Refrigeratore autocostruito

Eugenio Pulvirenti

Premessa

Questo progetto può risultare utile a chi possiede acquari marini tipo nanoreef, o vasche d'acqua dolce fino a 50 litri, con modeste esigenze di raffreddamento (3-4 gradi). Purtroppo non posso fornire dati precisi sulla refrigerazione in quanto i risultati dipendono da troppe variabili: numero e tipo di luci, posizione dell'acquario, forma della vasca, temperatura esterna, corretta alimentazione delle celle e così via.
La prima domanda che ci si pone è perchè non utilizzare le ventole, più economiche e meno dispendiose dal punto di vista energetico. In effetti, perché abbandonare qualcosa di collaudato e semplicissimo per un sistema molto più complesso?

I principali motivi sono questi:

• Quando il problema dell'evaporazione, causa assenza, risulta ingestibile (non sempre le taniche auto-rabboccanti, risultano sufficienti).
• Quando il costo dell'acqua per il rabbocco supera la spesa della bolletta (non tutti, hanno un impianto d'osmosi, in casa).
• Quando si vuole abbassare la temperatura di oltre 5°C (limite massimo del sistema ventole), in piccole vaschette con capacità di 15-20L.

Il progetto si basa sul sistema a cella Peltier, è una strada intrapresa anche dai produttori di refrigeratori commerciali. Potete verificare che, sui loro siti, i modelli base utilizzano lo stesso principio (a celle Peltier). Purtroppo le celle, rispetto ai classici sistemi a compressore, consumano di più. Considerate che solo il 60% circa della potenza erogata alla cella, si trasforma in potere frigorifero, il restante 40% va sprecato in altro calore.
Per la realizzazione occorre un certa manualità, per il resto i componenti sono facilmente reperibili, anzi parte del materiale si può facilmente recuperare da pc in disuso (perchè ormai obsoleti).

Materiali occorrenti

• N°2 celle di Peltier (tensione 15V, potenza: una da 6A e una da 12A, lato 4cm), acquistabili presso i rivenditori di elettronica o al limite sui siti che trattano dispositivi per l'overclock delle cpu.
• N°2 dissipatori per cpu (amd), con PLATE IN RAME DA 4,5cm (negozi di informatica).
• N°1 alimentatore per pc (da preferire i modelli obsoleti AT, di facile recupero).
• N°4 fascette stringitubo (lunghezza 30-36cm) e N°6 mammut, per i collegamenti elettrici,(acquistabili presso qualsiasi ferramenta).
• colla epossidica bicomponente (dovrebbe andare bene anche il super attack o il tangit), reperibile un po' ovunque.

Altro materiale di recupero:

• Circa 16cm di tubo rigido per acquari (diametro foro 10mm), meglio ancora i tubi rigidi per l'incasso dei cavi elettrici nelle pareti(molto più resistenti, da preferire)
• Carta vetrata a grana fine
• 4 pezzi di plexiglass (n°2(3x4cm) e n°2(3x3,6), spessore 2mm)
• 8 pezzi di plexiglass (1x4,2cm) spessore 2mm)

L'alimentazione richiesta dalle celle, generalmente, è di 15 volts. Nel caso venga alimentata a 12v, l'assorbimento e quindi la resa scendono di circa il 25%, ma è anche vero che, sarà meno difficile raffreddare il lato caldo...

Gli alimentatori per pc sono di tipo "switching". Gli switching sono più efficienti e scaldano di meno, d'altra parte lo svantaggio è che richiedono un carico minimo per poter funzionare. Infatti tali alimentatori sono progettati per erogare il 60% della potenza complessiva sulla linea +5 volt e + 3.3 volt mentre solo il 30% è erogato dalla linea +12 volt, inoltre la corrente erogata dai +12 volt è più o meno proporzionale a quella prelevata dai 5 volt. In pratica assorbendo pochi ampere dalla linea 5 volt ne usciranno altrettanti pochi da quella a 12, quindi occorre in qualche modo assorbire questi ampere. Per rimediare a questo problema si può inserire all'uscita dei +5V una lampadina (indicatore direzione per auto) o una resistenza da 1 o 2 ohm da 25W. Anche se questo comporta uno spreco che può arrivare a 25W di potenza, vi permetterà di avere una uscita stabile di +12 V. La cosa migliore, per ovviare a questi inconvenienti, è far funzionare una cella (da 12A) a 5V e una (da 6A) a 12V.

Realizzazione

1. Il plexiglass va tagliato usando il cutter, diverse passate su entrambi i lati e poi facendo leva con un righello e un colpo secco si spezza esattamente lungo la linea incisa. Tagliate una striscia larga 3cm, quindi ricavate 2 pezzi 3x4 e altri due 3x3,6 ed eliminate piccole imperfezioni usando la carta vetrata. Fig.1Fig.1
2. Adesso bisogna realizzare una specie di waterblock "aperto", utilizzando i 4 pezzettini di plexiglass, di cui uno da 4cm con due fori, dove inserire i due spezzoni di tubo(16cm/2, diametro 1cm), incollando il tutto con la colla bicomponente.
   Con righello e matita segnate i punti in cui praticare i fori(cercate di centrarli bene, senza assottigliare troppo il plexi). Per praticare i fori, consiglio di utilizzare un ferro riscaldato sul fuoco(non troppo, altrimenti si squaglia tutto), personalmente ho utilizzato la parte metallica di uno spinotto tv e pinza. Fig.2
   Nei tubi, tramite cutter, va praticata un'apertura trasversale (2,5x0,5) tipo flauto traverso. I tubi vanno inseriti per circa 3,6cm (incollati anche all'estremità e le aperture laterali orientate, in senso opposto, verso l'esterno). In questo modo, oltre a conferire maggiore robustezza, si dà un senso rotatorio al flusso d'acqua. Fig.3 Fig.2 Fig.3
3. Realizzato il wb, in modo da avere quasi un cubo(4 lati da 4cm, il 3,6 serve proprio a recuperare i 4mm di spessore) Fig.4, incollate i pezzi da 1 cm, lungo entrambi i bordi, facendoli uscire per meno di 2mm (comunque inferiore allo spessore della cella), praticate 4 piccole incisioni per far uscire i fili di alimentazione delle celle Fig.4a. Questo bordo, oltre a servire da guida per l'inserimento della cella, conferisce maggiore robustezza, in quanto la colla fa presa su una superfice ad angolo e non su una solo piana.
   Dopo dovete chiudere il wb incollandovi il lato freddo delle celle P. (provatele x un istante, in modo da verificare il lato freddo). Utilizzate poca colla sul bordo del plexi, per evitare che colando isoli la cella, abbondate invece all'esterno una volta appoggiata.
   Affinché la colla faccia quasi una saldatura, tutte le parti vanno sgrassate con poco alcool e durante l'incollaggio usate un paio di guanti, meglio quelli in lattice. Così non vi sporcate voi, e non "ingrassate" il plexi nuovamente. Asciugata la colla, assicuratevi con l'acqua che non vi siano perdite. A questo punto, immagino le vostre perplessità, in merito al diretto contatto della cella con l'acqua dell'acquario. Tranquilli, non è nient'altro che ceramica isolante (anche i cannolicchi del filtro sono in ceramica, ovviamente porosa). Fig.4 Fig.4a
4. A questo punto, bisogna predisporre i dissipatori, togliete pure i fermagli, non vi serviranno. Il plate in rame, è sfalsato rispetto al dissipatore. Sulla parte indicata in Fig.5(freccia gialla a destra), in linea con la fessura per il fermaglio, praticate con il trapano, punta da 2mm, due fori vicinissimi tra loro. Poi, con una da 4mm, allargate i fori, in modo da avere un unico taglio rettangolare, adatto al passaggio della fascetta, vedi Fig.5b. Ripetete l'operazione anche sul secondo dissipatore. Fig.5 Fig.5b
5. Quindi mettete un po' di pasta conduttiva (inclusa nella confezione del dissipatore) sui plate in rame dei dissipatori appoggiatevi il wb e ruotatelo facendo un certa pressione (distribuendo la forza su tutta la superfice, utilizzate la stessa tecnica di montaggio su una cpu, per evitare che si incrini la ceramica). Fate in modo che la pasta si distribuisca per formare un sottilissimo film. Fatto questo, potete collegare i fili all'alimentatore ed accendere per un paio di secondi il tutto (non oltre altrimenti bruciate le celle). Con il calore prodotto la pasta si distibuisce meglio, ruotate il wb ancora (mi raccomando tra il dissipatore e la cella vi deve essere appena un velo di pasta, per migliorare si potrebbe procedere alla "lappatura" del rame e all'uso di speciali paste conduttive; fate una ricerca in rete per documentarvi sulle tecniche per migliorare la dissipazione di calore della cpu).
6. Prendete una fascetta e fatela passare attraverso le fessure praticate, mettete in linea i due dissipatori, verificate che le alette per l'uscita d'aria siano frontali e che il wb stia al centro tra i due plate in rame con i tubi rivolti verso l'alto. A questo punto stringete pure la fascetta Fig.6. Mettete una seconda fascetta, nello stesso senso, ma con l'aggangcio in direzione opposta, in modo da bilanciare esattamente la "stretta". Procedete, quindi, a mettere una terza fascetta, perpendicolarmente alle altre due, vedi Fig.7, facendola passare attraverso le alette del dissipatore. Anche in questo caso, inserite una quarta fascetta, con l'aggancio, in senso invertito. Una volta strette tutte e quattro le fascette, dovreste ottenere un sistema semirigido, i due dissipatori risultano essere solidali tra loro. Assicuratevi che le celle stiano entro i bordi dei plate in rame, avete un margine di circa 0,5 cm. Fig.6 Fig.7
7. Adesso, non vi resta che collegare i tubi del wb ad un pompa interna (più piccola possibile, per non aggiungere altro calore). Cercate del tubo in gomma adatto ai 10mm (non è facile da trovare, quelli per la pompa sono per 12mm), procuratevi anche un spezzone di 6cm di quello classico, come terminale da inserire nella pompa. Una volta avviata la pompa che assicuratevi che non ci siano bolle d'aria nel wb (basta inclinare per farle uscire).
8. Infine collegate, tramite i mammut, i cavi di alimentazione di celle e ventole, all'alimentatore del pc. La cella da 12A con i fili rosso e nero(uscita 5V), la cella da 6A con i fili giallo e nero(uscita12V). Per le ventole dovete tagliare il filo giallo(non serve) e collegarle in parallelo con i fili giallo e nero(12V). In teoria, è possibile procedere all'overclock delle ventole collegando la massa, anziché col filo nero, con quello bianco(uscita-5V). Si ha un miglioramento delle prestazioni, ma anche un aumento considerevole del rumore e un surriscaldamento del rotore(personalmente non lo consiglio, si potrebbe bruciare).
9. Per verificare la corretta alimentazione delle celle, potete controllare attraverso un multimetro(con qualche limite, anche un comune tester dovrebbe andare), che non vi siano sensibili cali nella tensione in uscita dell'alimentatore. Con il sistema in funzione, collegate i terminali del multimetro ai mammut. Dovreste rilevare:
   1. Sui cavi rosso e nero circa 4,5Volts.
   2. Sui cavi giallo e nero circa 11Volts.
   Un calo di circa il 10-15% rispetto a valori nominali è normale, una notevole riduzione no. In questo caso controllate di non aver invertito, tra loro, le celle 6A e 12A. Se i collegamenti sono OK, e avete una tensione insufficiente, significa che il vostro alimentatore non ha sufficente potenza.
   Occorrono min 250 Watt, almeno il doppio rispetto al consumo nominale delle celle di 130W (considerate: 12Ax5V=60W e 6Ax12V=72W). In realtà, i consumi effettivi saranno inferiori, ma poiché, le potenze dichiarate sugli alimentatori non sono molto significative, conviene "abbondare" per non avere rischi di surriscaldamento

Precauzioni

• Nel contrapporre i due dissipatori e nel tendere le fascette, non adoperate troppa forza e usate la massima cautela. Considerate che la pressione non si ripartisce su tutta la superficie, ma solo sul perimetro della cella. Rischiate di rompere la ceramica(danno irreparabile) e far fuoriuscire l'acqua.
• La pompa in vasca, collocatela in alto, appena sotto il livello dell'acqua(rispettate i 2-3cm di pescaggio secondo il manuale d'uso), in modo che, in caso di una perdita del wb, non si svuoti l'acquario(non si sa mai...l'imponderabile).
• Nel collegare e nel togliere i tubi in gomma, fate molta attenzione all'innesto con quelli rigidi(quelli verdi sono estremamente delicati). Meglio non rimuoverli più.
• L'alimentatore da pc tenetelo lontano e in posizione più alta rispetto al refrigeratore e al riparo da eventuali schizzi d'acqua provenienti dall'acquario.
• Non mettete in funzione il refrigeratore se la pompa non è accesa, l'acqua potrebbe gelare spaccando tutto.

Avvertenze

Il refrigeratore in sé, funzionando a bassa tensione max 12 volts, non crea grossi rischi, tuttavia va collegato ad un alimentatore, non espressamente progettato a tale scopo. Per questo motivo, procedete solo se sapete quello che fate, in quanto su questo componente sono sempre presenti rischi di corto circuiti e folgorazioni...

Nota importante: l'autore non si assume nessuna responsabilità per eventuali danni, diretti o indiretti, che dovessero verificarsi come conseguenza della realizzazione del presente progetto.