"Retrofit" per centralina solare
Produrre acqua calda con il sole è facilissimo, basta aspettare la giornata giusta, mettere sul balcone una bella tinozza piena d'acqua ed ecco che prima di cena possiamo fare un bagno tiepido grazie all'energia del sole. Se non siamo così hippy e vogliamo proprio la doccia, per di più quando ci fa comodo, ecco che occorre un minimo di tecnologia. Tipicamente, un impianto solare termico si compone di uno o più pannelli captatori esposti al sole nei quali attraverso piccoli tubicini scorre un liquido che, attraverso una serpentina immersa in un serbatoio di accumulo, riscalda l'acqua dell'impianto sanitario. Tranne che negli impianti più piccoli, la circolazione del liquido nei pannelli è forzata da una pompa. Una centralina elettronica, tramite sonde di temperatura, avvia la pompa solo quando serve, ovvero quando la temperatura dei pannelli solari è superiore a quella dell'acqua contenuta nel serbatoio di accumulo. Per chi, come me, possiede un impianto ormai datato, la centralina si riduce a un comparatore collegato a due sonde che chiude il relè di comando della pompa. Niente di male, l'insieme funziona piuttosto bene nonostante (proprio per) la sua semplicità. Certo, tecnologie più recenti hanno introdotto tubi a vuoto, vetri prismatici, pompe a magneti permanenti comandate ad impulsi ed altri accorgimenti che, almeno in teoria, consentono di sfruttare al meglio l'energia del sole.
Come è possibile intervenire per aggiornare un impianto datato? Esclusi i parametri non modificabili quali numero dei pannelli e loro rendimento, dimensioni e caratteristiche del serbatoio di accumulo, tipo e portata della pompa... appunto, la portata della pompa. A occhio, stimata la potenza captabile dai pannelli, ho ritenuto che la portata della pompa fosse eccessiva, o che in ogni caso poteva essere interessante giocare un po' con questo parametro. I circolatori come il mio montano motori asincroni a rotore bagnato; variare la velocità di rotazione e con essa la curva di funzionamento è complicato in quanto non specificamente progettati per questo scopo (specie per la parte magnetica). E finalmente arriviamo al punto: sperimentare cosa succede azionando la pompa con un comando on-off a intervalli di tempo predefiniti. L'idea a grandi linee è questa: posto che la pompa è in grado di muovere il volume di liquido contenuto nei pannelli in circa un minuto, la spengo, quindi lascio soffriggere per 5-6 minuti, poi accendo per un minuto, e via così. La temperatura del liquido in ingresso al serbatoio dovrebbe essere maggiore mentre l'energia immessa sostanzialmente la stessa, il che potrebbe comportare una stratificazione più spinta nell'accumulo. Traduzione: nella parte alta del serbatoio (quella da cui attingo l'acqua) potrei avere una temperatura superiore, mentre complessivamente la temperatura media rimarrebbe uguale. In ultima analisi poco importa cosa succede realmente e se ci saranno risultati concreti, il fine ultimo è sperimentare.
La prima volta che ho sentito questa parola circolavano lire, franchi, marchi... Veniva utilizzata per indicare un bidoncino misterioso e piuttosto caro da applicare sul tubo di scappamento della 128 (per intenderci) come sostitutivo di catalizzatore, sonda lambda e centraline varie al fine di utilizzare la benzina senza piombo e inquinare meno. Geniale, indubbiamente. Efficace? mmmmm... Comunque, tornando all'impianto solare: ho pensato di inserire tra la centralina e la pompa un timer ciclico che svolgesse il lavoro descritto prima, senza nessun altro intervento al sistema di comando. In questo modo la modifica è reversibile in pochi minuti.
Le caratteristiche richieste sono ampia possibilità di selezione del rapporto tempi Ton/Toff, funzionamento ciclico, uscita a relè. Una veloce ricerca mi ha indirizzato verso uno schema ultra-popolare e dunque a prova di Wile E. Coyote: 555 + 4017.
I tempi Ton e Toff sono determinati sia dal clock fornito dal 555, variabile tramite V2, che dalla configurazione dei pin reset e clock enable del 4017. Allo scopo di consentire la massima flessibilità questi non sono connessi in una configurazione specifica, ma fanno capo a piazzole da collegare tramite ponticelli fino a individuare la soluzione più soddisfacente. Come dato di partenza ho ipotizzato Ton pari a un minuto e Toff di circa 6, ma l'intenzione è di provare differenti combinazioni e vedere cosa succede. L'alimentazione del circuito è derivata dalla linea della pompa e affidata a un trasformatorino da 15 volt 2-3 VA e regolatore 7812 rigorosamente recuperati. Il timer viene perciò alimentato solo nelle ore di soleggiamento.
Per una volta niente millefori ma un vero circuito stampato. Il layout è disegnato attorno al relè che avevo a disposizione, un solo contatto 8A/250V, bobina a 12V. A titolo di curiosità: le piste sono disegnate a mano usando un pennarello a base acqua a punta fine, marca Uxx-xxSCA per capirci. Funziona molto meglio del classico pennarello resistente al cloruro ferrico, provare per credere. La configurazione dei ponticelli si effettua in questo modo: ammesso di voler ottenere un minuto on, sei off occorre collegare la piazzola LD con l'uscita 1 del 4017, il RST all'uscita 8 e il pin EN a massa chiudendo il jumper predisposto allo scopo. In altre applicazioni, desiderando un funzionamento "one-shot", si collegherà RST a massa e EN all'uscita opportuna. Determinata la proporzione Ton-Toff sarà possibile variare i tempi tramite il trimmer V2 che agisce sul clock del contatore.
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Per i paranoici della "fault tolerance" suggerisco una soluzione: invertire la logica di funzionamento del relè, ad esempio con un comando tramite transistor PNP o inserendo un ulteriore stadio che inverte l'uscita del contatore, e utilizzare per la pompa il contatto normalmente chiuso. In questo modo il relè quando azionato spegne la pompa anzichè accenderla, col vantaggio che in caso di guasto del relè stesso o del circuito che alimenta il timer l'impianto funzionerebbe come ha sempre fatto fino ad oggi. Ricordo comunque che la legge di Murphy in questi casi fa in modo che il transistor vada in corto mantenendo eccitato il relè e dunque spenta la pompa, oppure che il relè si "incolli" in posizione di chiusura con il medesimo risultato. I vicini, allertati dal simpatico sbuffo di vapore sul tetto, vi avviseranno così dell'accaduto prima ancora della doccia fredda.
Potevo farmi mancare la simulazione 3D di questo progetto? Eagle3D + POV-Ray producono l' immagine di una possibile realizzazione industriale; giocandoci un po' ho cercato di scimmiottare una produzione casalinga, dunque piazzole generose, niente solder mask, niente serigrafia, vetronite verde salvia e piste in rame. Nella mente dell'hobbista il risultato a cui tendere è qualcosa del genere...
| Lato rame | Disposizione componenti |
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Mentre a realizzazione ultimata l'oggetto somiglia di piu' a questo:
| Lato rame | Disposizione componenti |
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Circuito montato e collaudato. L'unico componente nuovo -esclusa la basetta- è il 555, costo € 0,30. Più eco-sostenibile di così! Nel montaggio definitivo ho inserito un interruttore che esclude il timer per effettuare le comparazioni fra funzionamento continuo e on-off.
| Qualche giorno di test... | Pronto per il montaggio. |
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| praz2004 chiocciola libero punto it | ||
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