Eccoci con un progetto pronto a rinfrescare queste torride giornate estive! Un semplicissimo refrigeratore per lattina, da applicare alla scrivania ed in grado di difendere il vostro prezioso fluido energizzante dalla calura che avanza. In più potete usarlo come sostegno per Gundam!

Il guardiano dei refrigeratori

Non so a voi, ma a me capita in ufficio di avere una lattina sulla scrivania e di non sopportare né la condensa sul tavolo, né quelli che mi telefonano o interrompono per interi quarti d'ora facendomi dimenticare la bibita. Poi quando la ritrovo è imbevibile e devo cercare del ghiaccio. Il tutto si traduce in bibita annacquata e ancora altra condensa!

L'idea e il progetto

Girovagando su hackaday.com mi sono imbattuto in uno di quei frigoriferi da campeggio, costruiti con celle di Peltier. Se ne trovano a migliaia sul web, sia come progetti DIY che come prodotti pronti e buoni per essere acquistati.

Mi ha incuriosito molto questa tecnologia in grado di gelare le gocce d'acqua partendo dall'elettricità in uno spazio così ridotto. Insomma l'idea mi ha stuzzicato la fantasia ed ho iniziato a pensare cosa farci.

Tutti i passi iniziali del progetto sono riportati dettagliatamente in questa discussione su GRIX. Essendo già documentata, e sicuramente non fondamentale, la genesi del progetto, qui mi concentrerò sulla realizzazione e sul risultato.

Ci tengo tuttavia a ringraziare tutti quelli che mi hanno aiutato, anche in privato, a realizzare questo piccolo oggettino e ad imparare. Sono state delle persone stupende.

Disclaimer_1: Questa non è una guida su come realizzare un minifrigo, ma un riassunto della mia esperienza.

Disclaimer_2: Il progetto è, se ci fosse bisogno di precisarlo, completamente libero, open source e non è obbligatorio nemmeno citarmi se volete parlarne o modificarlo. Spero che almeno vi aiuti a combattere questo caldo terribile!

Disclaimer_3: Inserirò solo degli accenni sulle Celle a effetto Peltier, spero di fare un articolo in futuro, ma non sono un esperto in materia, quindi ricordate di verificare che le informazioni siano esatte.

I requisiti

Il fine del progetto è il divertimento. Non volevo costruire una cosa per forza utile, economica o efficiente. Sono del parere che uno possa anche solo divertirsi ed imparare a fare quello che gli pare, così ho fatto.

I problemi che volevo risolvere con il minifrigo sono i seguenti:

1. Proteggere la lattina dagli urti che potrebbero farla cadere
2. Evitare la condensa che bagna tutta la scrivania
3. Mantere la bibita il più fresca possibile e il più a lungo possibile
4. Avere un posto dove ritrovare la lattina senza dimenticarla in giro

A questo punto già qualcuno di voi penserà che il tutto è risolvibile con del ghiaccio, un sottobicchiere, un contenitore isotermico o che potevo comprarlo già fatto...Insomma state dimenticando il primo requisito: il divertimento!

Le celle Peltier

(questa vuole essere una rapida introduzione al componente, spero di fare un articolo in futuro, qui ho visto che sono andato un po lungo)

Le Celle ad effetto Peltier sono degli oggettini curiosi ed estremamente particolari, soprattutto per chi non si occupa tutti i giorni di queste cose.

Si presentano, solitamente, in una piastra a wafer ceramico all'interno del quale sono collegate in serie le vere e proprie celle ad effetto peltier. La cosa sicuramente più affascinante di questo componente è la sua capacità di agire come una pompa di calore tra le due superfici e quindi generare una differenza di temperatura di circa 50°. Questa differenza varia a seconda del modello, ma per ora lasciamo correre.

Se vogliamo c'è un altro grandioso e sorprendente effetto ricavabile dalla piastra, il seebeck effect. Cioè se siamo noi a mantenere sulle superfici della piastra una differenza di temperatura, ai capi del bipolo troveremo una differenza di potenziale. Possono quindi essere usate come generatori, e in giro troverete molti progetti che proprio in questo modo le adoperano.

Concludiamo questa introduzione rapida scrivendo che riusciremo ad ottenere temperature molto basse sul lato freddo, tanto quanto riusciremo a dissipare il calore generato sul lato caldo. A noi interessa una superficie intorno ai -10°C e ciò ci obbliga a mantenere la parte calda sui 40°C dissipando il calore in eccesso.

Per approfondire, ci sono davvero molte informazioni online e spero, come scrivevo, di fare anche io un articolo a riguardo.

La realizzazione

In realtà, una volta concepita l'idea, realizzare l'oggetto è stato abbastanza agevole. Dividiamolo concettualmente in due moduli: il modulo contenitore per la lattina, e il modulo refrigeratore.

Il modulo contenitore

Il contenitore per la lattina doveva rispettare i requisiti di un buon isolamento termico ed un estetica apprezzabile (almeno secondo i miei gusti).

Ho fatto tagliare dei blocchetti di 10 cm per lato in legno MDF spesso 1,9 cm.

Questo materiale è molto economico

E' bene prendere le misure con attenzione

Poi li ho forati con una sega a tazza. Vi consiglio sin da ora di non badare alle misure perchè io ho realizzato il tutto per una lattina di energy drink da 250 ml, mentre magari a voi servirà un minifrigo per una bibita da 500 ml.

I blocchetti dopo la foratura

In tutti i casi, il mio foro è di 6,5 cm. Ho ricavato in 3 strati di legno un alloggiamento per una ventolina da 4 cm, che però sospetto ancora non essere troppo utile. Magari vi farò sapere in futuro.

Vista degli intagli per la ventolina

Ventolina istallata e pronta all'uso

Il suo compito era quello di uniformare il più possibile la temperatura all'interno della camera, ma credo che di suo si scaldi troppo girando e vanifichi questo sforzo. Non sono stato in grado di verificarlo. Se decidete di metterla, ricordate di scavare una pista per il filo tra uno strato e l'altro.

Il filo della ventola esce fuori nel mio progetto

Ora è il momento di allineare i nostri 7 blocchetti forati di MDF ed incollarli con la colla vinilica (riusciremo mai più a dirlo senza pensare a Giovanni Muciaccia?). Cercate di essere precisi, ma probabilmente qualche millimetro, forando con la sega a tazza, l'avrete perso di qua e di la. Il mio consiglio è di allineare il meglio possibile i bordi esterni, perchè se i cerchi interni non sono proprio perfetti, non ci strapperemo le vesti.

Non è necessario l'allineamento micrometrico dei fori interni, ma non fate nemmeno una scalinata!

La struttura della camera, compatta e pronta alla levigatura

Una volta asciugata la colla vinilica, armatevi di levigatrice e pazienza (ma anche una mascherina che per la polvere di MDF ci vuole!) e appianate tutte le facce per benino. Non ci vorrà comunque molto data la malleabilità del materiale e la vostra manualità nella quale confido.

Ora abbiamo un parallelepipedo con un foro da 6,5 cm per tutta la verticale. Perfetto! Dobbiamo isolarlo per bene dall'esterno in modo che mantenga il freddo nel miglior modo possibile.

Prima di tutto rivestiamo le pareti interne con una guaina termica per i tubi acquistabile al brico. Io ho utilizzato colla calda e pazienza per fissarla alle pareti. Se evitate la ventolina interna, non vi servirà nemmeno la pazienza!

La guaina in posizione, fissata con la colla calda

All'interno di questa guaina, utilizzando nastro biadesivo spugnato qua e la ho fissato uno strato di materiale termoisolante. Potete tagliare una busta per surgelati se non trovate quello che ho rubato io alla NASA (leggi comprato nel negozio del cinese).

Ora che le pareti interne del nostro parallelepipedo sono coibendate, è opportuno pensare al fondo e al lato superiore. Per il fondo ho scelto un pezzo di guaina per il tubo, opportunamente incollata con del nastro biadesivo spugnato molto resistente. Mettetene un quadrato intero di guaina, il foro per la piastra ad effetto Peltier lo faremo poi.

Il lato superiore è stato chiuso con un sottile strato di materiale termoisolante, visto che comunque sarà il coperchio ad occuparsi di sigillare la camera. Ci faceva comodo qualcosa che teneva in posizione la lattina.

La funzione di questo strato è più che altro quella di mantenere centrata la lattina

Il coperchio, fissato con delle cerniere alla camera, è un blocchetto 10x10 come gli altri, ma senza foro. Utilizzando del nastro biadesivo spugnato vi ho applicato uno strato termoisolante. Verrà tenuto in posizione tramite una chiusura per bauletti che ci consentirà anche di mantenere a pressione la lattina sulla piastra Peltier. E' importante scegliere il nastro biadesivo spugnato e non quello semplice, perchè sfruttiamo proprio questa sua caratteristica nel coperchio.

Vista del coperchio "imbottito". Prendere bene le misure è fondamentale.

Armatevi ancora di pazienza, e prendete le misure per il foro della cannuccia. Questo accorgimento ci permetterà di non dover prelevare in continuazione la lattina per bere e preservarne la temperatura.

A conclusione dei lavori sul corpo c'è l'applicazione di due morsetti sul retro per fissarlo alla scrivania e un termometro con igrometro del tutto opzionale e nemmeno troppo utile!

Per fissarla alla scrivania ho usato due morsetti a vite

Il modulo refrigeratore

Questo modulo è tutto costruito attorno alla piastra Peltier, anzi a due piastre Peltier montante in pila. Tale configurazione permette di sfruttare un effetto termico a cascata in cui una raffredda la superficie calda dell'altra. Elettricamente sono però collegate in parallelo.

Il posizionamento della prima piastra sul dissipatore

Tra ogni superficie è opportuno applicare uno strato di pasta termoconduttiva per compensare i micro-gap dei materiali

Quindi abbiamo le piastre, con della pasta termica tra loro e un dissipatore per CPU di alluminio con relativa ventola, molto semplice. Per tenere in posizione le piastre sul dissipatore e tra loro, ho utilizzato del silicone trasparente.

Assembliamo

E' davvero importante che l'apparato di raffreddamento sia ben saldo alla camera della lattina. L'ideale sarebbe riuscire a premere la lattina sulla piastra con una forza di 17-20 kg. Questa è la forza ideale per il montaggio delle piastre.

Minifrigo finito

Io ho utilizzato delle comuni fascette di plastica da elettricista, ma siccome il tutto dipende da quanto grande sarà la vostra camera coibendata e dal modello di dissipatore che sceglierete, non posso dire che andrà bene per tutti.

Ovviamente la base del contenitore, alla quale avevamo incollato uno strato di spugna isolante, andrà forata per permettere alle piastre di passare. Solo le piastre dovranno passare, ma forarla in questo momento invece che a priori, ci consente di sistemare eventuali errori nell'accentramento dei componenti.

Fate anche un foro e dei tagli trasversali alla pellicola isolante superiore, dimensionato il giusto per accogliere la lattina e tenerla in posizione centrale.

Un buon morsetto mammut per i collegamenti ci aiuterà a collegare in sicurezza l'alimentazione al progetto.

NOTA SULL'ALIMENTAZIONE: le celle di Peltier hanno bisogno di una discreta potenza per operare bene, assicuratevi di fornirla. Io ho optato per un alimentatore ATX per computer, prelevando la 12 V sia per le piastre termiche che per le ventole. Consultate il datasheet del produttore per questi dati.

I test di funzionamento

Per essere sicuro di misurare l'efficienza del dispositivo ho così impostato il test:

• 3 lattine da 250 ml di acqua fredda di frigorifero (6,8°C)
• il termometro è la sonda del Fluke 179
• una lattina è stata lasciata semplicemente sulla scrivania
• una è stata isolata con la guaina per tubi dall'ambiente e posizionata sempre sulla scrivania
• l'ultima è stata inserita nel dispositivo
• le rilevazioni sono avvenute ogni 5 minuti per un periodo di 1 ora

• ho misurato la parte inferiore di ogni lattina, perchè è da lì che preleva la cannuccia durante la bevuta

Ed ecco il risultato! La cosa sorprendente, per me che non sono in grado di fare calcoli previsionali, è che non solo mantiene la temperatura, ma addirittura raffredda!

Il grafico del rilevamento dei dati

Qualche vista del modello 3D

Ovviamente mancano alcuni dettagli, ma potete dedurli dalle foto del progetto finito, qui è più per capire meglio l'assemblaggio.

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Conclusioni

Non mi resta che concludere ringraziando ancora una volta le persone che mi hanno aiutato, sono stati e rimarranno dei preziosissimi compagni d'avventura, spero di potergli un giorno offrire una bibita fresca! Intanto vado a prenderne una per me!!!