata con cui erogare il liquido oppure dei quantitativi di liquido da erogare singolarmente, lavorano perciò o in continuo o a dosi fisse.
Il diametro della siringa fa capire alla pompa quanto fluido fuoriesce dalla punta per ogni avanzamento del pistone. Se approssimiamo la siringa a un cilindro, conoscendo il diametro possiamo calcolare l’area di base (circonferenza) e quindi il volume per ogni millimetro che avanza il pistone secondo la formula: volume = area di base * avanzamento del pistone.
Struttura di una pompa a siringa
La pompa a siringa è formata da 3 parti fondamentali:
- elettronica di controllo e interfaccia utente
- telaio
- motore passo-passo o stepper
L’interfaccia e l’elettronica sono specifiche per ogni modello di pompa, ma svolgono funzioni simili a quelle descritte in precedenza.
Il telaio serve per fissare saldamente la siringa in posizione e a movimentare il pistone con movimenti precisi. La vite converte il movimento rotatorio del motore in uno spostamento lineare del pistone.
Il motore stepper o passo-passo è un particolare tipo di motore che non gira in maniera continua e incontrollata ma esegue degli incrementi di angolo ben precisi dettati da impulsi della scheda elettronica.
Costruzione di una pompa a siringa*
Dopo aver trovato e riparato l’elettronica di una vecchia pompa a siringa, abbiamo costruito il telaio e tutta la parte meccanica. Molte parti sono state progettate e stampate in 3d con PLA, mentre la guida lineare, le pulegge, il motore, la barra filettata e i cuscinetti sono stati acquistati.
Una cinghia in gomma passo 2mm trasmette il moto del motore da una puleggia da 15 denti a una puleggia da 28 denti montata sulla vite di trasmissione. Il passo della vite è di 1,5 mm.
Le pulegge sono del tipo T2 M8 e la cinghia è una 140-2GT larghezza 9mm.
Questi dati sono coerenti con le caratteristiche meccaniche della pompa a siringa da laboratorio da cui proviene l’elettronica di controllo.
Per abbattere i costi del progetto si utilizza una barra filettata M10 in acciaio per ricavare la vite di trasmissione della pompa. Una volta tagliata della lunghezza desiderata si tornisce un’estremità fino al diametro di 8mm per poter inserire la puleggia e i cuscinetti.
Tutte le parti meccaniche sono fissate tramite viti, bulloni e grani filettati. Tutte le parti stampate in 3d sono condivise su Thingiverse.
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Bluazione del metallo
Bluazione del metallo
La bluazione del metallo è una tecnica che permette di ricoprire oggetti di metallo con uno strato di ossido di colore nero protettivo contro la ruggine. Questa tecnica si usa molto nel mondo del restauro perciò esploriamola insieme.
Esistono diverse tecniche per bluare, le possiamo dividere in due categorie:
-
- a freddo
- a caldo
Bluazione a freddo del metallo
La bluazione a freddo utilizza delle sostanze che formano sulla superficie del pezzo uno strato di ossido nero a temperatura ambiente. Questa tecnica si utilizza per grandi superfici da trattare in maniera rapida.
Si distribuisce la sostanza con un pennello in maniera uniforme o si immerge il pezzo nella vasca di prodotto. L’inconveniente di usare questa tecnica è lo smaltimento dei reagenti utilizzati e la pericolosità delle sostanze impiegate.
I reagenti di questa tecnica sono costosi, difficili da reperire e devono essere maneggiati con molta cautela.
Una delle sostanze più comuni contenta nei bluanti commerciali è l’ossido di selenio.
Un’altra sostanza usata per bluare e convertire la ruggine è l’acido tannico, una sostanza chimica derivante dalla condensazione del glucosio e dell’acido gallico. Si trova in natura nei legni di quercia, noce, mogano ma anche nelle foglie del mandorlo indiano, nelle bucce di banana e nel tè. Per estrarlo basta bollire i vegetali elencati precedentemente in acqua e usare l’estratto come soluzione bluante convertiruggine.
Bluazione a caldo del metallo
La bluazione a caldo del metallo avviene in due fasi, la prima fase forma sull’oggetto metallico uno strato di ossido ferrico Fe2O3 comune ruggine di color rosso mattone.
La seconda fase trasforma la ruggine in magnetite cioè un ossido misto ferrico/ferroso di colore nero.
Queste due fasi si possono eseguire in maniera separata o contemporaneamente, di seguito vi riporto la seconda strada.
Una delle bluazioni più antiche è la brunitura, in cui un oggetto metallico viene arroventato su una fiamma e gettato immediatamente in olio.
Bluazione del metallo in pratica*
Il materiale che ci serve è
-
- fornello
- pentolino d’acciaio
- acido citrico in polvere
- acqua
- acetone
- DPI (guanti e occhiali)
L’acetone è opzionale, serve per rimuovere tracce di unto dal pezzo da trattare. L’acido citrico si trova nei negozi che vendono prodotti per la pulizia della casa o al supermercato.
In un luogo ben ventilato puliamo molto bene l’oggetto da trattare, asciughiamolo e sgrassiamo con acetone.
Nel pentolino sciogliamo per ogni 100g acqua …g di acido citrico. Immergiamo l’oggetto da bluare e facciamo bollire il tutto su un fornello, dopo 5 minuti lasciamo raffreddare il pezzo dentro la soluzione.
Il pezzo raffreddato appare di colore più scuro rispetto alla forma originaria, il processo di bluazione si ripete più volte fino ad ottenere la tonalità e lo spessore desiderato dello strato protettivo.
*Makers ITIS Forlì non si assumono alcuna responsabilità per danni a cose, persone o animali derivanti dall’utilizzo delle informazioni contenute in questa pagina. Tutto il materiale contenuto in questa pagina ha fini esclusivamente informativi.
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Estrazione delle sostanze naturali
Come sapete le piante sono ricche di sostanze chimiche che possono essere di nostro interesse, e che non possiamo sintetizzare in laboratorio. In questo caso dobbiamo ricorrere all’estrazione, una tecnica che separa le sostanze chimiche naturali dal campione.
Come esempio estraiamo* le molecole contenute nelle foglie di agnocasto o pepe dei monaci. Essa è una pianta di interesse farmacologico.
Tra le molecole contenute nell’olio di agnocasto ci sono: iridoidi, flavonoidi, alcaloidi, terpeni e steroidi.
Il tipico odore di questa pianta e delle sue bacche è dovuto principalmente all’eucaliptolo.
Il nome pepe dei monaci deriva dalla proprietà anafrodisiaca di questa pianta, che veniva usata dai monaci per rispettare il voto di castità.
La maggior concentrazione di sostanze di nostro interesse si trova nelle foglie, una volta raccolte le facciamo essiccare all’ombra girandole di tanto in tanto.
Dopo l’essiccazione riduciamo in polvere le foglie secche con un mortaio o un frullatore, questo faciliterà l’estrazione.
Se volete sapere come funziona un estrattore Soxhlet date un’occhiata alla pagina della curcumina. Questa apparecchiatura è impiegata per la estrazione delle sostanze naturali e permette di usare meno solvente rispetto ad una semplice macerazione (come per la preparazione del tè).
Molecole dell’agnocasto e proprietà
Tra le sostanze estratte ci sono: Aucubina e la Agnuside che hanno una funzione difensiva per la pianta.
La casticina e la vitexina che fanno parte dei flavonoidi e sono i pigmenti naturali con proprietà antiossidanti.
Il loro colore varia a seconda del pH
e della presenza di metalli come il ferro e l’alluminio in quanto si comportano come molecole complessanti (cioè formano dei composti di coordinazione con essi).
Anche le antocianine sono dei flavonoidi e colorano le piante di rosso, blu e violetto.
L’eucaliptolo e il sabinene donano l’aroma caratteristico all’intera pianta.
Gli scienziati hanno riscontrato nell’olio essenziale di agnocasto proprietà antibatteriche, in particolare nell’agnocasto bianco.
Ancora oggi studiamo le interazioni delle molecole contenute nell’Agnocasto sul sistema endocrino, in particolare sulla produzione di alcuni ormoni ipofisari.
Questo agisce sulle irregolarità del ciclo mestruale e sulla riduzione dei sintomi premestruali.
Ciò nonostante come ogni altra sostanza presenta sempre degli effetti collaterali che vanno monitorati.
Analisi delle sostanze naturali
L’estratto ha un colore bruno intenso con un odore molto forte e caratteristico.
Per separare e identificare tutte le sostanze presenti nel pallone ricorriamo alla cromatografia, le tecniche strumentali più usate sono l’HPLC e la GAS-MASSA
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