Sterilizzatore UV per mascherine anti-coronavirus

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di Giovanni Carrera

 

Premessa

La redazione di E&M nonché l’Autore precisano che il contenuto dell’articolo seguente ha il puro scopo divulgativo-informativo sulle modalità di realizzazione veloce di un semplice dispositivo per la disinfezione, mediante raggi UV, di mascherine e oggetti vari non più classificabili come “sterili” dopo il primo uso.

Non intende fornire informazioni di tipo sanitario (come quelle relative alle intensità d’irraggiamento o ai tempi di esposizione) che sono e restano retaggio della comunità scientifica competente, alla quale rimandiamo i lettori che volessero approfondire.  In tal senso, la redazione e l’autore declinano ogni responsabilità, delegando ai lettori e a quanti vorranno realizzare questo dispositivo, l’onere di acquisire le informazioni necessarie e sufficienti a un uso corretto e consapevole del dispositivo stesso.

 

La realizzazione di questo progetto è nata da un’idea che mi è venuta leggendo che i raggi ultravioletti sono in grado di alterare il dna dei virus e li rendono innocui. Lo stesso vale per altri microorganismi, come batteri e protozoi. Perché l’uso degli UV abbia una validità scientifica, occorre conoscere altre informazioni come l’intensità delle radiazioni UV e il tempo di esposizione necessario per eliminarli. Documentatevi in tal senso. In questi tempi di isolamento forzato, ho pensato di riutilizzare la lampada di un vecchio cancellatore di eprom (Erasable Programmable Read-Only Memory) che avevo in casa. Questi chip di memoria non volatile avevano una finestrella di quarzo fuso per cancellarle esponendole a una speciale lampada ultravioletta per qualche decina di minuti.

La lampada

Il tempo di esposizione raccomandato per le eprom era di 20-30 minuti con una lampada UV con lunghezza d’onda di 253.7 nm con una intensità di almeno 15W/cm2 e alla distanza di circa 2.5 cm. La lampada del mio cancellatore, mostrata in figura 1, potrebbe avere caratteristiche simili.

Figura 1

Essa è un tubo fluorescente trasparente, non avendo il rivestimento di fosfori interno, con una potenza di 6W. L’involucro della lampada è di quarzo fuso o di Vycor in quanto il vetro comune filtra i raggi UV-C. Il rendimento è intorno al 30-40%, il ché significa che la potenza effettiva irradiata è al massimo di 2,4W per cui è necessario usare un riflettore di alluminio da mettere sotto la lampada, come si vede nelle foto del prototipo. Anche un sottile foglio di alluminio, tipo quello usato in cucina, funge egregiamente da riflettore.

Come si vede dalla foto, la lampada ha la scritta “GERMICIDAL” G6T5 GL-6. Non è difficile trovarle sul mercato perché sono largamente usate per disinfezione di aria e acqua. Anche la Philips produce diverse lampade con lunghezza d’onda di 253,7 nm (UVC) della serie TUV TL. Il costo è inferiore a 10 €.

Attenzione, le lampade UV-C sono molto dannose per gli occhi e la pelle, quindi per il loro utilizzo vanno adottate tutte le precauzioni, come ho fatto nel mio progetto.

La lampada, come tutti i tubi fluorescenti, richiede un reattore adatto alla sua potenza e uno starter.

Le lampade abbronzanti (UV-A) non vanno bene o, comunque, non hanno la stessa efficacia. Lo stesso vale anche i tubi fluorescenti neri, rivestiti con speciali fosfori che filtrano la luce visibile (>400 nm), emettono radiazioni UV-A. Sono in commercio anche lampade germicide realizzate con matrici di led UVC, ma questi sono a più elevata lunghezza d’onda (265-290 nm). Da quello che ho potuto vedere nei datasheet, questi led hanno potenze non elevate e rendimenti bassi (massimo 10%), quindi ne occorrono diversi e sono anche abbastanza cari. Hanno il vantaggio che, come tutti i led, concentrano le radiazioni in un fascio ristretto, tipicamente 100-120° per cui non richiedono riflettore. Sono anche più compatti e più semplici come circuito elettrico.

La mia realizzazione

Ho realizzato il mio sistema con quello che avevo in casa. Ho smontato lampada, reattore, starter e timer dal vecchio cancellatore e li ho montati in un mobiletto di alluminio di dimensioni opportune, come si vede nelle immagini di Figure 2 e 3.

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Informazioni sull'autore

Sono nato a Genova nel 1947, ingegnere elettronico e professore universitario. Appassionato di elettronica sin da ragazzo. Ho praticamente assistito all’evoluzione dei computer a iniziare da quelli con memoria a nuclei magnetici da 32kB e con i disk pack da 80MB fino ai moderni PC con SSD. Dalla fine degli anni ’70 ho progettato moltissimi sistemi basati su cpu 6502, 8085, e infine sui PIC e Arduino. Nei primi tempi ho progettato e anche auto-costruito molti sistemi di sviluppo e di programmazione dei microcontrollori. Ho iniziato a sviluppare il firmware sui 6502 con compilatori Assembler, Forth e Basic per poi passare al Pascal per i PIC e al C con Arduino e derivati. Su PC utilizzo prevalentemente i linguaggi Matlab/ Octave (per elaborazione e analisi dati), Simulink (per la simulazione), ed Excel. Uso il CAD per la simulazione dei circuiti e per la realizzazione degli schemi. I prototipi li realizzo su schede millefori con sottili fili di connessione con isolamento resistente al calore come il Kynar o il PTFE. Negli anni mi sono fatto un laboratorio elettronico molto ben attrezzato che mi permette di eseguire misure accurate sui miei prototipi. Per la ricerca universitaria e per i corsi che tenevo, ho acquisito notevoli conoscenze su strumentazione di bordo e di laboratorio, sensori e attuatori, sistemi di acquisizione e automazione, analisi dati, simulazione di impianti, radiotecnica e GPS. Ho anche progettato moltissime apparecchiature analogiche e digitali per specifici impieghi nel campo della ricerca, come sistemi di monitoraggio strutturale e controllo di servo-attuatori idraulici. Ho anche messo a punto, a partire dal 2002, alcuni sistemi per rilevare i moti nave mediante una rete di ricevitori GPS carrier phase tracking, con accuratezza centimetrica. Dal 2015, ho incominciato a pubblicare, in lingua inglese per avere maggiore diffusione, sul mio blog “ArduPicLab” molte idee e progetti originali, in parte pubblicati anche sui siti americani Hackster.io e Hackaday.io. Da quell’anno ho pubblicato anche nove progetti su riviste italiane, sei su “Fare Elettronica” e tre su “Elettronica Open Source”.

18 commenti su "Sterilizzatore UV per mascherine anti-coronavirus"

  1. Hai fatto cosa giusta.
    Stiamo mettendo a punto le prove e i protocolli per verificare le caratteristiche che devono avere gli UV (la lunghezza d’onda di 253 nm è certa) per sconfiggere il maledetto.
    Purtroppo sembra che la radianza o il tempo di applicazione sia molto alto.
    Franco Missoli

    • Io non complicherei le cose, non so di quanto possano penetrare i raggi nella mascherina ma penso che una lunghezza d’onda così piccola abbia un’alta penetrazione, inoltre ci sono le riflessioni delle pareti della scatola di alluminio, che è un ottimo riflettore. La lampada scalda (non ho praticato fori di areazione) e il calore dovrebbe favorire il processo, a quanto dicono. Due lampade mi sembrano eccessive, al limite si può girare la mascherina.

  2. Ho trovato il tuo articolo molto interessante. Ma non tutti hanno in casa un cancellato re di Eprom inutilizzato. Sarebbe interessante sviluppare un progetto partendo dai diodi led uvc per contenere i costi. Ovvio si trovano soluzioni già fatte dai 30 ai 40 euro in su… Ma credo che così facendo si possano contenere di molto i costi. Non tutti si possono permettere, in questo momento di cassa integrazione fantasma, di spendere…. Comunque bel lavoro

    • Da quanto ho potuto recentemente approfondire, bastano tempi molto più brevi, dell’ordine del minuto, dipende dalla potenza della lampada. Come avrete letto nell’articolo, ho usato la lampada di un cancellatore di eprom perché quella avevo in casa e mi sembrava giusto riutilizzarla. Si possono usare anche i led, ma solo quelli UVC che, come si legge nel mio articolo, hanno una lunghezza d’onda più alta e anche una potenza inferiore. Prima di acquistarli controllate le loro caratteristiche sul datasheet. Gli sterilizzatori a led solitamente usano matrici di led per aumentare la potenza irradiata. Importante è la schermatura perché le radiazioni sono ionizzanti.

  3. Salve prof. Carrera e a voi tutti. Sono arrivato cercando una possibile soluzione pratica al problema del riutilizzo dei respiratori sanitari. Quelli oggi più conosciuti con le loro sigle di filtrazione FPP2 e FPP3.
    La sanificazione mediante uso di UV è risultata molto valida nei confronti dei coronavirus già ai tempi della epidemia SARS che colpì HK, Singapore, la Cina costiera e Taiwan.
    Il CDC americano ha già approvato alcune metodiche implementate in alcuni ospedali universitari basate sulle radiazioni ionizzanti UV.
    I primi studi pubblicati, che posso allegare, hanno evidenziato sia i tempi di esposizione risultati utili e dati utili per mantenere efficiente il risultato con wattaggi e distanze diverse dagli oggetti da sanificare.

    Per ora il solo acquisto praticabile per le persone sono gli sterilizzatori per estetiste e barbieri (e neppure quelli pro) la cui efficienza è discutibile.

    Sarebbe un bel contributo realizzare un piccolo kit efficace per le famiglie, visto che dovremo convivere a lungo con l’uso di protezioni e le “mascherine” attualmente proposte in realtà non sono adeguate.
    Per quello che posso sono a vostra disposizione

    • Salve Dott. Gabbrielli,
      ho scritto e divulgato, anche in lingua inglese, l’articolo dello sterilizzatore in modo che, oltre ai makers, anche qualche imprenditore fosse interessato alla realizzazione di questo semplice apparecchio. Immagino che poi debba essere approvato dagli Enti per avere la certificazione ed essere venduto. Qui entra in gioco anche la nostra burocrazia e allora passeranno mesi e forse anni.
      Recentemente si trovano lampade UVC anche su eBay a poco prezzo. La cosa che ho notato è che non sono schermate, quindi occorre metterle in un contenitore metallico o schermato dagli UV-C per evitare che le radiazioni ionizzanti arrivino sugli occhi o sulla pelle della gente. Con opportune precauzioni possono sterilizzare anche piccoli ambienti. Le lampade dei barbieri non so che lunghezze d’onda adoperano, ho visto solo che usano tempi di esposizione relativamente lunghi (25-35′).
      Ora usano anche i led UVC ma sono abbastanza costosi e hanno basse potenze e hanno lunghezze d’onda superiori.
      Se ha documentazioni, mi farebbe piacere vederle per arricchire le mie conoscenze.
      Cordiali saluti,
      Giovanni Carrrera

    • Buongiorno Sig. De Nido. La lampada utilizzata nel dispositivo in questione è certamente di tipo germicida, proprio per lo stesso scopo al quale è stata preposta in un sistema di depurazione acqua. Tuttavia, a dedurre dal prezzo, si tratta di una proposta assolutamente sconveniente (in senso commerciale, non tecnico) a un prezzo direi esagerato per l’oggetto. Se sempre su Amazon, cerca “germicidal lamp”, troverà molte proposte a prezzi assai più competitivi. Le rammento che, qualunque sia la soluzione che sceglierà, la cosa indispensabile è racchiudere lampada e maschera in un contenitore opaco durante la sanificazione, poiché le radiazioni UV-C sono altamente dannose per occhi ed epidermide.

  4. Egregio Sig. De Nido, la prima lampada che ha trovato costa cara perché è di maggiore potenza e ha un contenitore in acciaio inox per sterilizzare l’acqua. La seconda è adatta per acquari e non mi sembra valida. Nel mio articolo suggerisco un paio di marche (Philips e Osram) che sono facilmente reperibili a costi intorno a 10 €.

  5. Buonasera , io ho a disposizione una lampada TVU 15W SLV/25, non sono in grado di stabilire le dimensioni del contenitore in cui inserire la lampada e sopratutto non ho idea del tempo di esposizione delle mascherine ai raggi , essendo alle prime armi non riesco a decifrare i dati forniti sulla scheda tecnica ,potrebbe gentilmente aiutarmi?

  6. Buongiorno, ho esaminato il datasheet della lampada. Come lunghezza d’onda, anche se non direttamente indicata, dovrebbe andare bene (vedendo lo spettro di emissione. La lampada è di notevoli dimensioni (L=46 cm) e ha una potenza di radiazione UVC di ben 4,9W. Sembrerebbe più adatta per sanificare ambienti.
    Da recenti pubblicazioni ho visto che la densità energetica per eliminare il 99% dei virus è di circa 16260 [µWs/cm2]. La densità di potenza, considerando la sorgente cilindrica, è:
    p = P/(2*pi*d*L)
    dove P= potenza irradiata (4,9W, nel suo caso), pi=pigreco, d=distanza dalla lampada, L = lunghezza lampada
    Il tempo minimo di esposizione si ottiene dividendo la densità energetica per la densità di potenza.
    Naturalmente i calcoli che ho fatto partono da modelli ideali e sono approssimativi. Per la mia lampada (1,5W) a 10 cm bastano circa 15 secondi di esposizione, io ne imposto 60 per sicurezza.
    Nel suo caso le dimensioni del contenitore sono notevoli (per esempio: 30x30x50 cm interni). Potrebbe farlo di compensato ricoperto internamente da fogli di alluminio tipo quelli usati in cucina. La lampada la fisserei in alto.

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