Come costruire un agitatore magnetico fai-da-te

Gli agitatori magnetici vengono spesso utilizzati nei laboratori per realizzare soluzioni tampone, dialisi proteica e altri esperimenti di biologia o di chimica che richiedono un’agitazione costante per lunghi periodi di tempo. Questo tipo di agitatore viene spesso utilizzato perché limita il rischio di contaminazione delle sostanze chimiche e dei liquidi testati. Previene anche la sedimentazione e consente l’agitazione a mani libere per esperimenti che richiedono una miscela omogenea. Gli agitatori magnetici professionali possono essere costosi e, se intendi usarne uno a casa, puoi crearne uno tuo.

Gli agitatori vengono utilizzati nei laboratori di chimica e biologia per miscelare contenitori pieni di liquidi. Gli agitatori magnetici sono spesso preferiti rispetto ai tipi meccanici perché sono più sterili, più facili da pulire e senza parti mobili esterne. Gli agitatori magnetici ruotano rapidamente un magnete sotto il becher di vetro contenente i liquidi che devono essere miscelati. Il campo magnetico viaggia senza sforzo attraverso il vetro e agisce su un piccolo cilindro magnetico chiamato barra di agitazione.

Come costruire una versione di base dell’agitatore

Gli agitatori magnetici utilizzano un campo magnetico applicato per consentire l’agitazione a mani libere. Questo campo magnetico ruota e provoca la rotazione della barra di agitazione magnetica nel liquido. Ad esempio, il campo magnetico rotante può essere creato con i due magneti al neodimio e una ventola. Questo esperimento comporta una minima conoscenza elettrica e utilizza magneti al neodimio, quindi dovrebbe essere condotto solo da adulti con le necessarie misure di sicurezza.

Uno dei tanti agitatori magnetici acquistabili online, ad es. qui.

Esistono varie versioni di agitatori magnetici fai-da-te, ma qui c’è un modo per costruire un agitatore economico. Avrai bisogno, in pratica, dei seguenti materiali:

  • Ventilatore per laptop
  • Un modo per alimentare la ventola (ad es. un alimentatore, batterie)
  • Magneti al neodimio a disco
  • Superficie piana per coprire il ventilatore
  • Scatola di plastica o non ferrosa
  • Magnete a barra (con rivestimento speciale per prevenire la corrosione)
  • Una barra di plastica modellabile con magneti all’interno (in alternativa)

Incolla due dischi magnetici al neodimio sul mozzo della ventola, assicurandoti che siano distanziati uniformemente sui lati opposti. Per alimentare la ventola, necessiti di una fonte di alimentazione. Esistono vari modi per farlo. Uno dei modi più comuni è quello di prendere i fili rosso e nero dalla ventola del computer e collegarli a una batteria. Ma puoi anche collegarli a un trasformatorino con uscita variabile (tipicamente fra 1,5 e 12 V), che andrà regolato sulla tensione di alimentazione della ventola.

Alcuni consigli. Prepara e pulisci la ventola per l’uso. La ventola potrebbe avere due fili (rosso per positivo e nero per negativo) oppure tre fili (in tal caso, il filo bianco non è necessario). Incolla i magneti sui lati opposti della testa del ventilatore. Nota che i magneti nel motore della ventola potrebbero spingerli un po’ in giro, quindi disponili di conseguenza. Organizza i magneti in modo da avere polarità opposte rivolte verso l’alto. Può darsi che dovrai fissare i magneti con una morsa finché la colla non fa presa.

Dove collocare sulla ventola da computer i magneti al neodimio (acquistabili ad es. qui).

Posiziona la ventola del computer e la fonte di alimentazione in una scatola non magnetica di forma quadrata un po’ più grande della ventola. La sua altezza dovrebbe arrivare sopra i magneti al neodimio. Circa 1 cm è abbastanza ampio da lasciare spazio per una superficie piana. Metti un coperchio piatto non ferroso sulla parte superiore della scatola, nascondendo la ventola all’interno. Se la scatola non ha coperchio, puoi crearne uno incollando o avvitando sopra plastica o plexiglass.

I magneti aumenteranno il profilo della ventola, quindi avrai bisogno di distanziatori prima di mettere una superficie piana in cima. I distanziatori possono essere qualsiasi cosa, inizialmente potete usare delle monete. Potete usare anche alcuni pezzi di plexiglass, incollandoli ai bordi della ventola. In entrambi i casi, assicuratevi che i distanziali siano più alti del profilo della ventola con i magneti incollati. Se il tutto andrà all’interno di un contenitore, non dovete preoccuparvi dell’aspetto estetico.

Puoi tagliare un piccolo quadrato di plexiglass e porlo sui distanziali che hai messo agli angoli del ventilatore come piattaforma per qualsiasi contenitore in cui avrai bisogno di mescolare. Assicurati che i tuoi magneti siano abbastanza forti da accoppiare la ventola alla barra di agitazione alla velocità nominale. Se la velocità è troppo elevata, l’agitatore non girerà correttamente. All’inizio potete provare con una batteria da 9 V, se i magneti non si “accoppiano” potete provare con 3 batterie AAA.

La barretta agitatrice con i magneti immersi nel materiale plastico.

La barra agitatrice e la regolazione della velocità

L’agitatore è costituito da due magneti incorporati nella plastica modellabile. Metti semplicemente la plastica in un contenitore di acqua calda fino a quando non diventa trasparente. Posiziona due magneti (polarità opposte di fronte) sulla plastica e circondali con la plastica modellabile fino a quando i magneti non sono coperti. Quindi arrotonda i bordi e modella fino a quando la barra è approssimativamente cilindrica con i magneti del disco incorporato ancora all’interno.

Metti subito alla prova il tuo agitatore magnetico inserendo la tua barra di agitazione magnetica (il magnete con barra rivestita) in un becher e versando dell’acqua. Puoi anche creare il tuo agitatore rivestendo i magneti in plastica stampabile. Quando si accende la ventola, i magneti che si trovano sulle pale della ventola fanno ruotare l’agitatore magnetico e agitare l’acqua con una velocità costante. L’agitatore rotante mescola il contenuto ed è l’unica parte del miscelatore che tocca i liquidi.

Questa è solo una versione di base di un agitatore magnetico e può essere perfetto per gli appassionati di scienze o gli studenti di chimica o biologia che hanno un budget limitato. Puoi personalizzare questo agitatore fai-da-te in una versione adatta alle tue esigenze. Tipicamente, i miglioramenti più utili sono l’aggiunta di un interruttore, di un led per indicare che l’apparecchio è acceso e di un regolatore di tensione, che permetterà di regolare opportunamente la velocità dell’agitatore.

Uno dei tanti agitatori magnetici fai-da-te realizzati da scienziati dilettanti.

A differenza di molti agitatori fai-da-te, alcuni sono più curati per quanto riguarda l’estetica. Le linee bianche pulite di certi agitatori casalinghi permettono loro di far apparire la casa come un laboratorio professionale. La manopola graduata su un contenitore di plastica che funge da base ha un bell’aspetto ed è anche funzionale, poiché il potenziometro a cui è collegata consente molteplici velocità di miscelazione. Sorprendentemente, una batteria è tutto ciò che serve per alimentare l’agitatore.

Questo è un agitatore magnetico, non un frullatore. La tensione più bassa comporterà una velocità della ventola più lenta e la barra di agitazione sarà in grado di tenere meglio la velocità della ventola. Per regolare la velocità della ventola senza dover costruire un circuito elettronico ad  hoc, potete collocare un regolatore PWM (come quelli che trovate ad es. qui) fra la fonte di alimentazione e la ventola stessa. Il regolatore PWM parzializza la potenza agendo di fatto da controller di velocità del motore.

La ventola per computer potrebbe avere circa 3.000 rotazioni al minuto. Questa velocità renderebbe inutilizzabile il dispositivo finito, facendo volare sia il mescolatore che le soluzioni attraverso il laboratorio. Se usate un semplice potenziometro per il controllo della velocità, l’agitatore non ruota a nessuna velocità. Un’opzione è allora quella di usare una scheda Arduino per inviare un segnale PWM al circuito di alimentazione del motore; un’altra migliore è usare il regolatore PWM stand-alone.

Un ottimo regolatore PWM già pronto all’uso acquistabile online, ad es. qui

Inserendo il parzializzatore PWM (fornito di potenziometro e relativa manopola) all’interno di un contenitore di plastica acquistato a parte (vedi ad es. qui per alcuni esempi), sarà possibile realizzare un agitatore magnetico molto elegante e funzionale con una spesa davvero modesta. Il tuo laboratorio di chimica e di biologia si arricchirà dunque di uno strumento utile. L’alternativa è l’acquisto di un agitatore magnetico professionale, come quelli che puoi trovare ad es. qui.

Un agitatore magnetico con riscaldatore

Per agitazione delicata in applicazioni di biologia e microbiologia l’apparecchio appena descritto, senza funzione di riscaldamento, è in genere sufficiente. Ma in chimica potrebbe invece essere utile la funzione di riscaldamento delle sostanze da mescolare in modo omogeneo in aggiunta a quella tradizionale dell’agitatore. In alcuni apparecchi professionali, il riscaldamento può raggiungere una temperatura massima piuttosto elevata (oltre 250 °C), ma in genere basta anche assai più bassa.

Un sistema di agitazione magnetica professionale, quindi, spesso include un sistema di riscaldamento accoppiato per riscaldare il liquido. Un agitatore magnetico con piastra riscaldante consente di miscelare e riscaldare le soluzioni con facilità. Questi sono comunemente usati nelle aule di chimica e costano fino a 160 euro. Ma ti mostrerò come costruirne uno per meno di 40 euro, semplicemente aggiungendo all’agitatore fin qui descritto, come elemento riscaldante, una cella di Peltier.

Una cella di Peltier, che ha un lato caldo e uno freddo, è un’ottima piastra riscaldante.

Aggiungere la piastra riscaldante che viene scaldata da uno dei lati della cella di Peltier è molto semplice! Basta aggiungere un interruttore e un LED extra all’alimentatore. Per montare il riscaldatore / radiatore, identificare il lato riscaldamento e posizionarlo a faccia in su a contatto con la piastra, che in questo caso dovrà evidentemente essere di metallo anziché plastica. Fissate il dispositivo con un punto di colla a caldo. Assicuratevi che sia centrato sopra il motore montato nell’ultimo passaggio.

La cella di Peltier – che potete acquistare per pochi euro online (ad esempio qui) – sarà in grado di scaldare la piastra fino a circa 70 °C. Se necessitate di regolare la temperatura a un valore preciso, potete ispirarvi al circuito descritto nel nostro articolo sull’incubatrice, che trovate qui. In questo modo, se la temperatura supera il valore impostato, automaticamente il circuito interviene impedendo che salga ulteriormente. Il risultato sarà un agitatore magnetico fai-da-te ma di livello decisamente professionale.

Lo schema del circuito con la cella di Peltier e un led rosso che ne segnala l’accensione.

Chiaramente, avere un circuito elettronico per la regolazione automatica della temperatura renderà la nostra apparecchiatura molto più performante e ci darà maggior sicurezza che la temperatura non si discosterà nel corso del tempo da quella desiderata, soprattutto in caso di nostra assenza. Nel ns. articolo citato forniamo alcune  informazioni come punto di partenza per i vostri progetti di un sistema di regolazione automatico della temperatura, realizzabile con una spesa assai modesta.