mercoledì 29 gennaio 2014

Quanto isola termicamente la lana di pecora?

La lana delle pecore non è più usata per i capi di abbigliamento, infatti sia le lane pregiate come il kashmir, sia le fibre sintetiche, hanno sostituito il pelo di questo animale. I pastori, almeno in Italia, sono costretti a tosare le pecore, ma la lana deve poi essere smaltita come rifiuto speciale. Qualche azienda ha incominciato a produrre pannelli di lana di pecora da usare all'interno di costruzioni edili, come isolanti termici. Infatti il potere isolante della lana naturale è confrontabile con quello di altri materiali sintetici normalmente usati, quali ad esempio la lana di vetro o di roccia.

Nella costruzione di pannelli solari termici, come quello che stiamo sperimentando a Milano, ARETHA , è importante avere un buon isolamento termico del pannello e di tutti i componenti aggiuntivi come il serbatoio e i tubi.  La lana di pecora potrebbe essere un materiale adattissimo a questo scopo, anche per la sua alta resistenza alla temperatura (fino a 250°) e scarsa igroscopicità.

Bene, la curiosità mi ha spinto a misurare le capacità isolanti della lana e confrontarle con quelle della lana di vetro. Così ho costruito uno strumento che mi ha permesso di farlo.  Nelle foto si può vedere come è fatto.


Due tubi di PVC, usati per impianti idraulici e facilmente reperibili presso un negozio di materiali edili, sono stati attrezzati con tre sensori di temperatura DS18B20. In mezzo ai due tubi viene messo il materiale isolante da provare.

Nel tubo più interno viene versata una quantità nota di acqua calda, quasi bollente. Si chiudono le estremità dei due tubi con tappi di polistirolo espanso e poi si iniziano a misurare le temperature dei sei sensori (tre per ogni tubo).  Il fatto di usare tre sensori per ogni tubo è necessario per controllare eventuali disomogeneità della temperatura lungo i tubi.
 La velocità di raffreddamento dell'acqua determina il potere isolante del materiale che avvolge il tubo interno.
In questo esperimento è importante assicurarsi che la temperatura esterna, nella stanza, non cambi sensibilmente.
Per registrare le temperature, ho usato un data-logger costruito con Arduino e lo Shield di Adafruit. Sulla scheda di memoria SD vengono registrate le 6 temperature ogni 10 s, assieme alla data e ora.
I dati, una volta estratti dalla SD e messi su foglio excel danno questo diagramma.  Con un po' di calcoli è possibile risalire al coefficiente di trasmissività termica (lambda) del materiale isolante usato, in modo da confrontarlo con quello che si trova in letteratura.
Per la lana di vetro ho trovato 0,036 W/m°K  e per quella di pecora, alla densità di 68,5 kg/m3, 0,035.
Sto ora provando ad usare lana meno densa, vale a dire meno compressa.







venerdì 13 dicembre 2013

L'elettronica di Arduino nelle scuole

Perché bisognerebbe insegnare l'elettronica in tutte le scuole e incoraggiare gli studenti a costruire oggetti interattivi con schede come Arduino?
Sono convinto che la cultura passiva e strutturata sarà sempre più rifiutata dai giovani. Questo perché l'approfondimento culturale sarà sempre più finalizzato alle necessità del momento, quindi limitato nel tempo e fruito attraverso la Rete che dispone di contenuti per tutte le esigenze. Questo scenario potrebbe essere la morte della Scuola, almeno per come la conosciamo adesso. Una via di uscita potrebbe essere l'educazione alla creatività, nel senso più esteso del termine. Voglio dire che la Scuola potrebbe stimolare gli studenti a creare non solo con la mente (la composizione letteraria) ma anche con le mani. L'elettronica facilitata con strumenti come Arduino (ma ne esistono altri simili) consente di estendere di molto il campo delle vecchie "applicazioni tecniche", materia che come sappiamo viene limitata solo ad alcune classi e lasciata alla buona volontà dell'insegnante.
A tutti i livelli, partendo dalla secondaria inferiore, è possibile introdurre i ragazzi all'elettronica di Arduino, in modo tale che l'obiettivo di costruire un oggetto interattivo sia il motore per approfondire gli argomenti via via più complessi.

domenica 17 novembre 2013

Un Convegno per cambiare Milano. Il volontariato al servizio della città


CISE2007 e GREEM a Convegno assieme ai rappresentanti delle istituzioni cittadine. Il 30 novembre 2013, presso l'Acquario civico di Milano, verrà presentato il progetto ARETHA, come opportunità di fare cose concrete che hanno a che fare con la scienza, i giovani, la solidarietà e il lavoro di gruppo che attraversa le generazioni.
Tutte le informazioni su www.meteoenergia.it/aretha/index_aretha.htm


lunedì 5 agosto 2013

I tre pezzi di base del GPS funzionano!!

Sono riuscito a far funzionare il modulo GPS assieme ad Arduino, alla bussola elettronica LSM303 e al display a colori della Sparkfun. Infatti prima di andare avanti con il progetto, volevo essere sicuro che tutti i collegamenti tra questi moduli non si disturbassero a vicenda. Invece sembra proprio che i vari pezzi di hardware funzionino. Come si vede dalla figura, il modulo GPS rileva le coordinate geografiche e le spedisce al display (assieme all'altezza e altri parametri legati ai satelliti). La bussola elettronica, che è compensata rispetto ad eventuali sue rotazioni, invia a sua volta al display  la direzione rispetto al N.


giovedì 25 luglio 2013

Esperimenti con il GPS fai da te

Tutti hanno sentito parlare almeno una volta del sistema GPS, quello cioè alla base dei navigatori che abbiamo in auto. Pochi sanno però come funziona e come è possibile costruirsi dispositivi che realizzino altre funzioni, meno commerciali e più orientate ai nostri hobby. Per questo motivo ho iniziato a fare alcuni esperimenti con lo shield GPS venduto da Adafruit Industries accoppiato con la board Arduino UNO. Il ricevitore GPS incorporato nello Shield ci permette di elaborare i dati grezzi prodotti dal sistema dei satelliti GPS. La libreria di programmi, fornita free da Adafruit, facilita il compito di interpretazione di questi dati. In poche parole la scheda è in grado di fornire ogni secondo i seguenti dati principali:
latitudine, longitudine, altezza s.l.m., data/ora, velocità, tutto relativo alla posizione della scheda stessa.  Inoltre la scheda è in grado di memorizzare su micro SD card tutti i dati, che possono poi essere letti ed elaborati con un normale foglio excel.
Il mio primo esperimento, dopo aver perso un po' di tempo con il software di esempio fornito dalla ditta, è stato quello di fare un giro con la mia auto intorno a casa, portandomi dietro il GPS alimentato da una batteria e con la sua antenna per esterni attaccata al tetto. I dati raccolti mi sono serviti per fare un file excel che ho poi convertito nel formato usato da Google Earth, il KML. Per questa conversione è utilissimo e facile da usare il sito:
earthpoint.us
Una volta ottenuto il file KML, se avete installato il client Google Earth sul vostro PC, non rimane che cliccarci sopra e ottenere questo:

Le prossime cose che cercherò di fare sono:

  • accoppiamento di una bussola elettronica compensata per l'inclinazione;
  • programma per il calcolo della distanza e direzione dalla posizione corrente ad una pre-impostata.

giovedì 13 giugno 2013

Misurare la temperatura al sole

Cosa vuol dire misurare la temperatura al sole??
Di solito quello che si vuole misurare è la temperatura dell'aria in un ambiente esposto al sole.
Qualsiasi termometro, elettrico a mercurio o altro, misura la temperatura di se stesso. I termometri sono fatti di materiale solido, che deve assumere la stessa temperatura dell'aria in cui è immerso. Al Sole, però, i corpi solidi, a seconda di come sono fatti, assorbono in minor o maggior misura l'energia radiante proveniente dal Sole, portandosi quindi ad una temperatura che può essere molto diversa da quella dell'aria circostante. Per questo motivo, un qualsiasi sensore di temperatura deve essere schermato dalla radiazione solare affinché si porti alla stessa temperatura dell'aria. Ma anche lo schermo è fatto di materiale solido che assorbe la radiazione solare e quindi può alterare la temperatura dell'aria circostante.
Il problema non è banale. I meteorologi hanno inventato la "capannina" e altre tipologie di schermi. Vedi a questo proposito il mio post http://paolometeo.blogspot.it/2013/02/capannina-meteo-economica.html.
In questo post voglio riportare i risultati di un esperimento realizzato con diversi tipi di schermo applicato a sensori elettronici di temperatura.  Il sensore usato è il noto DS18B20 visibile in figura.  Come si può notare il suo involucro, con cui esce dalla fabbrica è nero. Se esponiamo al Sole questo sensore, senza protezione nè schermo, la sua temperatura può raggiungere valori anche di dieci gradi più alti della temperatura dell'aria, con scarso vento. Il movimento dell'aria attorno al sensore è un fattore che influenza senz'altro la temperatura che esso misura, infatti l'aria in movimento è un buon conduttore di calore, al contrario di quella ferma, e quindi riduce la differenza tra le temperature del sensore e dell'aria.
Un certo miglioramento si ha ricoprendo il sensore con uno strato di silicone bianco, che ha il potere di riflettere la radiazione solare e isolare elettricamente i terminali del chip. Anche così il sensore assorbe una certa quantità di radiazione e inoltre la possibilità di sporcarsi può cambiare drasticamente il potere riflettente del silicone. Uno schermo che faccia ombra al sensore, permettendo al contempo all'aria di circolargli intorno, è quindi l'unica soluzione.
Per certe applicazioni è necessario fare misure di temperatura in spazi ristretti. Quindi anche lo schermo deve essere piccolo.  Una di queste applicazioni è il pannello solare ARETHA 
http://paolometeo.blogspot.it/2013/03/misura-e-controllo-di-un-pannello.html. In questo pannello si è reso necessario misurare la temperatura dell'aria all'interno, sotto la finestra di policarbonato, quindi  sotto i raggi solari.
Questi sono gli ultimi risultati di alcune prove che ho fatto mettendo al sole e all’ombra, tre tipi di schermatura diversi e confrontando le letture con una misura di un termometro ventilato al mercurio, con precisione 0.5 °C.
I tre sensori sono stati esposti al sole con:
S14        un tettuccio in alluminio;
S6          senza niente (sensore ricoperto da silicone
              bianco pulito);
S13        capannina meteo;
Hg          termometro a mercurio ventilato.
All’inizio tutti i sensori sono stati tenuti all’ombra e hanno presentato scarti entro 0,2 °C  tra loro e entro 0.3 con il termometro a mercurio

S14  = 29.7;  S6 = 29.6; S13 = 29.8; Hg = 29.5 


Esposti circa 15 minuti al sole delle ore 15:35, hanno dato i seguenti risultati:
S14 = 31.3; S6 =  32.4; S13= 31.4; Hg = 30.0





Nelle foto qui accanto si vede lo schermo a tettuccio composto da un pezzo di profilato a L sorretto da una bacchetta di legno. Il tutto dipinto di bianco.


In conclusione le temperature del tettuccio in alluminio e della capannina risultano  più vicine tra loro e a quella segnata dal termometro a mercurio, sebbene questa risulti più bassa di 1.4 gradi. La temperatura del sensore senza schermo risulta più alta di 2.4 gradi rispetto al termometro ventilato.  L'esperimento è stato fatto in condizioni di calma di vento.  Una maggiore ventilazione dei sensori potrebbe senz'altro attenuare queste differenze.







mercoledì 12 giugno 2013

PROVA RIUSCITA

Il tappo con finestrella in plexiglass, inserito in un tubo a incastro con guarnizione, ha resistito per 4 giorni immerso nell'acqua senza che entrasse una molecola!!