Come gestire correttamente lo stress termico sui vetri di laboratorio
Non c’è niente di peggio che passare ore a lavorare su un pezzo di vetro da laboratorio, solo per vederlo rompersi senza alcun motivo evidente. Di solito, ciò è dovuto a uno stress termico interno. Se la temperatura cambia anche di pochi gradi durante il processo di raffreddamento, in pratica si tratta di giocare alla roulette russa con il vetro.
Ecco perché utilizziamo una tolleranza di 0,1°C, grazie all’uso di elementi infrarossi ad alta precisione. In questo modo, il vetro può passare attraverso quel punto critico di raffreddamento senza che vengano create nuove zone di stress.
Perché 0,1°C è così importante
I vetri sono molto sensibili alle variazioni di temperatura. Se la temperatura è troppo elevata, il vetro si deforma; se invece è troppo bassa, lo stress rimane intrappolato nel vetro, in attesa del momento giusto per causare la sua rottura.
Per risolvere questo problema, utilizziamo emettitori infrarossi a breve lunghezza d’onda abbinati a controller PID ad alta velocità. In questo modo, la radiazione infrarossa colpisce direttamente la superficie del vetro, permettendo una trasferenza energetica diretta. È l’unico modo per effettuare gli ajustamenti necessari entro quella finestra di tolleranza di 0,1°C.
Gli elementi utilizzati e i compromessi da accettare
I nostri elementi sono realizzati con filamenti di tungsteno all’interno di involucri in quarzo ad alta purezza. Il quarzo è l’unico materiale adatto, poiché permette alla radiazione infrarossa di passare senza assorbire calore.
Tuttavia, non si può semplicemente aumentare l’intensità della radiazione. Esiste infatti un equilibrio da mantenere tra intensità della radiazione e lunghezza del tubo utilizzato. Un elemento corto e ad alta potenza può riscaldarsi rapidamente, ma può anche creare “punti caldi” che distruggono il vetro in pochi secondi. Pertanto, preferiamo utilizzare elementi più lunghi. Questo richiede un po’ di pianificazione in più, ma permette di distribuire uniformemente il calore su tutto il contenitore.
La realtà dell’installazione
Il problema principale è che i cablaggi devono essere puliti. Se nella rete elettrica dell’impianto ci sono delle fluttuazioni di tensione, queste influiscono negativamente sulla precisione dei controlli termici. È quindi necessario utilizzare uno stabilizzatore dedicato o un dispositivo SCR di alta qualità per mantenere una tensione costante. Inoltre, bisogna prestare attenzione ai fan di raffreddamento: se questi non funzionano correttamente, si creano punti freddi, indipendentemente dal costo degli elementi infrarossi utilizzati.