Costruire una cappa a flusso laminare (flowhood)

Abbiamo già visto come costruire la nostra glove-box, che ci permette di lavorare con un elevato grado di sicurezza. Nel medesimo post ho anche accennato alla cappa a flusso laminare (o flowhood): uno strumento molto più evoluto, che ci consentirà di lavorare davvero in sterilità.
Il funzionamento di un flowhood è semplice: un flusso d'aria, creato da una ventola posta sopra o sul retro del'apparecchio, scorre attraverso un filtro in microfibra con una trama molto fitta. L'aria che fuoriesce dal filtro è completamente sterile, poiché ogni possibile contaminante viene trattenuto dal filtro. Solo pochissimi tipi di virus e batteri sono in grado di passare attraverso la trama del filtro, fatto che rende il flowhood uno strumento davvero molto efficiente. Soprattutto, è davvero comodo, perché permette di lavorare in totale libertà, a patto che non si esca dall'area del filtro. Esistono diversi tipi di filtro, il più usato è il tipo HEPA (in inglese High Efficiency Particulate Air filter), che generalmente ha una capacità di filtraggio del 99,995%. Più evoluto è il tipo ULPA (Ultra Low Penetration Air), che invece arriva ad un'efficienza del 99.999995% (tuttavia, pare che i filtri ULPA tendano ad ostruirsi più facilmente degli HEPA).
Come già accennato, il costo di un flowhood non è indifferente, si spendono tranquillamente 300 €, se non più.
In questo post vedremo come costruirne uno, poiché reperirne uno già assemblato non è proprio semplice. Poiché non ho la possibilità di costruirne uno ex-novo per scrivere la guida, mi limiterò a tradurne una dall'inglese, a mio parere fatta molto bene. Potete reperire il testo dell'originale a questo indirizzo. Anno, il proprietario del sito, molto gentilmente mi ha dato il permesso i utilizzare anche le immagini, e lo ringrazio :)
Oltre a tradurre e adattare il testo, ho convertito anche le unità di misura americane nel nostro più comprensibile sistema metrico decimale. La conversione non è stata semplicissima per me che di fisica e matematica capisco ben poco, per cui nel caso in cui individuaste qualche errore, vi prego di segnalarmelo.
Bene, iniziamo pure:

Iniziamo:

La prima cosa da fare è capire come scegliere il filtro HEPA e la ventola (ne esistono di diversi tipi).
La dimensione del filtro HEPA dipende da quanto grande volete che sia la vostra area di lavoro. Il filtro più piccolo che potrete ragionevolmente utilizzare (per una coltivazione su piccola scala) è di 30x30 cm. In ogni caso, un filtro di 60x60 è molto più comodo, ed è praticamente indispensabile se vorrete utilizzare il vostro filtro per inoculare buste di substrato sterilizzato.

Trovare un filtro HEPA adatto non è semplicissimo, vi consiglio di fare qualche ricerca su google, esistono diversi rivenditori online.

Abbinare una ventola adatta al filtro:

Una volta che avrete deciso la dimensione del filtro HEPA, dovrete procurarvi una ventola adatta, abbastanza potente da permettere all'aria di fuoriuscire dal filtro con una potenza sufficiente. Si tratta di un passaggio molto importante, perciò fate molta attenzione.
Ogni filtro ha una certa "resistenza" nel momento in cui l'aria vi scorre attraverso ad una certa velocità; questa resistenza è chiamata "pressione statica".
Prrova a premerti una mano sulla bocca. Adesso prova a soffiare: a seconda di quanto forte premete, avrete qualche difficoltà nel soffiare, e percepirete una certa resistenza; questa è la pressione statica.

Ogni filtro ha una differente pressione statica al raggiungimento del "punto di funzionamento". Il punto di funzionamento viene raggiunto nel momento in cui la portata del flusso d'aria diviene costante, e soddisfa i requisiti del flusso laminare ottimale.
La pressione statica si misura in Pascal (Pa). Ogni filtro ha una scheda tecnica (chiedete al costruttore se nel vostro non c'è), in cui è indicata la pressione statica al punto di funzionamento. Prima che l'aria entri nella ventola, passa da un altro filtro (un normale filtro per cappa va bene), spesso più o meno 2,5 cm, posizionato davanti alla ventola. Questo prende il nome di pre-filtro, e la sua funzione è quella di proteggere la ventola ed il filtro HEPA dalle particelle più grandi, come polvere e capelli. La pressione statica di un pre-filtro di 2,5 cm al punto di funzionamento sarà più o meno intorno ai 50 Pa.
Nel libro di Paul Stamets e J. S. Chilton "The Mushroom Cultivator" è indicato che la velocità dell'aria che fuoriesce dal filtro dovrebbe essere di almeno 30 metri al minuto (0,5 metri al secondo). Per calcolare quanto dovrà essere potente il motore del flowhood dovrete fare alcuni calcoli:

1) Calcolate l'area del vostro filtro, moltiplicando base per altezza:

es. 60x60= 3600 cm², che equivalgono a 0.36 metri quadrati

2) Moltiplicate la velocità ideale dell'aria (30 metri al minuto) per l'area del filtro:

30 m/min x 0.36 m² = 10,8 m³/min (cioè metri cubi al minuto). Tale valore, convertito in m³/h (metri cubi orari), equivale a  648.

Quindi, 648 m³/h  è l'efficienza che la nostra ventola dovrà avere per poter produrre un flusso d'aria di 30 metri al minuto, con un filtro dall'area di 0,36 m². Tale flusso dovrà essere prodotto in corrispondenza della resistenza statica opposta dal filtro HEPA e dal prefiltro (nel nostro esempio 550 Pa totali).

Trovare la ventola adatta:

Ogni ventola ha abbinata una scheda in cui è indicata la correlazione tra la portata volumetrica e la pressione statica, rappresentata con un grafico od una tabella.

Nell'immagine seguente è rappresentato un grafico per 4 diversi modelli di ventola (numerati 1, 2, 3 e 4).

NOTA: Ogni modello di ventola ha la sua particolare curva.
Come potete chiaramente vedere, ad una maggiore pressione statica corrisponde una minore quantità d'aria, fino al valore massimo di pressione, ove la quantità d'aria fuoriuscita è pari a zero.

A volte invece, i medesimi dati sono presentati con una tabella:

Nel grafico e nella tabella qui sopra il valore di 550 Pa non è contemplato, credo comunque che siano risultati utili per capirci meglio :)
Tornando a noi, adesso siappiamo quanta aria dovrà essere in grado di muovere la nostra ventola, ed a quale pressione statica. Poiché difficilmente potremo trovare una ventola che rilasci esattamente 648 m³/h in corrispondenza di una pressione statica di 550 Pa, dovremo scegliere quella che si avvicini di più a tale rapporto. Per sicurezza, è meglio scegliere una ventola leggermente più potente del dovuto, rispetto ad una che invece non arriva a fornire la quantità ideale di aria. In ogni caso però, la ventola non dovrà fornire più del 20% dell'aria che abbiamo calcolato. Per cui, nel nostro caso, il valore accettabile più alto è di circa 780 m³/h.

Una volta reperiti filtro HEPA e relativa ventola (operazione non semplice), il 50% del lavoro sarà da considerarsi già svolto.
Nelle foto che seguono, potete vedere come assemblare un flowhood completo. Il "motore" utilizzato dal costruttore è un aspiratore assiale centrifugo, di quelli normalmente usati nelle cappe. Il mio monta invece un ventilatore assiale, che è meno ingombrante ma fa esattamente la stessa cosa. Un'altra opzione valida è quella di ricorrere ad un ventilatore a gabbia di scoiattolo (che ho utilizzato con successo per costruire il mio secondo flowhood "portatile").

Assemblaggio:

Dopo esservi procurati il filtro HEPA ed una ventola adatta, dovrete procurarvi alcuni materiali per la costruzione dell'apparecchio. Sostanzialmente si stratta di costruire una scatola: il lato frontale consisterà nel filtro HEPA, ed un altro lato avrà l'apertura per la ventola, con il pre-filtro montato.
Potete benissimo usare delle tavole di legno, anche il compensato va bene, purché sufficientemente resistente.

 

In questo caso la ventola è stata montata nella parte superiore. Potete comunque montarla anche sul retro.

Nella tavola di legno viene praticato un foro per permettere al motore di aspirare l'aria dall'esterno

Ed ecco qua il flowhood completo: adesso c'è solo da mettere il prefiltro...

In questo caso è stato usato un filtro da forno. Si possono usare anche altri tipi di filtro, come quelli per acquari, impianti aria delle auto, e cappe da cucina. Assicuratevi comunque che la pressione statica non sia eccessiva, altrimenti vi servirà una ventola più potente.

 

Viene applicata una protezione davanti al filtro (pare una zanzariera) per evitare di danneggiarlo toccandolo accidentalmente (potete usare altri tipi di protezione, ad esempio una fitta rete metallica):
 

Ed ecco qui il lavoro ultimato.

Non si può dire che sia bello, ma di sicuro è funzionale, ed anni luce avanti rispetto ad una glove-box. Poi, come sempre, sta a voi migliorare se possibile le vostre tecniche, se ve la cavate un po' con il fai-da-te potrete raggiungere risultati migliori di questo. Ad esempio, in questo secondo esempio il pre-filtro è stato "incassato" all'interno della struttura in legno, così da evitare che sporga.

Bene, spero che questo post vi sia servito per capire cosa è un flowhood, come funziona e come costruirlo. Probabilmente è ancora un po' presto per cimentarvi nella sua costruzione, ma spero che questa guida possa tornarvi utile in futuro. Vi ricordo che l'originale è reperibile qui.
Alla prossima ;)