Tavolo da laboratorio full-optional
Brick 
Buongiorno a tutti!
Una cappa aspirante o un tavolo da laboratorio sono i luoghi in cui spendiamo la maggior parte del nostro tempo da chimici e per questo motivo deve presentare tutti gli apparecchi necessari alle nostre ricerche!
Nei laboratori professionali i tavoli da laboratorio vengono acquistati già compresi di tutti gli optional, dal rubinetto dell'acqua da usare come liquido refrigerante al rubinetto per aria compressa. Tuttavia, per noi chimici casalinghi, un tavolo di questo tipo spesso e volentieri non è alla portata delle nostre tasche.
I tempi delle passeggiate avanti e indietro con secchi d'acqua, pompe da acquario, prolunghe elettriche e compressori per portare gli apparati dal loro nascondiglio, in qualche armadio, al luogo di lavoro sono finiti!
Oggi vi propongo questo progetto dilettevole che ha impiegato i tre anni della mia laurea in chimica triennale per potersi definire (quasi) concluso; si tratta di un tavolo in legno laminato verniciato che comprende tutte le possibili attrezzature che un homechemist potrebbe desiderare, tutte gestite da un pannello di controllo.

Vi presento il tavolo finito in modo da delineare con più semplicità i vari apparati che compongono l'intera struttura:

   
Il resto della discussione sarà quindi suddivisa nei quattro principali componenti ovvero: sistema elettrico, sistema per il vuoto e aria compressa, sistema di riciclo e raffreddamento dell'acqua e sistema di scrubbing dei gas di reazione.
SISTEMA ELETTRICO
Dato che tutti i sistemi che animano questo progetto sono alimentati da corrente elettrica è importante creare una rete di distribuzione dell'energia efficiente e semplice da realizzare. A tale scopo ho utilizzato delle prese elettriche da muro e le ho montate una come input della corrente e due come output sulla superficie del tavolo.
La corrente che entra dal sistema di alimentazione domestico incontra da prima un interruttore a chiave generale che, oltre a rendere più sicuro l'intero apparato, permette di rimuovere rapidamente la corrente all'intero tavolo. Superato l'interruttore si hanno due ciabatte elettriche collegate in parallelo da cui dipartiranno tutti gli altri apparati del tavolo secondo il seguente schema elettrico:
   
Tutti i componenti vengono gestiti da un singolo pannello di controllo che comprende l'interruttore generale a chiave e tutti gli altri interruttori per le altre componenti, in più presenta un potenziometro sul retro, collegato ad un dimmer sul retro del tavolo, che permette di variare la tensione di una delle due prese elettriche sul tavolo.
   
SISTEMA PER IL VUOTO & ARIA COMPRESSA
Tra tutte le apparecchiature indispensabili ad un chimico senza dubbio la pompa da vuoto fa da regina, in quanto permette di filtrare rapidamente ed efficientemente prodotti di reazione ma anche di svolgere distillazioni a pressione ridotta.
Ne esistono di vari tipi tra cui pompe ad acqua o a mano ma una delle alternative migliori che abbia mai avuto il piacere di incontrare è rappresentata dal compressore per frigoriferi. Questi infatti non solo permettono di mantenere un vuoto buono per molto tempo senza surriscaldarsi ma sono di gran lunga più silenziosi delle pompe da vuoto da laboratorio, inoltre, hanno la seconda funzione di convogliare aria compressa in una condotta portata fino alla superficie del tavolo da un tubo per gas metano.
Questo è il compressore che sono riuscito a recuperare, richiede un paio di modifiche all'interno per farlo funzionare in modo ottimale: normalmente il circuito è chiuso da delle luci poste all'interno del frigo, se si rimuovono è necessario assicurarsi che il circuito sia chiuso; i compressori sono dotati di un componente che, dalle mie osservazioni, ha la funzione di rompere il circuito quando la temperatura raggiunge circa i 30°C e per la mia applicazione era solo deleterio dato che causava continui blocchi del motore, è quindi stato rimosso; infine sono state montate delle rotelle per facilitarne il movimento dato che ha un peso per nulla trascurabile!


   
Ma quindi perchè tutti i laboratori del mondo non passano a questo compressore invece di usare quelle pompe da vuoto rumorosissime? Il motivo è semplice (non considerando la miglior efficienza nel creare il vuoto), i compressori di questo tipo non hanno alcuna barriera di separazione tra le parti meccaniche e il gas che viene compresso questo fa si che l'ingresso di umidità, liquidi vari e/o gas corrosivi possano danneggiare l'apparato.
Questo problema può essere mitigato dall'utilizzo di una trappola per vuoto, dato che non volevo utilizzarne una "mobile" ho deciso di integrare anche quella nel tavolo!
   
E' costituita da una serie di tubi che hanno lo scopo di impedire l'ingresso di liquidi all'interno delle parti meccaniche della pompa, il pezzo più importante è il tubo M/M in ottone con all'interno un tubo più piccolo in alluminio, questo è stato sigillato colando all'interno del tubo dell'alluminio fuso in modo da creare un condotto che il gas può percorrere ma il liquido viene riversato nella trappola vera e propria.
Tutti i collegamenti sono stati isolati con abbondante nastro in PTFE e sigillati con silicone resistente agli UV per assicurare una migliore tenuta del vuoto. La maggior parte della trappola è sita dietro al tavolo mentre è visibile il barometro, che indica la pressione all'uscita della trappola, e una valvola  a sfera che permette di mantenere il vuoto nell'apparato di interesse.

SISTEMA DI RICICLO E REFRIGERAZIONE DELL'ACQUA
Non volendo utilizzare acqua corrente per raffreddare il condensatore in vetro, dato che sprecherebbe moltissima acqua, ho deciso di utilizzare una pompa a diaframma che pesca in un resevoir di acqua sito sotto al tavolo da laboratorio.
Questo resevoir è raffreddato per effetto peltier tramite un dissipatore per computer e la temperatura del bagno è monitorata da un termometro il cui display è sito nel pannello di controllo.


   
Come si può vedere la cella Peltier è posta tra due dissipatori, quello superiore permette di rimuovere il calore dalla piastra tramite un flusso d'aria garantito dalla ventola per pc soprastante mentre il secondo dissipatore rimuove calore dall'acqua del resevoir per fornirlo al lato freddo della cella peltier.
Sul pannello di controllo sono disponibili due modalità: con e senza raffreddamento del serbatoio d'acqua, selezionabili tramite apposita manopola.
Questa selezione è possibile tramite un semplice circuito disegnato da me che utilizza tre diodi per la logica del circuito e dei relay che permettono l'attivazione della pompa a diaframma e del sistema Peltier-ventola.


   


Il resevoir non è accessibile ma può essere semplicemente riempito e svuotato usando i due punti di accesso siti sulla superficie del tavolo.

SISTEMA DI ASSORBIMENTO GAS
Anche se il tavolo è situato all'aperto è sempre buona pratica ridurre il più possibile la quantità di gas emessi dalle reazioni. Questo compito viene svolto dal sistema di scrubbing.
E' una torre di lavaggio in plexyglass dotata di quattro diffusori per acquari che assicurano un intima miscelazione tra fasi liquida e gassosa, i gas arrivano tramite dei tubi dotati di valvole ad una via che permettono di evitare il principale problema dei sistemi di scrubbing: il ritorno del liquido assorbente nella camera di reazione.
Questo fenomeno può avvenire per due motivi: la pressione della soluzione della torre di lavaggio, dato che l'accesso allo scrubber è stato effettuato da sotto è un problema riscontrato; oppure a causa del backflow dovuto alle variazione di pressione nel recipiente di reazione, ad esempio a seguito di cicli di riscaldamento e raffreddamento che portano alla riduzione di pressione del gas all'interno oppure la formazione di gas particolarmente solubili con l'acqua causandone il risucchio nel recipiente di reazione.
Questi due problemi sono stati risolti con due valvole a una via: la prima impedisce il ritorno della soluzione mentre la seconda si apre quando il sistema ha pressione minore di quella atmosferica e permette di equalizzare la pressione aspirando aria dall'esterno.
   

Per quanto riguarda la torre di assorbimento essa appare come in figura prima di essere montata:
                               

Presenta anche un agitatore magnetico, ottenuto da un motore a corrente continua ricavato da un lettore di VHS, che permette di disciogliere con facilità composti assorbenti nella soluzione come vari idrossidi, carbonati e simili ma anche acidi nel caso in cui il gas prodotto presenti spiccata basicità.
Non ho parlato del sistema per dispensare acqua distillata, anche se l'interruttore è già presente nel pannello, perchè sono ancora indeciso se inserirlo o meno, oppure trovare un altro meccanismo da integrare.
Inoltre la versione del sistema di raffreddamento è obsoleta e sto lavorando ad un sistema che garantisca un contatto migliore tra liquido refrigerante e cella peltier, in futuro lo aggiornerò!
Questo è quanto, spero vi sia piaciuto questo progetto così lungo, colgo l'occasione per dare una rinfrescatina al logo che ormai mi ha accompagnato per troppo tempo.
Un saluto Carl
Ci sono soltanto due possibili conclusioni: Se il risultato conferma le ipotesi, allora hai appena fatto una misura. Se il risultato è contrario alle ipotesi, allora hai fatto una scoperta. (Enrico Fermi)
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[-] I seguenti utenti ringraziano Copper-65 per questo post:
Mercaptano, Roberto, AminewWar, luigi_67, Claudio, zodd01, EdoB, thenicktm
Semplicemente fantastico !
" Trasformare rifiuti in risorse "

https://www.youtube.com/user/zodd0001
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(2020-07-06, 17:32)zodd01 Ha scritto: Semplicemente fantastico !

Grazie zodd :-D
Ci sono soltanto due possibili conclusioni: Se il risultato conferma le ipotesi, allora hai appena fatto una misura. Se il risultato è contrario alle ipotesi, allora hai fatto una scoperta. (Enrico Fermi)
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