Il segreto per dei recipienti in vetro che non si frantumano
Avete mai avuto un recipiente in vetro da laboratorio che si è improvvisamente rotto? Nessun impatto evidente, nessuno l’ha fatto cadere… eppure il vetro si è comunque rotto, con una crepa proprio al centro.
Di solito ciò accade a causa di tensioni accumulate nel vetro stesso. Se si raffredda un recipiente in borosilicato troppo velocemente o in modo disomogeneo, il vetro trattiene quella tensione. Poi, basta un piccolo graffio o un cambiamento brusco di temperatura affinché tutto si rompa. Per evitare questo problema, utilizziamo sistemi di riscaldamento a infrarossi, ma bisogna essere estremamente precisi.
Perché diamo tanta importanza alla precisione di 0,1°C
Il processo di indurimento del vetro avviene in un range di temperature molto ristretto. Per la maggior parte dei recipienti in vetro da laboratorio, anche una piccolissima variazione di temperatura può trasformare un utensile affidabile in una “bomba a orologeria”.
Per questo cerchiamo di raggiungere una precisione di 0,1°C: i gradienti termici infatti influiscono notevolmente sulla struttura molecolare del vetro. Se un lato di un recipiente è soltanto 2°C più caldo dell’altro, il vetro si contrae in modo disomogeneo, creando delle tensioni interne.
Ecco perché abbiniamo emettitori a infrarossi ad alta sensibilità a controller PID altrettanto precisi. In questo modo possiamo mantenere costante la temperatura di riscaldamento, permettendo così alla struttura molecolare del vetro di rilassarsi completamente.
Infrarossi contro forni tradizionali
I forni tradizionali si basano sul movimento dell’aria calda. Il problema è che l’aria è un pessimo conduttore di calore. Gli emettitori a infrarossi, invece, utilizzano la radiazione per riscaldare direttamente la superficie del vetro. In questo modo si ottiene un riscaldamento più rapido e si ha un maggiore controllo sulla curva di raffreddamento.
In realtà utilizziamo una combinazione di entrambi i metodi: le onde a breve lunghezza servono per riscaldare rapidamente il vetro, mentre quelle a media lunghezza permettono di controllare meglio la fase di raffreddamento. In questo modo possiamo concentrare il calore esattamente dove il vetro è più spesso, invece di fare affidamento sull’aria per riscaldarlo.
Il problema: calore e componenti hardware
Il problema è che i sistemi a infrarossi ad alta precisione richiedono molta potenza per funzionare correttamente. Otteniamo quindi alta precisione, ma allo stesso tempo si genera molto calore residuo intorno all’apparecchiatura. Se la ventilazione del casco in cui è installato l’apparecchio non è sufficiente, gli elementi electronici inizieranno a surriscaldarsi. Una volta che ciò accade, la precisione di 0,1°C scompare.
Bisogna quindi bilanciare la potenza degli emettitori con un sistema di raffreddamento efficace. Se non si mantiene stabile il ciclo di controllo, tutto il sistema fallisce.