Parole chiave

Soluzioni elettroniche antizanzara, Racchetta elettronica, Insetticida, Elevatore di tensione, Anti-zanzara, DC-DC converter.

Contenuti

• 1. Soluzioni elettroniche antizanzara
• 2. Zanzariera elettrica
• 3. La racchetta elettrificata
• 4. Modello
• 5.1. Ricavo del VE-2006
• 5.2. Analisi del progetto
• 5.3. Realizzazione VE-2006
• 6.1. Ricavo del GE-2007
• 6.2. Realizzazione GE-2007
• 7. Conclusioni

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1. Soluzioni elettroniche antizanzara

Tra i prodotti più comuni che fanno uso di dispositivi elettrici si possono citare:

1. Le zanzariere elettriche basate sul principio della griglia ad alta tensione e di un attrattore a luce violetta [L1];
2. Le zanzariere elettroniche basate sul principio della disidratazione con convezione forzata (ventola), di uno o più attrattori (luce violetta, anidride carbonica e altro) e del risucchio a breve distanza con stessa convezione forzata;
3. Diffusori di sostanze chimiche (a base di piretro);
4. Emettitori di ultrasuoni;
5. Aspirapolvere;
6. Racchette elettrificate.

Di seguito vengono brevemente descritti i punti precedenti.

1.
Si avvale di due griglie con elevata differenza di potenziale, tipicamente oltre 1kV. Probabilmente è il dispositivo elettronico più diffuso nei locali pubblici.

2.
La versione più semplice si compone di una ventola e di una lampada attinica che ha lunghezza d'onda tra i 315 e i 400 nm con un picco di potenza tipico sui 352 nm. La versione più completa si avvale di un catalizzatore al platino per convertire il gas Propan-Butano in calore, aria umida e anidride carbonica (CO₂) che fa da attrattore, un sistema di ventilazione forzata, una luce blu di attrazione, la bombola contenente il gas Propan-Butano e il relativo regolatore di pressione, un sistema elettronico a microprocessore con pannello di controllo per la programmazione delle funzioni operative. Può essere prevista anche un'ulteriore sostanza di attrazione da mescolarsi con l'anidride carbonica prodotta.

3.
I diffusori sono dei fornelletti che portano una sostanza raccolta in forma liquida ad evaporare e quindi a diffondersi nell'ambiente. La sostanza chimica tipicamente contiene piretro come principio attivo.

4.
Dalle testimonianze raccolte e dall'esperienza diretta con l'uso di un cicalino piezoelettrico, sembra che gli ultrasuoni non diminuiscano l'attività di molte zanzare. Il generatore ad ultrasuoni, infatti, dovrebbe riprodurre il richiamo sessuale del maschio causando una possibile repulsione da parte delle zanzare femmine già fecondate, ma anche di una possibile attrazione delle altre. Tuttavia, le zanzare urgentemente alla ricerca della puntura sono quelle già fecondate. L'efficacia degli attuali dispositivi ad ultrasuoni è attualmente molto dibattuta.

5.
Un sistema molto efficace fa uso di un comune aspirapolvere, in grado di intrappolare le zanzare in stato di quiete appoggiate ad un supporto. L'operazione, però, richiede una certa abilità ed esperienza.

6.
La racchetta elettrificata è il dispositivo elettronico maneggevole più efficace contro le zanzare. Si avvale di due griglie con elevata differenza di potenziale, tipicamente oltre 1kV utilizzando delle comuni batterie, anche ricaricabili. Non sono richieste particolari abilità in quanto è sufficiente portare l'insetto a contatto con la griglia cioè con la testa della racchetta. L'azione è molto diversa da quella di un tennista poiché non richiede un effetto meccanico da urto tra insetto e griglie, ma solo un semplice contatto.

2. La zanzariera elettrica

La zanzariera elettrica non è una soluzione innovativa ed alcuni studi hanno mostrato l'inefficienza verso l'eliminazione delle zanzare femmina. L'eliminazione non mirata, infatti, danneggia anche gli insetti innocui o addirittura che comportano benefici [L2]. In accordo ad un articolo di Timothy Frick e Douglas Tallamy dell'Università di Delaware pubblicato nell'Entomological News [107(2): 77-82] solo 31 insetti su 13,789 intrappolati e contati (0,22%) in un contesto di periferia urbana nell'arco di un'intera estate erano insetti nocivi. Tra questi 31 insetti si intendono zanzare femmina e altri insetti che pungono.

La parte più consistente è rappresentata da insetti innocui che rientrano nel ciclo alimentare acquatico come cibo per i pesci. Un'altra parte consistente è rappresentata da insetti predatori di insetti. L'indicazione degli studi entomologici portano a considerare la zanzariera elettrica come uno strumento prevalentemente dannoso da evitare.

Lo strumento si compone di un elevatore di tensione collegato alla rete elettrica come schematicamente descritto in [L3].

3. La racchetta elettrificata

L'utilizzo della racchetta elettrificata aggiunge l'azione volontaria umana e quindi un potenziale filtro contro l'eliminazione di insetti innocui. Inoltre, non si tratta di uno strumento di eliminazione di massa assumendo un profilo di basso impatto ambientale. Rimane comunque la possibilità dannosa, seppur minima, di rilascio di batteri e virus durante il processo di folgorazione dell'insetto come descritto nell'articolo di James E. Urban e Alberto Broce [L4].

4. Modello

Il circuito elettronico di una racchetta elettrificata deve conformarsi alla manegevolezza e quindi deve utilizzare delle sorgenti elettriche leggere come le batterie tipo AA, o altre ma comunque in corrente continua. Per innalzare la tensione oltre il kV è usuale ricorrere ad un inverter e ad un leggero trasformatore in elevazione ad alta frequenza. Tuttavia, anche utilizzando un alto rapporto di elevazione (1:50) e una batteria da 9V il risultato finale non risulterebbe soddisfacente ovvero sarebbe inferiore al kV. Serve quindi un'ulteriore elevazione ottenibile sia con un altro sistema a trasformatore che al comune moltiplicatore di tensione Cockcroft-Walton. Uno schema che illustra la struttura è riportata in figura 1.


La scelta di non utilizzare un ulteriore trasformatore ma piuttosto un moltiplicatore di tensione è confermata dal brevetto [L5] nonché dalle realizzazioni acquistabili nei negozi.

5.1 Ricavo del VE-2006

Sono state prese due racchette elettrificate acquistate in due tempi diversi in luoghi diversi (VE-2006, GE-2007) della stessa marca (marchio italiano) di cui una, da nuova non funzionante (GE 2007). Il modello di figura 1 è stato perfettamente rispettato. Lo schema dettagliato del modello VE-2006 è riportato in figura 2.


Il transistor è un BJT NPN SS8050 TO-92, introvabile nei comuni canali di vendita europei se non per grosse partite. Ha una dissipazione di potenza sul collettore che arriva a 2W a 25°C e una corrente massima di 1.5A. Per una prova è stato sostituito anche con un comune 2N2222A senza evidenti differenze di funzionamento.

Le resistenze sono da 1/4 di watt in strato di carbone. L'uscita del moltiplicatore di tensione è composta da quattro resistenze in serie da 22MOhm. I resistori non hanno una collocazione sulla scheda per cui sono stati assemblati anche in aria intrecciando e saldando i terminali.

Il trasformatore è in ferrite (figura 3) a due mezzi nuclei W.19 H.17 D.4,5 e supporto bobine con 3 avvolgimenti e 6 terminali indipendenti. Il primo avvolgimento sul primario, utilizzato in reazione di base, presenta una resistenza di circa 1.1 Ohm. Alla frequenza di 17kHz l'innalzamento di tensione sul secondario, in fase, si aggira di un fattore 74. E' presente anche un altro piccolo avvolgimento di resistenza trascurabile. Alla frequenza di 17 kHz sul piccolo ma potente avvolgimento rappresentato nel primario in figura 2 e utilizzato dalla scheda in controfase, si ritrova una tensione quasi dimezzata.


I diodi utilizzati sono del tipo comune 1N4007 curiosamente disposti in serie. I diodi vengono utilizzati nel moltiplicatore di tensione insieme a condensatori che hanno una tensione nominale massima di 630V. Tuttavia, la tensione massima di picco inversa del diodo nel caso di utilizzo a semionda a 60Hz, è di 1200V. Dunque, il progettista si è premurato, senza rifare la scheda poiché non prevede l'inserimento di due diodi, di raddoppiare la tenuta della tensione inversa sui diodi ma non ha ritenuto preoccupante la tensione limite dei condensatori poliestere. Interessante anche l'adozione di due valori diversi di capacità nel moltiplicatore ovvero di 22nF e di 33nF.

L'indicatore luminoso è un mormale LED rosso di 3 mm di diametro la cui accensione non è progettualmente correlata all'effettiva presenza di tensione in uscita, peccato.

5.2 Analisi del progetto

Inverter

L'inverter, grossolanamente ad onda quadra, viene realizzato utilizzando un oscillatore Meissner con reazione riportata sulla base. La configurazione circuitale non è, tuttavia, banale in quanto viene cercata la massima frequenza sfruttando le capacità parassite. Questa scelta progettuale molto ottimizzata nel risparmio dei componenti mette potenzialmente a rischio il successo della produzione industriale poiché non vengono definiti in modo controllabile i parametri di funzionamento del circuito. La forma d'onda visibile sulla base del transistor è riportata in figura 4.


La frequenza di oscillazione si attesta sui 14kHz che pur non essendo quella di massima resa è comunque nel contesto di un buon funzionamento.

Elevamento in tensione

Il secondario del trasformatore a 14kHz ha una tensione elevata di un fattore 56 rispetto a quanto presente nell'avvolgimento di reazione di base. Ciò significa che ai 9.12V picco-picco rilevati sulla bobina di reazione, alimentando con due batterie ricaricabili da 1,2V, corrispondono circa 510 volt picco-picco sul secondario e dopo il moltiplicatore di tensione quadruplicante saranno approssimativamente 1020V nell'ipotesi di trascurare la caduta di tensione sui diodi. Questo conferma la bontà di impiego del condensatore che ha un limite di tensione di 630V ovvero superiore ai 510V picco-picco attesi. Nel caso di due batterie da 1,5V però si arriva sui 637V teorici e quindi al limite nominale di tenuta del condensatore.

La tensione di uscita nominale è perciò approssimativamente attorno ai 1,2 kV alimentando con due batterie da 1.5V. La corrente di scarica dipenderà ovviamente dalla resistenza attraverso cui avviene e quindi non è determinabile dal momento che non esiste un “insetto standard”.

La costante di tempo di carica dipende principalmente dalla resistenza della sorgente, dal condensatore risultante del moltiplicatore più le non linearità degli altri componenti. Risulta più agevole determinarlo in modo approssimato con una misura diretta tramite oscilloscopio digitale registrando il transiente, come riportato in figura 5. Viene inserita una sonda dell'oscilloscopio sul nodo della base del transistor. Finché c'è assorbimento di corrente a favore del caricamento dei condensatori del moltiplicatore di tensione, l'ampiezza delle oscillazioni risulteranno ridotte. Si nota dalla figura 5 che le oscillazioni arrivano alla loro estensione massima dopo i 700 ms, approssimativamente, quindi attorno ai 900÷1000ms per cui la costante di tempo dovrebbe essere di circa 600ms.

5.3 Realizzazione VE-2006

Il montaggio, come evidenziato nella figura 6 (VE-2006) risulta approssimativo e probabilmente per niente automatizzato: lo si intuisce da certe lavorazioni disomogenee come la piegatura, l'attorcigliamento dei terminali, la diversa altezza e l'inclinazione di montaggio dei componenti. Si evidenzia, inoltre, l'impiego di un isolante poco adatto alla saldatura come visibile in originale nella parte destra della figura 6. Si notano, infatti, i cavi di collegamento alla griglia di alta tensione della testa della racchetta di cui uno, quello isolato, danneggiato evidentemente dal calore in fase di produzione durante la saldatura.

6.1 Ricavo del GE-2007

Il modello di figura 1 è stato perfettamente rispettato. GE-2007 è un'elettronica non funzionante. Lo schema dettagliato del modello GE-2007 è riportato in figura 7. Utilizza la stessa scheda elettronica di VE-2006 ma con componenti differenti. La prima differenza che si nota è relativa alla resistenza di base che è di 1kOhm a bassa tolleranza. Il trasformatore sembra elevare un pò meno 1:57. I condensatori riportano gli stessi valori di capacità ma non il valore di tensione massima che si presuppone sia sempre di 630V dato che sembrano identici ai precedenti secondo l'aspetto visivo. I diodi sono cambiati, in GE-2007 sono presenti i più prestigiosi R2000F “high voltage fast recovery” che reggono i 2000V di picco al posto della serie di 1N4007.


Il controllo dei singoli componenti ha messo in luce la perforazione del condensatore da 22nF sul front-end quasi sicuramente dovuta alla sovratensione rispetto ai massimi 630V di esercizio.

6.2 Realizzazione GE-2007

Il montaggio, come evidenziato nella figura 8 (GE-2007 non funzionante da nuovo) che rappresenta la stessa scheda su due foto differenti, risulta approssimativo e probabilmente per niente automatizzato come nel caso VE-2006.


Nella confezione la racchetta elettrificata viene dichiarata conforme alle norme CE. E' presente, ma solo sulla confezione, la dicitura “made in P.R.C.” che è modo esageratamente criptico per dire Popular Republic of China, cioè Cina. Il distributore figura come un gruppo in provincia di Bologna. Da un documento pubblicitario sul sito del marchio viene dichiarata una “tensione di scarica 20 Kv” (probabilmente intendendo 20kV) e una “Corrente di scarica 1,5 mA”. Benché il prodotto, quando funzionante, sia efficace e il progetto riveli una sufficiente competenza tecnica del progettista non altrettanto si può dire del processo produttivo (foto riportata in figura 6 e 8), della chiarezza nella distribuzione “made in P.R.C.”, della serietà sull'informazione tecnica “tensione di scarica 20 Kv”. Dall'analisi effettuata il valore più attendibile della tensione di uscita è semmai di 1.2kV.

7. Conclusioni

PRO
La racchetta elettrificata rappresenta senz'altro un ottimo esempio di progetto industriale che trova un meritato notevole successo di vendite nella fascia consumer grazie anche al suo basso prezzo. Questo prodotto si è rivelato di grande utilità ed efficacia e risulta essere potenzialmente a basso impatto ambientale in quanto permette di colpire solo gli insetti nocivi e di essere utilizzabile indeterminatamente.

CONTRO
Il prezzo di acquisto probabilmente non motiva la scarsa qualità di realizzazione dell'elettronica interna che si basa, comunque, su un valido progetto. Non si trovano, purtroppo, i margini di cautela sui limiti di tensione dei componenti interni nè di un serio isolamento dei terminali in alta tensione che sono tipici di un prodotto degno del marchio CE.

Links
[L1] http://en.wikipedia.org/wiki/Bug_zapper
[L2] http://www.ipm.iastate.edu/ipm/hortnews/1996/6-14-1996/bugzapper.html
[L3] http://home.howstuffworks.com/bug-zapper.htm
[L4] http://www.oznet.ksu.edu/dp_entm/extension/Efficacy%20Trials/zapabs99.html.html
[L5] http://www.patentstorm.us/patents/5886886/description.html