CCD super raffreddata

Antonio Zanardo

Saluti a tutti,

sono in possesso di una camera Sigma con KAF 3200. Buona camera, ottimo sensore con altissima QE (87%), ma piuttosto rumoroso come tutti i vecchi Kodak, la qual cosa si fa sentire ancora di più in queste caldissime serate d'estate.

Avendo sottomano due celle Peltier 40x40 mm, ho pensato di applicare i lati freddi delle stesse su due pareti opposte del contenitore della camera per raffreddarne il corpo e quindi simulare una serata... invernale.

Ho fatto un primo tentativo raffreddando il lato caldo delle peltier con due dissipatori da CPU e relative ventole, ottenendo un delta termico di 44.9 contro i 35 originali. Quasi 10 gradi in meno, sufficienti a più che dimezzare il rumore termico originario. Ma la presenza dei dissipatori e delle ventole ha aumentato, oltra alle vibrazione e al sibilo delle piccole ventole, anche l'ingombro e la massa della camera.

Ho quindi provveduto a costruire due semplici scambiatori di calore acqua/aria in alluminio, con dimensioni 40x40 mm spessi 15mm. Un lato degli scambiatori è a contatto con il lato caldo della relativa peltier, e ciò per migliorarne l' asportazione del calore. Una separata pompetta per aquario di bassa portata e di piccola prevalenza fa circolare attraverso dei tubicini l'acqua nei due scambiatori. Così facendo il delta termico è salito da 35° a 53°C.
Delta attuale 53° meno delta vecchio 35°=18°. Il rumore termico, che si dimezza ogni 6° di caduta della temperatura, viene così ridotto a 1/8 rispetto al raffreddamento originario della camera. E si vede il risultato: dopo la cura del freddo il dark risulta decisamente più pulito.

Non so se quanto detto possa interessare a qualcuno. Ma visto che la prova l'ho fatta, ho pensato che valeva la pena di condividere i risultati.

Grazie per l'attenzione.

nicopol

Ciao, mi sembra interessante. Potresti postare uno schema semplificato della realizzazione? Grazie mille. Saluti

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Antonio Zanardo

Nicopol,

preciso che si tratta di prove preliminari per vedere quali problemi si presentano e per valutare il beneficio che se ne trae.
Con questa affermazione intendo giustificare l'applicazione provvisoria delle peltier-scambiatori di calore-camera, tenuti insieme da un vistoso elastico verde. Anche le dimensioni dei tubi si potranno diminuire, come pure quelle delle peltier e dei relativi water block.

Le prove hanno dimostrato che l'impiego dell'acqua di raffreddamento è d'obbligo. I dissipatori ad aria con ventole usati in precedenza si surriscaldano e diminuiscono drasticamente l'efficienza del sistema.

Ho poi tratto una quantità di informazioni utili riguardo al migliore posizionamento delle celle sul corpo della camera, per raffreddarla al meglio ma contemporaneamente evitando che si appanni la finestra del CCD. Oltre a ciò è stato possibile controllare l'andamento delle temperature assunte dal sensore, dal case della camera e dall'acqua di raffreddamento.
Se deciderò di proseguire su questa strada, userò un radiatore munito di propria ventola per raffreddare l'acqua (proprio come un'auto!), dato che i due litri impiegati per il ricircolo raggiungono rapidamente temperature superiori ai 40 gradi, riducendo così l'efficienza delle celle. Al momento mi sono arrangiato con cubetti di ghiaccio aggiunti all'acqua quando serviva.

Un discorso a parte merita l'alimentazione delle peltier: serve un robusto alimentatore da 12 V. 15A per evitare il surriscaldamento dell'alimentatore stesso.

Come si vede, non mancano complicazioni, anche se questi primi risultati sono decisamente buoni e presentano lo spazio per ulteriori miglioramenti.

Danilo Pivato

Quello del raffreddamento ad acqua è senz'altro il miglior sistema per abbassare la temperatura del sensore.
Io stesso in queste calde notti ho provato ad impiegarlo con un minimo di soddisfazione.
Da una temperatura iniziale di -8° C. con l'azione dell'acqua fredda, portata tramite l'ausilio di cubetti di ghiaccio
da sostituire ogni ora (!!), è stato possibile lavorare a -12° C. Non è un gran che ma sempre meglio che riprendere
a -8°.

Il problema è appunto la continua sostituzione e produzione dei cubetti di ghiaccio. Consigli per avere acqua sempre
fredda con un minimo di dispendio energetico, quali potrebbero essere, soprattutto se visti in corso di spedizioni di tipo
“mordi e fuggi“?
Cari saluti,

Danilo Pivato

Antonio Zanardo

Ciao Danilo,

non sono un grande conoscitore di CCD, ma mi pare che le camere amatoriali che prevedono la possibilità del raffreddamento ad acqua siano poche: Sbig, FLI, Apogee (?) e forse qualche altra. Queste però usano l'acqua solo per migliorare il raffreddamento del sistema incorporato, e questo spiega i meri -4 gradi che hai constatato.

Nel mio caso la camera Sigma non prevede l'uso dell'acqua, per cui ho aggiunto esternamente delle celle Peltier per creare artificialmente il clima di una serata invernale. Così facendo la camera "crede" di essere in pieno inverno, per cui il raffreddamento di cui è dotata si somma a quello falso-invernale che ho aggiunto io e quindi può raggiungere temperature bassissime.

Naturalmente il sistema applicato alla Sigma per ottenere l' inverno fittizio ha una certa complessità dovuta al bisogno di raffreddare le celle aggiuntive con scambiatori ad acqua. Ma il lato positivo sono i -18°, probabilmente aumentabili, che si sono aggiunti alla capacità refrigerante della camera stessa.

Tu accenni ai cubetti di ghiaccio che usi per raffreddare l'acqua. Io, durante le prime prove, ho fatto come te. Ma ora penso di usare un radiatore con ventola per raffreddare il liquido che, nel mio caso, ha superato i +40°. Probabilmente non servono i cubetti e l'acqua rimarrà a temperatura vicina a quella ambiente. Naturalmente questo può succedere se tutti i componenti del sistema sono ben studiati e dimensionati.

Certo, si sommano complicazioni a complicazioni, e Von Masoch sa se non ne abbiamo già abbastanza. Ma ogni astrofilo itinerante conosce il suo grado di sopportazione e sa giudicare se vale la pena assumersi l'ulteriore fastidio di portare con sé altri "trapei", come diciamo noi veneti.

Per un'installazione fissa invece il problema non si pone ed i benefici, secondo me, sono ingenti.

Ti ringrazio per avermi letto e ti saluto.

roberto_coleschi

Grazie Antonio per la condivisione, non comprendo pienamente la realizzazione tecnica, tuttavia so che in ambito professionale le camere CCD utilizzano sistemi di raffreddamento a liquido. L'unica riflessione che mi viene spontanea è che questo sistema, per quanto efficace, limita di molto la trasportabilità del sistema visti i consumi elevati e i problemi di natura "logistica" nel posizionare il tutto nel caso di utilizzo "itinerante". Nel caso di postazione fissa, senz'altro, nessun problema.

Grazie per la condivisione

Antonio Zanardo

Roberto,

Ho descritto certe prove che ho fatto. Mi dispiace di non essere stato sufficientemente chiaro.

Ho visto che Danilo usa il raffreddamento ad acqua integrandolo con cubetti di ghiaccio. Nemmeno questo però è un sistema pratico. I cubetti non sono infiniti, ed il risultato in termini di delta T è deludente.

Per evitare l'uso del ghiaccio, potrei suggerire a Danilo di raffreddare con un sistema a celle di Peltier direttamente il liquido di ricircolo. Probabilmente le temperature raggiungibili sarebbero assai più basse, ma si tratta di una soluzione tutta da studiare e da provare.
E comunque l'applicazione comporterebbe problemi di trasporto, oltre al forte consumo di energia sempre difficile da procurarsi sul campo. Le Peltier sono pratiche da impiegare, ma sono voraci di energia elettrica dato il loro basso rendimento.

No, sia il sistema di raffreddare la camera, sia quello di raffreddare il liquido che circola in essa comporta un'apparecchiatura che di fatto è intrasportabile.

Ma in una postazione fissa...

Danilo Pivato

Grazie Antonio!
Probabilmente la migliore soluzione a costo praticamente (quasi) zero per noi itineranti è quella di spingersi, d'estate,
in alta quota dove le fresche temperature notturne potranno agevolare ulteriormente il delta termico dei nostri ccd.

Altre soluzioni: la vedo dura! :lol:

Un caro saluto,

Danilo Pivato

roberto_coleschi

Antonio Zanardo ha scritto:

Roberto,

Ho descritto certe prove che ho fatto. Mi dispiace di non essere stato sufficientemente chiaro.

Antonio scusa, tu sei stato chiarissimo, avrei dovuto scrivere che per me le conoscenze base che fanno funzionare, ad esempio, una cella di Peltier rimangono difficili da comprendere (e non certo per colpa tua). Ricordo la meraviglia che provai quando acquistai una cella di Peltier e le applicai la corrente necessaria: un lato era freddissimo, l'altro bollente, ero stupefatto..

A onor del vero tentai molti anni fa, di costruire una scatola fredda che contenesse la mia Canon e consentisse il raffreddamento, e in qualche maniera funzionava (non so bene come, avevo cannibalizzato un frigo portatile a 12V e lo avevo applicato ad una scatolina che conteneva la fotocamera) ma era pesantissima e fui costretto ad abbandonarla..

Ancora grazie :thumbup:

Antonio Zanardo

Danilo,
concordo. L'ideale è andare in montagna, dove la camera e il suo padrone soffrono meno il caldo, e la mente si libera dei pensieri molesti. Qualche litro di benzina in più, e viaaaaa!

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