gestire frigo elettromedicale portatile

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Ciao a tutti sono nuovissimo su Arduino e sull'elettronica in generale, ho 26 anni ma mi sono sempre cimentato solo su circuiti pilotati da relè e sensori elettromeccanici quindi di elettronica so solo come funziona un diodo e una resistenza nulla di più.

Purtroppo ho dovuto costruirmi un piccolo frigorifero portatile per trasportare dei farmaci personali che si deteriorano col calore, la costruzione del frigo è andata a buon fine ottima anche la resa, il problema ora è di gestirne il funzionamento.

Mi spiego, la parte "viva" del frigo è costituita da 2 ventole, 2 dissipatori e una cella di pleltier da 45 watt, tutto in tensione compresa tra gli 11 e i 14 volt (a seconda della sorgente usata) Dovrei in pratica gestire la temperatura interna in un range compreso tra gli 8 e i 10 gradi facendo partire ed arrestare ventole e cella di pletier in modo automatico, documentandomi ho notato che alcune persone hanno usato il famoso Arduino UNO, perciò mi sono iscritto dopo aver visto molti video su youtube del modulo nominato pocanzi. Purtroppo in inglese sono a livelli da scuole elementari quindi non ce la faccio a capire da solo. Qualche buon'anima mi potrebbe dire se la cosa è fattibile e con che componenti? da quello che ho capito avri bisogno di un relè per pilotare la cella di peltier e le ventole a 12 volt dato che Arduino lavora a 5 VDC ma per azionare il relè sono necessari 12 vdc quindi come si fa? se non erro si usa un transistor ma non capisco come funzioni.

Grazie della pazienza, un salutone a tutti dalla provincia di Cuneo!

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Benvenuto !!!
Certo, è fattibilissimo !
in linea di massima ti serve solo un arduino (o stand alone che è più piccolo), un mosfet tipo IRL 540 ed una resistenza o un mosfet driver (due transistor ed una resistenza) ed un mosfet tipo IRF540.Anzichè i mosfet puoi usare i relè, ma.. consumano di più e sono ingombranti, nulla vieta però se ti trovi meglio con quelli di usarli, in fondo basta un transistorino, un diodo ed una resistenza per pilotarlo:)
Poi ti serve un sensore di temperatura LM35/335 o DS18B01. Poi si tratta di fare un semplice algoritmo di accensione spegnimento al raggiungimento della temperatura oppure puoi far le cose ancora meglio mettendoci un controllore PID ed un controllo della cella via PWM

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Sì, il PID ti serve altrimenti rischi di sforare la temperatura sia verso l'alto che verso il basso perché non puoi accendere/spengere la cella al valore massimo/minimo della temperatura, anche se minimo la cella avrà una sua inerzia termica.

Sui MOSFET consiglierei quelli logic level almeno li pilota direttamente dal pin dell'Arduino.

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Una precisazione sulle celle di Peltier ... anzi, un paio :wink:

E' meglio non usarle mai in modalita' acceso/spento ad intervalli lunghi, come se fossero dei motori da frigo, se si vuole il massimo possibile dell'efficenza (per via delle loro caratteristiche termiche, non perche' si danneggino) ... mi spiego meglio ...

Le ho usate parecchie volte per farci un bel po di applicazioni (incluso un frigorifero per le bibite che ne usa 4 da 50W :P), e sempre il problema maggiore e' stato il "reverse" termico, chiamiamolo cosi, al momento della disconnessione ... la cella di Peltier NON e' un "raffreddatore", come erroneamente molti credono, ma semplicemente una "pompa di calore attiva", ed inoltre non ha un gran che di isolamento termico quando e' spenta ... per cui, se io ne alimento una connessa ad esempio a due blocchi di metallo, uno diventa freddo e l'altro diventa MOLTO piu caldo (perche' il lato "caldo" deve dissipare sia il calore sottratto e pompato via dal lato "freddo", sia quello generato nell'operazione, che non e' indifferente) ... quando poi la spengo, buona parte del calore del lato "caldo" ritorna abbastanza velocemente sul lato "freddo" e mi riscalda di nuovo parzialmente la parte che ho appena raffreddato, attraverso le giunzioni ... ovviamente, non hanno la stessa conducibilita' termica del metallo o della ceramica, ma sono molte e massicce, ed inoltre i piani di ceramica sono piuttosto vicini, quindi il ritorno c'e' eccome :wink:

Ho scoperto, dopo un po di prove, che il sistema migliore per utilizzarle in apparecchi di termostatazione, e' quello di pilotarle in PWM per la parte di potenza (nel senso, alla massima tensione applicabile, pilotate proporzionalmente in PWM dal circuito termostatico, la regolazione ha la massima efficenza), e contemporaneamente, tramite un diodo ed una resistenza di potenza, o meglio ancora un secondo alimentatore, fornirgli una minima tensione "di mantenimento" in modo che le giunzioni non smettano mai di funzionare, e quindi non ritrasmettano indietro il calore appena pompato via (basta una tensione appena al di sopra della soglia minima di funzionamento, giusto il necessario per il minimo di corrente richiesto per evitare l'arresto) ... anche le ventoline sui dissipatori del lato "caldo" sarebbe meglio che non si fermassero mai del tutto ... non importa se vanno da lumaca, ma un minimo flusso d'aria ci vorrebbe sempre.

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Per precisare:
Un frigorifero per medicinali (o reattivi) non sottosta a normative mediacali o a DM per sangue da trasfusione. Non ci sono rogne dal lato normative o Direttive europee riguardo il medicale. Devi rispettare solo le normali normative/direttive di apparecchi domestici.

@ Etemenanki
visto che non credo che ci sia disponibile una seconda tensione di alimentazione e non ha senso mettere un alimentatore lineare la tensione di standby di mantenimento si puó generare tramite PWM dai 12-14V. Se si usa un regolatore PID comunque se tarato bene dovrebbe stabilizzarsi su un valore di potenza di raffreddamento che si contropone alle perdite di freddo date dal isolamento non perfetto. Percui Gli elementi peltier non dovrebbero mai essere spenti del tutto.

@Goretto
Usa celle Peltier sigillate. (é messo del silicone tra i 2 lati bianchi per isolare gli elementi intermedi dall'umiditá) queste hanno una vita piú lunga.

Ciao Uwe

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E perché non usare un raffreddatore a liquido (tipo quelli usati nei PC per raffreddare la CPU) sempre alimentato?

L'efficienza aumenterebbe notevolmente ed il volano termico del liquido risolverebbe almeno in parte il problema del drift termico.

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cyberhs:
E perché non usare un raffreddatore a liquido ...

Perchè a quanto pare il frigo, le celle e le ventole le ha già. XD

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Ed anche perche' il raffreddatore a liquido e' solo un trasferitore di calore, non una pompa di calore :wink: ... puoi spostarlo, non forzarlo.

In pratica, se usi un "raffreddatore" a liquido (o meglio, un "dissipatore" a liquido, non un'evaporatore o un sistema a compressione/espansione), il massimo livello di freddo che puoi raggiungere e' la temperatura ambiente, perche' non puo fare altro che spostare il calore da un punto piu caldo ad uno piu freddo, ma solo nell'ambito di temperature gia esistenti ... la cella di Peltier, invece, pur consumando parecchia energia, e' in grado di "pompare" (o forzare, se preferisci), il calore da un lato all'altro anche se il lato verso cui lo pompi e' piu caldo dell'ambiente circostante ... ovviamente, per farlo e' necessario utilizzare energia, che viene dissipata assieme al calore spostato, quindi se ad esempio sposti 20 gradi dal lato "freddo" a quello "caldo", la temperatura del lato caldo non sale di 20 gradi, ma di 20 piu quelli dell'energia che la cella dissipa in calore di suo ... per questo il lato caldo lo devi dissipare il piu possibile, altrimenti raggiungi presto il limite termico della cella (la massima "differenza" di temperatura producibile fra i due lati, che e' di circa 70 gradi a pieno regime) e la cella smette di raffreddare e comincia a surriscaldare finche' si danneggia.

uwe: si, se il PWM e' di almeno 100Hz o piu, la seconda tensione di alimentazione non e' necessaria, perche' l'inerzia termica delle giunzioni e' abbastanza alta ... solo se usi un termostato o un PWM di una decina di Hz o meno, o un PID che non ha un'uscita PWM, serve una seconda alimentazione ... oppure nei sistemi che hanno un differenziale termico molto alto (quelli con 3 o 4 celle in sequenza) ... inoltre hai ragione, mi ero dimenticato di dire delle celle isolate con silicone, sono le migliori per questi usi :slight_smile:

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Cè da dire poi che se è portatile, per lo meno io ho capito che lo è, sarebbe meglio non appesantirlo anzi alleggerirlo o renderlo meno ingombrante se possibile :slight_smile:

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Penso che cyberhs intenda raffreddare con un liquido la parte calda della Peltier. Cioe' far passare un liquido tra le lamelle della parte calda e raffreddarlo in un radiatore ad aria distante dalle giunzioni fredde. Ovviamente questo appesantirebbe il tutto, ma sarebbe piu' efficiente.

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cyberhs:
E perché non usare un raffreddatore a liquido (tipo quelli usati nei PC per raffreddare la CPU) sempre alimentato?

L'efficienza aumenterebbe notevolmente ed il volano termico del liquido risolverebbe almeno in parte il problema del drift termico.

Perché quelli non rafreddano a 4 gradi ma mantengono la temperatura della CPU bassa ma sempre superiore alla temperatura ambientale. Se vuoi fare un circuito raffreddamento a liquido devi raffreddare un liquido ( miscela acqua e antigelo) sotto 0 gradi per raffreddare l' interno del frigo a 8-10 gradi.

cyberhs:
L'efficienza aumenterebbe notevolmente ed il volano termico del liquido risolverebbe almeno in parte il problema del drift termico.

Perché aumenterebbe l'efficenza? L' efficenza si misura nella potenza usata per mantenere l' interno del frigo freddo. Se hai una cella peltier o compressore per rafreddare devi per primo raffreddare il liquido a temperature piú basse e poi devi usare una pompa per far crcolare il liquido. le ventole Ti servono comunque e visto che il circuito freddo é molto piú grande hai anche piú perdite di freddo.

Ciao Uwe

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paolometeo2:
Penso che cyberhs intenda raffreddare con un liquido la parte calda della Peltier. Cioe' far passare un liquido tra le lamelle della parte calda e raffreddarlo in un radiatore ad aria distante dalle giunzioni fredde. Ovviamente questo appesantirebbe il tutto, ma sarebbe piu' efficiente.

Non capisco ancora come si dovrebbe aumentare l' efficenza.
Ok, la superfice neccessaria per portare via il caldo dalla superfice calda del Peltier é minore ma Ti serve comunque una superfice della stessa dimensione per raffreddare il liquido di raffreddamento (in pratice un po piú grande per il calore aggiunto dalla pompa per muovere il liquido). Secondo me il rendimento é minore perché l' efficenza di rafreddamento di un scambiatore di calore (peltier-aluminio-aria forzata) funziona meglio se la differenza di temperatura é piú alta. Se metti in mezzo un altro scambio aumenti ulteriomente la resistenza termica e avrai una temperatura della cella peltier piú alta (peltier - rame - liquido - rame - alumino - aria forzata) e abbassi l'efficenza (vale se il scambiatore aluminio aria é lo stesso).

A paritá di superfice e aria ventilata l'efficenza é maggiore meno passi il calore deve fare (resistenza termica) e minore é il percorso che il calore deve spostarsi. In questo caso un liqido mosso da una pompa ha una distanza molto limitata anche se fisicamente il dissipatore fosse a distanza di parecchi dm.
Inlotre ogni passo comporta un aumento del peso.

Ciao Uwe

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O... SANTO... CIELO... :astonished:
Non so se essere più felice o spaventato dalla mole di risposte che mi avete lasciato!
Ero convinto che prima di domani o dopodomani non avrei ricevuto più di una risposta invece 11 in una serata!

Ringraziandovi tutti creo doveroso darvi delle precisazioni.

Dunque il frigorifero deve essere assolutamente portatile inoltre l'ho già costruito e testato non posso rifarlo rispecchia già le caratteristiche da me progettate necessita solo del controllo ora.

Giusto per... ecco il link dove potete vedere il suo sviluppo e il primo test: https://www.facebook.com/media/set/?set=a.10201610699417726.1073741827.1485656324&type=1&l=1d43957fdb

vedo che avete ipotizzato leggi per il trasporto farmaci, allora a questo punto trovo doveroso accennarvi cosa ci trasporterò all'interno. Il frigo è mio personale non è un frigo da vedere è un frigo low cost perchè l'unico progettato per le fialette di insulina costa uno sproposito ed è solo in USA. Conterrà delle fialette di sierocollirio un collirio sperimentale in italia ottenuto con cellule staminali prelevate direttamente dal sottoscritto. sarebbe noioso ed inutile approfondire oltre.

Ho seguito bene o male tutti i vostri 11 interventi non rispondo personalmente onde evitare di fare torti a qualcuno, dio me ne scampi!

Evinco che con Arduino UNO è molto fattibile termocontrollare il mio frigo con un componente che funge da sonda a 3 piedini del quale mi sfugge un secondo il nome (dovrei rileggere la pagina precedente) mentre per azionare la peltier e ventole un transistor.
Non mi "sparate" ma ad essere sincero essendo solo un banale elettricista non ho capito però i vostri discorsi. potreste essere più esplicativi come se lo doveste spiegare ad un bambino? :blush:
Come funziona il transistor? come un microrelè? inoltre mi avete detto che si può controllare la peltier in PWM, ma come se arduino non ha una linea di potenza gestita? cioè ce l'ha ma in 5 volt a pochi milliampere, la cella assorbe circa 45 watt in 12 volt...

Sono confusissimo, molto più di prima :blush:

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Goretto:
O... SANTO... CIELO... :astonished:
Non so se essere più felice o spaventato dalla mole di risposte che mi avete lasciato!

Quello é la sfiga di chi fa qua delle domande :wink: :wink: :wink:

Il PWM é una tensione rettangolare a frequenza fissa dove si cambia il tempo di on rispetto il tempo di off. Cosí si puó in modo digitale (accendendo e spegnendo il carico) variare la potenza dato al carico.
Con un uscita PWM del Arduino piloti un N-MOSFET di potenza che Ti accende il Peltier. Con un sensore di temperatura leggi la temperatura e a secondo la differenza tra temperatura letta e temperatura impostata dai piú o meno potenza (tempo di accensione) al peltier. Ci sono regolatori PID ( proporzionale - integratore differenziatore) che con i parametri opportuni fanno una regolazione molto precisa senza sovraocillare. Di particolari deve spiegarti qualcun altro.

Vedo che usi un alimentatore PC; non va bene perché ha bisogno di un carico minimo per funzionare. Usa un alimentatore switching a 12V esterno (quelli inscatolati in plastica nera). Quelli non hanno bisogno di un carico minimo.
Userei per fuori un dissipatore meno alto perché é troppo ingombrante e dentro metterei un o piú grande. Convoglierei anche l' aria soffiata dal ventilatore in modo che fa un giro nell'intero vano freddo del frigorifero.

Ciao Uwe

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Scusa ma non posso aprire il tuo link (su tutti i miei PC gli "asocial networks" tipo faccialibro e simili sono bannati a livello di host :P) ... non avresti un'immagine diretta o su un servizio di image hosting ? (tipo tinypic o simili ?)

Per il controllo PWM, dammi il tempo di reinstallare tutti i programmi sul PC di lavoro (ha avuto uno scontro con un temporale, ed ha perso :P), e poi ti faccio uno schema per il finale che puoi pilotare con arduino.

Se il sistema e' portatile, cosa usi come batterie ? ... le celle di Peltier assorbono parecchio ...

uwe: il PWM dell'arduino che usa si puo impostare sui 100Hz, o valori simili ? ... per un'applicazione cosi limitata, non dovrebbe essere sufficente un nano o simili ? (o sbaglio ?)

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Etemenanki:
per un'applicazione cosi limitata, non dovrebbe essere sufficente un nano o simili ? (o sbaglio ?)

La nano costa molto.
Questa potrebbe essere più indicata --> http://www.ebay.it/itm/1-Stk-Low-Cost-Applikationsboard-P012-45-ATmega328-AU-X-ohne-Quarzkrystall-/281099380247?pt=Wissenschaftliche_Geräte&hash=item4172d42617.
Credo vada aggiunto il quarzo. (http://www.ebay.it/itm/1-Stk-16MHz-50ppm-18pF-Quarz-QCL16-0000F18B35B-im-HC-49-U-S-Gehause-/281098612831?pt=Bauteile&hash=item4172c8705f)
Giusto Uwe?

Oppure c'è questa con l'Atmega88 (http://www.ebay.it/itm/1-Stk-Applikationsboard-P012-45-ATMega88-20AU-20MHz-mit-dem-20MHz-Quarz-/281101830591?pt=Wissenschaftliche_Geräte&hash=item4172f989bf) con quarzo da 20Mhz. Per gestire solo il PID, forse, 8K potrebbero essere sufficienti. Ma bisogna lavorarci di fino.

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"Owe" mi hai chiarito un mondo! non sapevo come funzionasse il PWM ora si... quindi detto terra-terra sarebbe una corrente continua ad impulsi! ma non si guasta la cella? voglio dire a farla lavorare ad impulsi a una frequenza X non si deteriora invece di lavorare linearmente?

Come mai un n-mosfet invece di un transistor? oltretutto dici un n-mosfet di potenza quindi che regge il carico direttamente della cella di peltier, ma esistono n-mosfet in grado di reggere 4 ampere?

Il regolatore PID, dove lo dovrei mettere al posto o in concomitanza dell n-mosfet?

Scusate se dico strafalcionate ma per me è tutto nuovo come se stessi imparando il Cinese giusto per fare un paragone lampante.

L'alimentatore usato nei test è appunto un vecchio ATX da PC da 300 watt teorici totali ma a è totalmente starato sotto carico il voltaggio scendeva come dimostrano le foto a 10.6 Volt, ma è solo un alimentatore di test.
Tale alimentatore però non capisco cosa intendi con il fatto che necessita di un minimo assorbimento per funzionare, mi basta dare una massa al polo di accensione per farlo appunto accendere.

Nell'utilizzo di "tutti i giorni" utilizzerò O una batteria da motocicletta, O direttamente l'impianto elettrico della mia vecchia auto (presa DC 12 volt che poi eroga dai 11,5 ai 14 volt non essendo stabilizzata) quando ovviamente sono i trasferta mentre quando sono in casa mia (dei miei per la cronaca) uso il frigorifero grande della cucina quindi il microfrigorifero resterà riposto.

La cella di peltier usata per la precisione è una TEC1-12703 le quali caratteristiche tecniche sono disponibili al seguente link:
Peltierův článek Hebei TEC1-12703 | SvětSoučástek.cz ed è stata scelta dal sottoscritto perchè l'assorbimento/prestazioni/costo rispecchiavano le mie richieste. Almeno a mio avviso da ignorante.

Le foto vedrò di caricarle stasera su un account di PhotoBucket!

PS

Questa mattina non ho resistito, ho visto un Arduino UNO d'occasione a 12 euro e l'ho comprato! attendo che mi arrivi per corrispondenza.
Sono già gasato! so già che sbarellerò con il linguaggio C perchè non l'ho MAI usato. :~

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Goretto:
Il regolatore PID, dove lo dovrei mettere al posto o in concomitanza dell n-mosfet?

Il regolatore PID è un algoritmo software. :grin: Non hardware.
Quindi li devi usare insieme.

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Etemenanki:

uwe: il PWM dell'arduino che usa si puo impostare sui 100Hz, o valori simili ?

Si può impostare qualunque valore ma conviene farlo sui pin PWM agganciati ai timer 1 e 2. Se alteri il timer 0 poi alteri delay e millis, e non è bene sull'Arduino andare a toccare quella parte di codice.
Il timer 1 lavora sui pin 9 e 10, il timer 2 sui pin 11 e 3.

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Goretto:
Come mai un n-mosfet invece di un transistor? oltretutto dici un n-mosfet di potenza quindi che regge il carico direttamente della cella di peltier, ma esistono n-mosfet in grado di reggere 4 ampere?

I mosfet che ti ho consigliato ieri seggono più di 15 Ampere se usati adeguatamente :slight_smile:
Hanno una resistenza bassissima se pilotati bene e praticamente anche se attraversati da queste correnti non scaldano..
Per quanto riguarda la batteria, se posso darti un consiglio,non ti conviene usarne una di sigillata anzichè una all'acido che è abbastanza pericolosa ?
Le batterie PB-gel sarebbero indicate per quest'applicazione e pesano leggermene meno..
Sarebbe interessante metterci quelle al litio ma oltre al costo decisamente più elevato sono più difficili da gestire, però magari in futuro quando conoscerai meglio arduino si potrebbe pensare qualcosa :slight_smile: