Strano articolo, anch'io non avrei mai pensato di scriverlo... Come ci sono finito? Lunga storia... ma volevo riuscire a fare un piccolo scalda acqua per barca e/o casa e/o campeggio, insomma per restare ancora più sul generico: dispongo di 140Ah a 12volt e vorrei farci la doccia! ...Mi sento sporco :)

E non sono il solo! Come sempre scopro che ... non scopro mai nulla! In internet trovi sempre un "prima" di ciò che vuoi fare o di qualcosa che ne sfrutta gli stessi principi e da prendere ad esempio. Forum di elettrotecnici, modellisti, camperisti contengono richieste analoghe, purtroppo sono tutte "cose un po' a metà".

Non me ne vogliano, magari ho cercato male io, però non ho trovato progetti completi, solo sparuti consigli e link. E' vero che è avendo letto quelli che ora posso proporre il mio piccolo paper, un progetto per riuscire a scaldare l'acqua in una tanica di 5lt almeno fino a 50/60 gradi usando i 12v di una batteria da auto.

Ovvio che con un po' di calcolo e sperimentazione poi non mi fermerò quì, però questo mi serve sia per farne un tutorial da condividere che fissare dei punti sperimentando un po' meno a caso di come ho fatto fino a questo punto.
Anch'io metto qualche link. Più che altro mi sembra doveroso visto che è da questi che ho preso le idee e le ho sviluppate e radunate valutandole.
Quì la discussione che mi è parsa più ricca di spunti: energiaalternativa.forumcommunity.net
Quì vengono spiegate diverse formule che possono essere utili nei calcoli di progettazione e anche i principi fisici: electroyou.it
E infine quì trovate un po' di pratica e foto sulla modifica di resistenze esistenti: thebackshed.com

Prima cosa che forse crea un po di confusione: non esistono resistenze da 12 o da 220 volts, o meglio esistono e sono la stessa cosa. Confusi? Quello che voglio dire è che esistono dei parametri di cui il voltaggio è solo un elemento. Avete presente la resistenza di una lavatrice o quella di un boiler? Se li collegate ad una batteria noterete che si intiepidiranno lievemente, non è che non funzionano. Solamente la tensione applicata e la resistenza fornita generano una potenza di pochi watts.
Se c'è una differenza è l'isolamento; non tanto quello termico ma quello elettrico. MODIFICARE O COSTRUIRE una resistenza per farla funzionare a 220 volt può essere un pericolo e non lo consiglio se non coscienti di ciò che fate.
Con una tensione di 12v continua a questi amperaggi non c'è nessun pericolo se non di sbruciacchiarsi le dita con le parti calde.
Se avete visitato il link sopra di "thebackshed" vi siete fatti un'idea di come è fatta una resistenza per riscaldare, sia essa di scaldabagno, o lavatrice; un po' di differenza, soprattutto nei materiali, con quelle dei grill c'è, ma non ci serve utilizzarle.
In sostanza un filo di acciaio di pochi decimi di mm, 0,3 0,4 più o meno, annegato in una polvere cementizia refrattaria all'interno di un tubetto di rame di 10 mm circa. Piegato a U e con il filo ai due terminali legato a un filetto anch'esso parzialmente annegato, a cui vengono fissati i fili tramite due bulloncini isolati dal tubo di rame per mezzo di anellini ceramici.
Direi banale. Un po' meno realizzarlo se non si hanno o si realizzano prima degli attrezzi che ci aiutino. Anche questa parte la salto non costruisco nulla visto che non devo realizzarle in serie vedrò come arrangiarmi man mano.
Passiamo ai ragionamenti necessari prima di iniziare il progetto. Come serbatoio utilizzerò una tanica, di quelle per la benzina di emergenza dell'auto, molto robusta e spessa.
Ho detto che voglio raggiungere un modesto obbiettivo anche se in realtà ho qualche ambizione e ampere in più, proprio per rendere lo scalda acqua più versatile. Chi ha diverse ambizioni, una volta capito i concetti base può tranquillamente adattare tutto ai propri utilizzi. Ovviamente la tanica in plastica è utilizzabile solo per gli scopi modesti, sennò sciogliete tutto e la doccia sarà un gavettone! Pericolo di corrente a 12v no di sicuro. La resistenza fuori dall'acqua potrebbe avere vita breve, non so ... immagino.
Per i calcoli considero di utilizzare la batteria di un camper o similare, insomma una batteria da almeno 75Ah SUPPLEMENTARE, non fatelo con la batteria dell'auto o del furgone senza averne una supplementare perchè probabilmente dopo la doccia dovrete sudare a spingere ... non è bello!
Consideriamo di poter utilizzare una corrente massima approssimativa di 20A.
P(otenza W) = V(olts) x I(corrente)
Svilupperemo una potenza teorica di 12x20 = 240Watt
Andiamo ad approfondire la nostra teoria con l'aiuto dell'amico di electroyou.it. Se dovessimo scoprire che per avere l'acqua a 50 gradi con quella potenza ci vogliono 6 ore, sarebbe un problema! Meglio capire prima dove andiamo a sbattere e poi ...è tutta cultura!
Partendo da una temperatura "acqua di rubinetto" 10 gradi, devo innalzarla a 60, sviluppando 50kCal, ovvero 4186 x 50 = 209300 joule per litro, 1046500 in totale.
La batteria ha un'autonomia di circa 3 ore a 20Ah, proviamo volendone consumare metà:
1,5h = 5400sec
P=1046500/5400 -> 193W
..direi che ci siamo...considerando le perdite del 10% siamo a 220W scarsi
Proviamo ad aggiustare il tiro secondo valori più mirati:
direi che aspettare un'oretta è già eccessivo per 5Lt di acqua, proviamo a fissare un tempo di 40 minuti, 2400 secondi
P=1046500/2400 -> 436W
umhhh.. 500W per avere 5Lt di acqua in 40min è decente, consideriamo anche che se la tanica viene lasciata sul tetto del camper partirà probabilmente già a 30 gradi, nell'abitacolo non ce ne sono mai meno di 20, e non è poco.
Il progetto iniziale era targettizzato per la versatilità quindi ho deciso per il giusto, che come sempre sta nel mezzo, 300/350W per una tanichetta da 5Lt sono più che sufficienti anche perchè si rischia di trasmettere troppo calore al tappo di plastica o comunque ciò che sosterrà la resistenza.
Si potrebbe adottare la soluzione "cielo aperto", ovvero non chiudere con il tappo in modo da avere un riscaldatore portatile da appendere al bordo del contenitore, è un idea, anche se un minimo di pressione, magari gestita da una valvolina, potrebbe facilitare il riscaldamento, inoltre si limita la dispersione del calore.
Credo che anche avere un contenitore chiuso possa anche evitare eventuali fuoriuscite, se si approfitta magari del movimento del mezzo per ricaricare, consumando meno batteria. Comunque ribadisco il concetto, io voglio solo stimolare idee, come farlo poi vedete voi, magari inviatemi feedback. Ora che abbiamo esplorato un po' "l'ambiente" e abbiamo grossolanamente un'idea di ciò che succede, dei fattori in gioco, delle formule che li regolano, si può passare a qualcosa di concreto (finalmente).
Trovata un'oretta libera sono passato dal BricoCenter e con sommo stupore ho trovato praticamente tutto il necessario per "prototipare", solitamente manca 30 per far 31!

Materiale occorrente:

• Filo acciaio inox (no armonico, no ferraccio zincato), una matassina diam. 0,8mmq - 3,50 euro
• Tubetto alluminio lungh. almeno 30cm - 2 euro
• Una scatola di polvere di ceramica color refrattario ad essiccamento rapido (settore dipingere/creare) - 2,90 euri
• 2 bulloncini 4x40 - 50 cts

Il resto dovreste averlo in casa: pinzette (magari tonde), dei bicchierini in plastica dove fare le misture, una spatolina, un tubetto di plastica diam. 10mm, un tagliatubi. Per quanto riguarda il "riempimento" sono andato un po' a naso, spero funzioni, leggete tutto e alla fine lo saprete.
La bobina di acciaio inox riporta la scritta "Filo multiuso in acciaio inox 316", utile per i calcoli poichè si trova la composizione e quindi la resistività (resistenza elettrica specifica).
Quì alcuni dati tecnici: alloywire.com
Già vediamo dei dati importanti: altissima temperatura di fusione e bassa dilatazione; non sono un ingegnere ma credo sia molto positivo.
Quì troviamo anche il valore della resistività: engineerplant.it , 0,714. Paragonando i valori con gli altri metalli possiamo notare che malgrado tutte le caratteristiche siano ottimali quella del coefficiente di trasmissione del calore è pessima. Elettricità e calore spesso viaggiano di pari passo... buon conduttore elettrico=buon conduttore termico, ma ci sono dei però... se è un ottimo conduttore ci occorre un kilometro di filo per fare una resistenza o usare diametri capillari che ridurrebbero la durata. Con l'inox ce la caviamo con circa 40 cm. e con un diametro di 0,8. Poi ho visto che la resistività si avvicina molto a quella della costantana, materiale solitamente usato per la costruzione di resistenze elettriche.

Dimensionamento:

• Potenza 350 Watt
• Resistività 0,714 ohm su mmq per metro
• Diametro filo 0,8 mm
• Corrente 29 A
• Resistenza occorrente 0,41 Ohm
• Lunghezza del filo ( R = ρ L / S dove ρ è la resistività )  0,41=0,714xL/0,8 quindi 0,46 mt
• Tempo necessario ad una differenza di temp di +50 gradi -> 2990 sec ( 49,8 minuti )

Realizzazione:
Nella foto 1 potete vedere una resistenza commerciale da lavatrice sezionata; il tubo è in rame, il diametro è 10mm e quello che vedete al centro è il bulloncino, la spirale di filo dello 0,3 parte più all'interno.
Innanzitutto possiamo verificare con un tester di buona precisione se il calcolo della lunghezza corrisponde. La misura della resistenza sarà ridotta del 10% per compensare le perdite rispetto i calcoli teorici.
A questo punto dovremmo avere un pezzo di filo così fatto: 100mm abbondanza per terminale + 450mm lunghezza resistenza + 100mm abbondanza per altro terminale.
I due terminali verranno avvolti a spire compatte e non avranno resistenza. ( Foto 1 - 3 ) La foto credo sia abbastanza esplicativa, solo ricordatevi di avvolgere i terminali a spire compatte e in senso antiorario( foto  4 - 5 ) così da permettere l'avvitamento del bulloncino di ancoraggio come se fosse in una filettatura, più sforza meglio è, sarà l'unica saldatura visto le temperature in gioco. Se avete l'attrezzatura magari date un punto di saldatura ma solo se "a punto" o arco (attenzione a non bruciare tutto, altrimenti raspate un po il bulloncino prima di avvitarlo e lasciate così. Ora siamo pronti per iniziare a costruire l'elemento. Dalla foto vedete come ho bloccato i due terminali perchè non si spostino durante l'essiccamento. E' anche importante che la loro larghezza sia inferiore al diametro interno del tubo (per questo ho scelto l'alluminio, rame da 20mm non l'ho trovato). Per assicurarci di non creare contatti accidentali la fase dell'annegamento sarà divisa in due parti, vedi foto sotto. E' abbastanza intuitivo, con il tubo creo una prima camicia all'interno del tubo in modo che quando andrò ad inserire la resistenza non correrò il rischio di cui sopra. La preparazione della mistura è indicata sulla confezione, seguite quella. Con del nastro a buona tenuta e il tappino casualmente trovato in giro per casa ho toppato il fondo visto che la mistura è molto liquida. Riempite come in foto, dopo poco sentirete il riscaldamento provocato dal catalizzatore chimico, nel giro di mezz'oretta potete incominciare a far ruotare delicatamente il tubetto interno, così da distaccarlo dalla "camicia". Con molta pazienza estraetelo completamente, aspettate almeno un'oretta e distaccate il tappo sotto ( foto sotto 1 - 2 - 3 ). Rimuovete con qualche utensile un po' di ceramica dalla parte dove alloggeranno i due terminali, cercando di sagomare l'incastro. I terminali andranno annegati per 10 mm circa e la punta della resistenza deve avere ancora almeno 20mm liberi prima della fine del tubo. Ripetete il versamento di nuovo miscuglio fino a fare come nella foto 5. Ricordatevi di toppare bene sotto, sempre con nastro. E' necessario picchiettare e muovere delicatamente la resistenza appena annegata assicurandosi non restino bolle d'aria. Una volta essiccato ( 12 ore almeno ) rimuovete il bullone di bloccaggio e rifinite all'orlo la sede dei terminali (foto 6 ). Le parti terminali dell'elemento riscaldante sono scoperte e quindi destinate a bagnarsi assorbendo l'acqua. Per quanto riguarda la parte verso i contatti ho applicato uno strato di stucco per piastrelle per "finire" l'elemento, che ha molta meno permeabilità all'acqua della ceramica anche se successivamente bisognerà occuparsi anche dell'isolamento termico.

L'altra parte l'ho scavata fino a lasciare 10mm circa di tubo vuoto pronta per la successiva lavorazione, da non effettuarsi ora poichè l'elemento deve asciugarsi completamente al suo interno... e ci vorranno almeno due o tre giorni, abbiate un po' di pazienza. L'elemento, quando asciutto, risulterà molto leggero; magari approfittate del forno caldo per aiutare l'evaporazione.
Trascorso questo tempo si può procedere con l'eliminazione forzata dell'umidità e con un primo collaudo. Appoggiatelo a qualcosa che non bruci, meglio a terra, collegatelo alla batteria con cavetti da almeno 4/6mmq e comincerà a scaldarsi. Dopo un minuto circa sembra un vaporetto! Quando inizia a uscire copiosamente acqua, spegnetelo. Eh sì, rimarrete stupiti da quanta acqua uscirà ora della fine. Lasciate quasi raffreddare e ripetete l'operazione 3/4 volte, dopodichè provate a lasciarlo attaccato per circa 5 minuti, finchè non avrà praticamente smesso di "friggere". Spero sia superfluo dire di prestare molta attenzione è facile scottarsi.
A questo punto lasciate raffreddare completamente e poi otturate anche la parte superiore dalla quale avete precedentemente creato un centimetro libero. Ho riempito con un po' di silicone rosso e finito con un pezzo di tappo di sughero a livello. Da questa estremità, che è quella immersa, non deve entrare acqua che rovinerebbe in breve il filo  creerebbe pressioni interne e non ultimo riscia di modificare la resistività dell'elemento. Per isolare termicamente l'ancoraggio ho usato degli isolatori per transistor di potenza in ceramica. Per creare i morsetti ho tagliato un mammuth grande.

Test della costruzione

Ecco l'imprevisto: l'elemento è abbastanza più lungo del pescaggio della tanica, sono costretto a cambiare recipiente. Uso un secchio in cui  ho versato il contenuto esatto della tanica.
Come si vede in foto, ho legato l'elemento così da non farlo affondare oltre il limite. Ho immerso una sonda di temperatura.
La temperatura ambiente è di 24,4 gradi mentre quella dell'acqua è di 21 gradi all'inizio del test. Nella foto potete vedere la sequenza tempi/temperatura; è indicato anche la carica della batteria all'inizio e alla fine.
Per quanto riguarda i test di assorbimento e reale potenza ... è un po' un casino, il tester mi va fuori scala... vedrò se riesco a procurarmi una pinza amperometrica perchè è l'unico vero modo di sapere i dati reali.

Considerazioni finali:

Il test ha prodotto i seguenti risultati:
0 min. -> 21 gradi
dopo 20 min. -> 23 gradi
dopo 74 min. -> 47 gradi
dopo 92 min. -> 50 gradi

Molto differenti dai calcoli teorici. Potrebbe esserci un margine di errore con la maggior resistività all'aumentare della temperatura, alzandosi la resistenza si abbassa la potenza.
Il consumo minimo della batteria dopo 92 minuti di carico a 350W teorici mi fa pensare ancora ad un valore troppo alto di resistenza.
Il supporto isolante termico raggiunge una temperatura troppo elevata, questo indica che molto calore viene disperso nell'ambiente anzichè nell'acqua e che così sarebbe improponibile un contenitore o un supporto plastico. Una possibile soluzione è quella di annegare più in profondità il filetto finale che non costituendo resistenza non porterà calore diretto; così facendo però si ha un elemento molto lungo, bisognerà spiralare un po' la resistenza per accorciarne la lunghezza.

Bene, è stato abbastanza divertente portare avanti questa cosa perchè aldilà dall'aver imbrattato parecchio la casa ho comunque rinfrescato cose che avevo studiato tanti anni fa.
La prossima costruzione sarà un vero e proprio boiler a 12V da poter portare in vacanza senza spendere 400 euro! Comunque un idea già buona è quella di acquistare un piccolo scaldabagno elettrico e di modificarne la resistenza, è molto pratico e non dovrete occuparvi di tubi e tubicini. Ricordate che non potrete più usarlo per la 220V!