Conservare correttamente i filamenti per la stampa 3D sembra semplice finché le bobine sono poche.
Quando iniziano ad aumentare, tra sacchetti, contenitori, silica gel ed essiccatori singoli la gestione può diventare scomoda.
Da qui è nata l’idea di costruire un armadio dedicato: non semplicemente uno spazio in cui appoggiare le bobine, ma un sistema capace di controllare temperatura e umidità, gestire automaticamente la deumidificazione e segnalare eventuali anomalie.
Il progetto si è evoluto parecchio durante la costruzione.
Alcune soluzioni che sulla carta sembravano corrette sono state modificate dopo le prove reali, sia a livello hardware sia nel firmware.
Il risultato è un sistema basato su ESP32 con due sensori di temperatura e umidità all’interno dell’armadio, un sensore dedicato allo chassis elettronico, ventole, deumidificatore, display, LED di stato, buzzer e una dashboard web locale.
Un ESP32 è una piccola scheda programmabile, spesso utilizzata tramite l’ambiente Arduino IDE.
Può leggere sensori e comandare relè, ventole, LED e altri dispositivi, con in più Wi-Fi e Bluetooth integrati.
Il mobile che ho utilizzato misura 600 mm di larghezza, 1600 mm di altezza e 350 mm di profondità.
Sono le dimensioni della mia realizzazione, non misure obbligatorie per replicare il progetto.
L’obiettivo era avere abbastanza spazio per conservare diverse bobine mantenendo però un volume ancora gestibile dal sistema di deumidificazione.
All’interno ho previsto supporti per i filamenti, contenitori per la silica gel, circolazione forzata dell’aria e lo spazio necessario per il deumidificatore.
L’elettronica è invece raccolta in uno chassis separato posizionato nella parte superiore del mobile.
Uno degli aspetti su cui ho ragionato di più è stato il modo di misurare l’umidità.
Nell’armadio sono presenti due sensori SHT31, uno posizionato nella zona superiore e uno nella zona inferiore.
La scelta importante è che il firmware non utilizza la media dei due valori per decidere se intervenire.
Una media può infatti nascondere differenze importanti all’interno del mobile.
Se, per esempio, una zona fosse sensibilmente più umida dell’altra, un unico valore medio potrebbe far sembrare la situazione più uniforme di quanto sia realmente.
Per questo motivo i due sensori vengono valutati separatamente.
Nel mio firmware ho definito una soglia oltre la quale una lettura confermata di almeno uno dei sensori può richiedere l’avvio della deumidificazione e una soglia più bassa per lo spegnimento.
I valori precisi fanno parte della mia specifica realizzazione e sono riportati nella documentazione tecnica.
La media dell’umidità viene comunque calcolata per comodità di visualizzazione sul display e sulla dashboard, ma non interviene nelle decisioni dell’automazione.
Non volevo che una variazione momentanea dell’umidità potesse accendere o spegnere il deumidificatore.
Il firmware utilizza quindi una lettura confermata, composta da due campionature dello stesso sensore separate da un intervallo di tempo.
Le due letture devono essere concordi rispetto alla condizione che il sistema sta valutando.
Anche l’intervallo tra le due misure è una scelta del mio firmware, non una regola universale.
L’obiettivo è semplicemente evitare che un singolo valore anomalo provochi continui cambi di stato.
All’avvio il sistema utilizza una procedura più rapida: attende inizialmente che sensori ed elettronica si stabilizzino, effettua una prima campionatura e successivamente una seconda.
Solo a quel punto decide se entrare in mantenimento oppure avviare la deumidificazione.
Il cuore del sistema è naturalmente il deumidificatore, QUESTO è quello che ho scelto io.
Non volevo però limitarmi ad accenderlo e spegnerlo togliendo semplicemente corrente dall’esterno.
Nella mia realizzazione ho individuato all’interno del deumidificatore sia la sua alimentazione elettronica sia il contatto del pulsante originale di accensione.
L’ESP32 utilizza quindi due relè: uno permette di alimentare o disalimentare il deumidificatore, mentre il secondo simula la pressione del pulsante di accensione.
ATTENZIONE: modificare (in puro stile maker) un apparecchio elettronico oltre ad invalidarne la garanzia vi pone in una condizione di pericolo se non siete consci di ciò che fate.
Quando il sistema decide di avviare la deumidificazione esegue una sequenza precisa: porta il deumidificatore in uno stato noto, gestisce alimentazione e tempi di attesa e infine genera l’impulso necessario all’accensione.
A quel punto parte anche la ventola che fa circolare l’aria nell’armadio.
Questa soluzione non deve però essere considerata universale.
Ogni deumidificatore può avere un’elettronica differente e in alcuni modelli alimentazione e comando di accensione possono coincidere oppure richiedere un approccio completamente diverso.
La modifica che ho effettuato va quindi considerata esclusivamente come esempio della mia realizzazione.
In questo progetto deumidificatore e silica gel non svolgono esattamente lo stesso lavoro.
Il deumidificatore è l’elemento attivo che sottrae acqua all’aria e la trasforma in condensa.
La silica gel lavora invece per adsorbimento e può essere molto utile come complemento, soprattutto per assorbire piccole quantità di umidità residua, compensare infiltrazioni e contribuire a mantenere più stabile l’ambiente interno.
Non mi aspetto quindi che la silica gel sostituisca il deumidificatore.
In un volume di queste dimensioni e con diverse bobine all’interno la considero soprattutto un buffer, cioè un elemento che aiuta il sistema a mantenere le condizioni raggiunte.
Un deumidificatore Peltier utilizza una cella termoelettrica che crea una superficie fredda e una calda.
L’aria umida viene fatta passare sulla parte fredda e, se questa raggiunge una temperatura inferiore al punto di rugiada, parte del vapore acqueo condensa trasformandosi in acqua liquida.
È lo stesso principio per cui si forma acqua sulla superficie esterna di una bottiglia molto fredda.
Man mano che l’aria diventa più secca, però, anche il punto di rugiada scende.
La superficie fredda deve quindi raggiungere temperature sempre più basse per continuare a produrre condensa. Per questo un piccolo sistema Peltier può essere molto più efficace all’inizio e diventare progressivamente meno efficace quando l’ambiente è già relativamente asciutto.
Una possibilità sarebbe quella di aggiungere un riscaldatore interno.
Scaldando l’aria, però, l’umidità relativa può diminuire anche senza aver tolto acqua dall’ambiente.
Guardando solamente la percentuale sul display potremmo quindi avere l’impressione che il sistema stia asciugando molto meglio, quando in realtà abbiamo semplicemente aumentato la temperatura.
Il numero dell’umidità relativa scende, ma questo non significa automaticamente che sia stata rimossa una quantità equivalente di acqua.
Inoltre questo armadio nasce principalmente per conservare filamenti già in condizioni corrette, non per recuperare velocemente bobine che hanno assorbito molta umidità. Per quello continuo a considerare più indicato un vero essiccatore per filamenti, che lavora intenzionalmente a temperature adeguate al materiale e favorisce la fuoriuscita dell’umidità assorbita dal polimero.
Qui l’obiettivo è diverso: creare un ambiente stabile nel quale le bobine possano essere conservate riducendo la possibilità che assorbano nuovamente umidità.
Il deumidificatore rimuove acqua dall’aria, la silica gel contribuisce a gestire l’umidità residua, la ventola evita che si creino zone molto diverse all’interno del mobile e la chiusura dell’armadio limita lo scambio continuo con l’ambiente esterno.
I sensori permettono infine all’ESP32 di decidere quando intervenire.
È quindi il sistema nel suo insieme a rendere interessante il progetto, più che il tentativo di raggiungere a tutti i costi il valore di umidità relativa più basso possibile.
Togliere umidità dall’aria serve a poco se all’interno dell’armadio si creano zone con condizioni molto diverse.
Per questo ho inserito una ventola dedicata alla circolazione interna dell’aria.
Durante la deumidificazione rimane accesa e continua a funzionare se necessario, anche dopo lo spegnimento del deumidificatore.
Questa è una parte del progetto che considero particolarmente importante.
Il deumidificatore estrae acqua dall’aria e normalmente la raccoglie nella propria vaschetta.
Ma se lo scopo dell’intero sistema è togliere umidità dall’interno del mobile, ho preferito che quell’acqua venisse fisicamente portata fuori dall’armadio.
Ho quindi modificato la raccolta della condensa in modo da convogliarla verso l’esterno.
Questa scelta ha comportato anche l’abbandono del contatto integrato nella vaschetta originale del deumidificatore come sistema di sicurezza.
Al suo posto ho installato un sensore di rilevamento acqua sulla vasca esterna.
Se viene rilevata la vasca piena, il deumidificatore viene disalimentato e il sistema entra nello stato di allarme previsto dalla mia automazione.
Tutta l’elettronica risiede in uno chassis posizionato sopra il mobile.
All’interno dello chassis è presente un DHT22 che misura la temperatura indipendentemente dai due SHT31 dell’armadio.
Una piccola ventola provvede all’estrazione dell’aria calda e, dopo le prove, ho scelto di comandarla tramite un relè.
Ho previsto una soglia per l’attivazione della ventilazione, una più bassa per lo spegnimento e una ulteriore soglia considerata critica.
Per evitare che la ventola continui ad accendersi e spegnersi a causa di variazioni minime, anche questa gestione richiede letture consecutive prima di cambiare stato.
I valori precisi utilizzati nel mio sistema sono riportati nella documentazione tecnica, ma non devono essere interpretati come temperature corrette per qualsiasi realizzazione: dipendono dallo chassis, dai componenti, dalla ventilazione e dalle condizioni ambientali.
Una parte consistente del firmware non riguarda la normale deumidificazione ma quello che deve succedere quando qualcosa non va.
Tra le condizioni gestite ci sono la vasca condensa piena, il guasto contemporaneo dei due SHT31, una temperatura considerata critica nell’armadio, una temperatura critica nello chassis e il guasto del DHT22.
Anche in questo caso le soglie di temperatura sono state scelte per la mia configurazione hardware e non vogliono rappresentare valori universali.
Gli eventi bloccanti disalimentano il deumidificatore e portano il sistema in uno stato che richiede un reset manuale tramite uno dei due pulsanti a bordo chassis.
Volevo che fosse possibile capire cosa stesse facendo l’armadio anche senza aprire una pagina web.
Sul pannello sono presenti tre LED di stato.
Il verde identifica il normale funzionamento, il giallo segnala condizioni non bloccanti mentre il rosso indica uno stato di allarme.
Il display LCD 1602 visualizza normalmente temperatura, umidità e temperatura dello chassis.
In concomitanza con eventi bloccanti (come ad esempio la vasca piena) si attiva anche il buzzer e la luce della striscia led muta in rosso acceso.
All’interno dell’armadio ho inserito infatti anche una striscia RGBW comandata tramite Shelly.
In condizioni ordinarie viene utilizzato il bianco, durante la deumidificazione passa all’azzurro e negli stati di allarme previsti può diventare appunto rossa oppure spegnersi.
Una delle ultime aggiunte al progetto è stata l’interfaccia web locale.
L’ESP32 ospita direttamente una semplice dashboard raggiungibile, quando ci si trova sulla stessa rete Wi-Fi, all’indirizzo:
http://armadio.local
Non utilizza servizi cloud e non serve installare applicazioni.
La dashboard permette di controllare temperatura media dell’armadio, umidità media, temperatura dello chassis, valori individuali dei due SHT31 e del DHT22, stato del deumidificatore, ventola armadio, ventola chassis, striscia LED, LED di segnalazione e sensore acqua.
I componenti e i materiali che ho utilizzato (escluso l’MDF necessario alla costruzione del mobile) sono raccolti nella sezione “Progetto armadio filamenti” della mia pagina Amazon:
https://www.amazon.it/shop/whiteghost
I file che ritengo utili per tutti e disegnati per la stampa 3d sono:
– contenitore sensore umidità SHT31
– contenitore silica gel ottimizzato + accessori
– supporto per tubi da 20mm (dove posano le bobine)
– passacavi isolati
Tutti questi file potete scaricarli gratuitamente QUI
Questo articolo vuole raccontare soprattutto il progetto e le scelte che ci sono dietro.
Per questo ho preparato separatamente una documentazione tecnica completa, nella quale trovi hardware, collegamenti, sensori, scenari, transizioni, allarmi, gestione del display, dashboard e sequenza operativa.
Inoltre puoi scaricare anche il firmware utilizzato nella mia realizzazione, usarlo o prenderne spunto.
Documento e firmware devono essere considerati materiale esemplificativo: descrivono il sistema che ho realizzato e testato sul mio hardware, ma componenti, deumidificatori, cablaggi e condizioni differenti possono richiedere adattamenti sia hardware sia software.
Tutta questa parte tecnica racconta come funziona il sistema finito, ma una grossa parte del divertimento è stata proprio arrivarci: progettare i componenti, modificare il deumidificatore, stampare le parti necessarie, sistemare sensori e ventole, scrivere il firmware e soprattutto cambiare idea quando i test dimostravano che una soluzione non funzionava come previsto.
Nel video completo sul mio canale YouTube trovi tutta la realizzazione e il ragionamento dietro alle varie scelte.
Il progetto ha avuto inoltre un’evoluzione continua mentre lo costruivo.
Molte prove, modifiche e test sono passati prima dalle mie storie Instagram, quindi se vuoi seguire anche i progetti mentre stanno prendendo forma trovi White Ghost Shop anche lì.
Per risorse, segnalazioni e contenuti dedicati al mondo maker puoi invece seguire il mio canale Telegram.
