Fornetto a muffola
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Esistono vari tipi di forni a muffola a riscaldamento elettrico anche di piccole dimensioni  pochi dm3 di capacità ed hanno tutte lo stesso problema, richiedono per il loro uso una potenza elettrica che va da 4 a 6 KW, naturalmente parlo di muffole in grado di raggiungere 1000 – 1400 ºC. Potenze che sono proprio incompatibili con le potenze massime  erogabili dai nostri contatori di casa (mediamente sui 3,3 KW).
Quello che ho realizzato è un fornetto (F1a) formato da una microcamera scavata dentro ad un mattonella  refrattaria (F1b)  (quelle in genere usate per la costruzione di caminetti) delle dimensioni compatibili con quello che si deve riscaldare;  in base alle dimensioni della camera si calcola la lunghezza del filo necessario e si può conoscerne la resistenza  che nel caso del filo Kanthal A1 da 0,6 mm è di 5,02 ohm/m, le pareti della mattonella servono anche da supporto per la resistenza riscaldante, la mattonella con camera è isolata ai lati sotto e sopra con analoghe mattonelle refrattarie come si vede in (F1c)
   

la mattonella superiore ha un foro per l’inserimento della termocoppia per la lettura della temperatura interna. La mattonella con camera viene realizzata trapanando con punta al widia,  scalpellando poi la cavità e sagomando poi opportunamente le pareti in modo che siano in grado di fissare la resistenza inserita, le mattonelle  sono inserite in uno chassis appositamente costruito (F2)
   

La resistenza riscaldante l’ ho realizzata avvolgendo a spirale a spire larghe su un tondino da D 8mm filo  Kanthal A1 da 0,6 mm,  gli estremi del filo vanno saldati con una puntatrice (1) a due elettrodi da 2 mm in acciaio inox,  i 2 elettrodi vengono ricavati da 1 elettrodo  inox da saldatura elettrica previa asportazione del  rivestimento , ( F3a) La resistenza con elettrodi  viene poi  piegata ed inserita dentro la mattonella (F3b)
   

i terminali degli elettrodi  vanno fissati con mastice refrattario, per quanto riguarda l’uso di mastici refrattari potete vedere qui

Se la muffola è semplice da  realizzare e di basso costo,  l’alimentatore  non lo è. 
Non si può alimentare un apparecchio del genere con tensione di linea a 230V, le opzioni  corrette per lavorare in sicurezza sono 2:
1) alimentazione con trasformatore d’isolamento e variac  (F4a) (alimentazione in corrente alternata)
2) alimentazione con alimentatore switching a tensione regolabile (alimentazione in corrente continua)
I 2 sistemi di alimentazione devono essere in grado di fornire una corrente di 10 – 12 A e tensione regolabile da 5 a 80V questo per raggiungere la temperatura massima di 1200 ºC .  limite stabilito dalla  termocoppia K usata per il controllo temperatura con termometro elettronico.
   

E’ possibile anche realizzare un  sistema più semplice di alimentazione, a basso costo usando un regolatore a triac o a diodo scr (schemi del genere li trovate facilmente in rete),  però per questo bisogna avere un minimo di esperienza, è obbligatorio collegare ad una  presa di terra lo chassis. Il problema di questo tipo di alimentazione è che  il sistema riscaldante è sotto tensione di rete ed in caso di forte umidità o mattonelle bagnate si può avere anche una dispersione di corrente con i pericoli conseguenti.
Il sistema che io uso è l’1) (F4b) (con trasformatore d’isolamento) anche se tocco inavvertitamente uno dei 2 elettrodi non succede niente  l’unico rischio è di scottarsi.

Prove sulle  2 camere riscaldanti usate (F1b) :                                                                               
- Matt. 1 alimentata a 35 V assorbe 6,0 A, P ass. 210W ed  a regime raggiunge i 380 ºC .           
- Matt. 2 alimentata a 68 V assorbe 8,5 A, P ass. 578W ed a regime raggiunge la temp. di 906 ºC .

Note:
(1) foto della puntatrice ad impulso usata per la saldatura dei fili  agli elettrodi
   
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Ottima realizzazione, certamente un po' spartana, può diventare la versione base per progetti analoghi maggiormente curati.
Potresti dire la dimensione utile della camera interna?
Nel post hai parlato della puntatrice. Mi nteresserebbe saperne di più, come si usa e come si alimenta.

grazie
Mario

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Claudio
Ottima idea, semplice, ma se funziona va bene :-)

Per il discorso dell'alimentazione penso che sia decisamente più conveniente una regolazione attraverso TRIAC molto più semplice ed economico del variatore a filo.
Il trasformatore di isolamento si può mettere comunque anche se la regolazione viene effettuata con semiconduttori. C'è comunque da fare attenzione dato che tensioni sopra i 50 V iniziano a diventare percepibili.

Carina l'idea della puntatrice, in pratica due condensatori elettrolitici di notevole capacità (vedo che siamo sui 124000 microfarad) che una volta "caricati" (basta alimentarli per qualche secondo con una tensione inferiore a quella di lavoro, in questo caso immagino max 24 V per stare in sicurezza) possono erogare, cortocircuitando i terminali, una corrente enorme in un tempo brevissimo.
Per la carica, se già non lo fai, inserirei in serie una resistenza ceramica da un 30 ohm capace di dissipare almeno 10 W in modo da evitare che appena collegati all'alimentatore possano chiedere a questo una corrente talmente elevata da rischiare di danneggiarlo.

Un saluto
Luigi
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quimico, Mario, Claudio
(2016-11-07, 18:09)Mario Ha scritto: Potresti dire la dimensione utile della camera interna?
Nel post hai parlato della puntatrice. Mi nteresserebbe saperne di più, come si usa e come si alimenta.

grazie
Mario

Le dimensioni utili delle 2 camere sono: 4X7,5X2,5 cm e 3,5x3X2,5 cm
Per quanto riguarda la puntatrice, viene alimentata da un comune alimentatore stabilizzato con tensione regolabile da 3 a 24 Vc. c. 3 - 4 A.
In settimana, il tempo di fare altre foto e posterò qui di seguito schema e modalità d'uso

Claudio
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Mario, luigi_67
(2016-11-07, 19:37)luigi_67 Ha scritto: ... Per il discorso dell'alimentazione penso che sia decisamente più conveniente una regolazione attraverso TRIAC molto più semplice ed economico del variatore a filo...

... Per la carica, se già non lo fai, inserirei in serie una resistenza ceramica da un 30 ohm capace di dissipare almeno 10 W in modo da evitare che appena collegati all'alimentatore possano chiedere a questo una corrente talmente elevata da rischiare di danneggiarlo.

Un saluto
Luigi

Non è un variatore a filo (potenziometro) ma un variac praticamente un autotrasformatore toroidale con la superfice dell'avvolgimento esposta su un lato su cui una spazzola ruota prelevando la tensione d'uscita.

I Triac in genere non lavorano troppo bene (scarsa stabilità) su bassi angoli di conduzione  e qui abbiamo la necessita di regolare da 5 a 80V  ( Il variac invece regola da 0 a 230V senza problemi) Io se dovessi usare un'alimentazione del genere userei piuttosto un diodo scr che lavora su una sola semionda e mi dà migliore  stabilità a tensione bassa,  anche se la tensione massima è limitata a 115V.
Sono d' accordo che il sistema a triac o scr è il sistema di molto più economico un Variac come quello che uso da 2 - 2,5 KW non lo trovate per meno di 100 - 130 €.

Per quanto riguarda la carica del condensatore della puntatrice hai visto giusto, la resistenza in serie c'é ed è circa uguale a quello che dici, solo che nella foto che ho messo non si vede,  comunque in  settimana metterò altre foto e schema della puntatrice ad impulso
Saluti Claudio
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NaClO
Come sempre,ottima esposizione dell'argomento.Ogni tuo post insegna come risparmiare qualche centinaio di euro per cose che ne costerebbero migliaia...Ancora complimenti!
Saluti,
Riccardo
"L'importante è non smettere mai di farsi domande.La curiosità ha buoni motivi di esistere."
                                                                      -Albert Einstein-
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Claudio
La puntatrice ad impulso usata per la saldatura dei fili.

Questa puntatrice formata da condensatori elettrolitici ad alta capacità 1 diodo da 10A ed una resistenza a filo permette di  eseguire efficienti saldature fra fili di Ni e sue leghe, Fe e sue leghe, acciai inox in genere, non è adatta invece  alla saldatura di fili in Cu o Al  ( a causa della formazione di ossidi) permette inoltre di recuperare termocoppie  interrotte effettuando una precisa saldatura ai terminali dei fili  (Termocoppie K e J)

   

Schema elettrico e descrizione:

   

la puntatrice vien alimentata da un comune alimentatore in c. c. in grado di erogare 2 -3 A con  possibilità di regolare la tensione da 5 a 20 - 24 V.
La funzione della resistenza R è di limitare la corrente assorbita durante la carica del condensatore ed anche di limitarla durante l’atto della saldatura che in assenza della resistenza R verrebbe vista dall’alimentatore come un corto circuito, l’energia  utile alla saldatura deve essere solo quella del condensatore; la funzione del diodo D é di proteggere il condensatore da un’inversione di polarità, la resistenza R basta che sia una resistenza da 10 ohm  a filo da  20 25 W.
Tra i 2 tondini in rame che costituiscono i terminali  della pinza vengono posti i 2 fili da saldare,  serrando la pinza si chiude il circuito, il condensatore si scarica e l’energia accumulata si libera nel punto di maggior resistenza,  il punto di contatto tra i 2 fili.             
L’unica parte critica è il condensatore che deve essere del tipo a barilotto con morsetti a vite in grado di sopportare forti intensità di corrente , un’alternativa può essere  l'uso di più condensatori di minor capacità connessi in parallelo. La puntatrice va tarata con prove di saldatura, un carica del condensatore troppo elevata  e si ha la bruciatura dei fili, una troppo bassa e i fili non si saldano.

Esempi:
1)per la saldatura di un filo Kahthal A1 da o,6 mm  a un tondino inox da 2mm la tensione corretta di alimentazione  è 19,8 V (ai capi del condensatore 19,4V)
2) per la saldatura dei fili di una termocoppia K sono bastati 8V

Considerazioni su correnti ed energia in gioco nel processo di saldatura con riferimento  allo  schema ed all’Esempio  1)

La costante di tempo RC  di carica del condensatore è:
10 X0,124 = 1,24 sec.
Ciò significa che il condensatore sarà carico nel tempo di:  4xRC  = 4,80 sec.

La costante di tempo  di scarica, presumendo  con ragionevole  approssimazione che la resistenza di contatto tra fili da saldare inseriti tra le punte in rame della pinza sia di 0,1 ohm è :
0,1X0,124 = 0,0124 sec.  Quindi durata del tempo di scarica 4XRC =  0,0496 sec

La corrente iniziale I0 dell’impulso di scarica del condensatore sarà :
Io = V/R1    19,4/0,1 = 194A decrescente in modo esponenziale, (è una bella corrente!)

L’ energia W trasmessa ai fili nel punto di saldatura durante la scarica del condensatore  è:
W = ½ CV^2    ½ 0,124X19,4^2 = 23,3 joule  non è una grande energia ma se si considera che viene rilasciata nel tempo di 5/100 di sec.  E che agisce su una superficie di contatto di ~ 0,5 mm^2 si può capire come le superfici a contatto vengono portate a fusione.

Saluti Claudio
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Una domanda:che dimensioni hanno i mattoni?

Eventualmente la puntatrice può essere alimentata con una batteria da 12 volt del tipo auto,quad etc?
Saluti,
Riccardo
"L'importante è non smettere mai di farsi domande.La curiosità ha buoni motivi di esistere."
                                                                      -Albert Einstein-
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(2016-11-10, 18:44)NaClO Ha scritto: Una domanda:che dimensioni hanno i mattoni?

Eventualmente la puntatrice può essere alimentata con una batteria da 12 volt del tipo auto,quad etc?

Le dimensioni delle mattonelle sono: 22X11X6 cm.
L' alimentatazione sarebbe meglio a tensione regolabile in quanto si può selezionare la tensione corretta per i tipi di filo da saldare.
comunque si puo anche usare la batteria a 12v però bisogna in questo caso variare la capacità del condensatore (cosa poco pratica).

Esempio supponiamo di voler fare una saldatura come quella da me citata nell' Esempio 1) usando un accumulatore a 12V da auto
La quantità di energia necessaria W é  23,3 joule  la tensione V é 12 V
in questo caso la capacità da inserire nel circuito sarà:
C=2W/V^2   C= 2X23,3/12^2 = 0,323F un capacità molto più elevata dell' altra  (il costo di questi condensatori aumenta di molto all'aumentare della capacità).

Sarebbe più conveniente aumentare la tensione di alimentazione. Esempio, supponiamo di usare un tensione di alimentazione a 50V,
il valore richiesto da C sarebbe  C=2X23,3/50^2  = 0,0186F,  1/6 circa del valore che uso io attualmente.
In questo caso andrebbe modificato anche il valore della resistenza R
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