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
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