Le stufe e gli incubatori da Laboratorio

Le stufe da laboratorio e gli incubatori sono strumenti comunemente utilizzati nei laboratori di ricerca e sviluppo, nei laboratori di controllo qualità e in quelli che operano in ambiti chimici, farmaceutici e alimentari.
Entrambi producono calore, ma vengono impiegati per applicazioni molto differenti, a seconda della temperatura richiesta e del tipo di prova da eseguire.

Le Stufe da laboratorio o forni da laboratorio, sono strumenti molto utilizzati per sottoporre dei prodotti a riscaldamento o essicazione e, possono essere statici (convenzione naturale) o a ventilazione forzata. A differenza degli incubatori, hanno un range di temperatura più elevato, generalmente riscaldano fino a 300 °C. In alcuni casi particolari, arrivano anche ad una temperatura di 500 °C. Principalmente servono per essiccare dei campioni, prodotti o principi attivi (calcolo del residuo secco), per sterilizzare o trattare termicamente dei materiali per verificarne il loro comportamento ad alte temperature.

Gli Incubatori da laboratorio sono invece studiati per lavorare a temperature più basse, tipicamente da temperatura ambiente fino a 100 °C. A differenza delle stufe, sono molto più precisi e controllano la temperatura in modo più accurato. In molti casi vengono utilizzati alla temperatura di 37 °C perché servono per fare prove di coltura cellulare e colture di microrganismi e tessuti.

Le stufe da laboratorio, nonostante siano strumenti molto precisi con all’interno della camera un eccellente uniformità della temperatura, sono spesso utilizzate per prove dove la precisione non è così importante come l’essiccazione o l’asciugatura di campioni. Hanno quindi un controllo della temperatura che predilige di più la velocità per arrivare rapidamente al set point impostato.

Per quanto riguarda gli incubatori invece, vista la delicatezza delle prove di coltura cellulare, dove anche pochi decimi di grado di temperatura possono inficiare le prove, hanno un controller più performante e si avvicinano al set point in modo graduale, con particolare attenzione ad evitare pericolosi superamenti di temperatura durante la fase di stabilizzazione della temperatura impostata. Per questo motivo gli incubatori sono molto più lenti rispetto alle stufe, ma molto più precisi.

Inoltre, le stufe arrivando fino a 300°c sono più coibentate rispetto agli incubatori per sicurezza.

Un’altra differenza importante che hanno gli incubatori è che talvolta dovendo regolare la temperatura anche sotto quella dell’ambiente, esistono delle versioni refrigerate che possono scendere anche a temperature di -20°. Tipicamente però il range di un incubatore refrigerato va da 0°C a 100 °C.

Per le stufe invece non è mai previsto un sistema di refrigerazione, in quanto lavorano sempre tra temperatura ambiente e 300 °C. Esistono invece camere di testing con ampi range di temperatura, soprattutto nel settore automotive, che possono avere un campo di lavoro da -40 °C fino a 180 °C (ma non si possono definire stufe).

Spesso, quando facciamo gli interventi di manutenzione e taratura di stufe e incubatori, ci chiedono quale accuratezza hanno questi strumenti, senza conoscere in profondità che ci sono due parametri fondamentali come uniformità e stabilità.

Uniformità

L’uniformità di una stufa o di un incubatore definisce la bontà della distribuzione della temperatura calcolando la differenza tra un sensore a centro stufa, rispetto a dei sensori che la misurano nelle parti più estreme della stufa. Maggiore sarà la differenza tra il sensore posto al centro camera rispetto a quelli posti nei posti più estremi verso le pareti, e più avremo una pessima uniformità.

Le stufe moderne a ventilazione forzata tipicamente rientrano dentro 1 °C di errore massimo di uniformità, mentre gli incubatori hanno una migliore uniformità tipicamente di qualche decimo di grado Celsius (0,1 °C).

Stabilità

Per quanto riguarda la stabilità, si tratta invece di un parametro che identifica la bontà dell’andamento della temperatura nel tempo e normalmente si esegue a centro camera. L’accensione e lo spegnimento delle resistenze di riscaldamento, nonostante siano controllate con sensori di precisione PT100, creano un ripple (oscillazione) intorno al set point impostato, di valori positivi e negativi. Più questi scostamenti sono di valori bassi, più sarà migliore il controllo della temperatura e la sua stabilità. Questi valori di instabilità della temperatura possono arrivare ad avere un errore di +/-0,3 °C per gli incubatori e da +/-1 a +/-2 °C nelle stufe.

Le stufe e gli incubatori della Binder hanno prestazioni di eccellenza e sono riferimento sul mercato, su entrambi i parametri, grazie al sistema APT Line brevettato.

Le stufe da laboratorio tradizionali si dividono sostanzialmente in due tipi:

1. A convezione naturale
2. A ventilazione forzata

La prima tipologia, a differenza della seconda, non ha la ventilazione interna, ed ha una peggiore uniformità della temperatura, in quanto l’aria all’interno si distribuirà in modo naturale.

Salvo casi particolari, si consiglia sempre l’acquisto di una stufa con una ventilazione forzata, salvo i casi in cui i prodotti in test non sono adatti, come le polveri.

Le stufe ventilazione forzata inoltre hanno la possibilità di variare la velocità della ventola, in funzione dell’applicazione.

Gli incubatori e le stufe Binder sono dotati di due sistemi di sicurezza per il controllo della temperatura conformi alla norma DIN 12880:2007.

1. Dispositivo in classe 1 di protezione contro il surriscaldamento.
   Questo sistema interno interviene in caso di guasto del sistema di controllo della temperatura, spegnendo automaticamente l’incubatore o la stufa se la temperatura supera un valore preimpostato (tipicamente appena sopra il valore massimo del massimo range di temperatura), prevenendo pericolosi surriscaldamenti.
   Tipicamente questo è un termostato meccanico supplementare e indipendente dal controller.
2. Controller di sicurezza Classe 3.1.
   Alcuni modelli hanno un dispositivo supplementare dove si può impostare una specifica temperatura. Attraverso la PT100 supplementare viene monitorata la temperatura all’interno della camera che,  in caso di superamento del la soglia impostata, segnala visivamente e acusticamente un allarme, che viene mantenuto attivo fino al ripristino delle condizioni normali. Per esempio, se nell’incubatore bisogna preservare i campioni che non vengano sottoposti a una temperatura superiore a 37°C, si imposterà questa soglia di temperatura.

Quali tipi di incubatori esisto in commercio?
Oltre all’incubatore tradizionale, che spesso viene acquistato a convenzione naturale (senza ventilazione) esistono anche i seguenti incubatori specifici:

• Incubatori CO₂, che regolano umidità e concentrazione di anidride carbonica per la coltura cellulare
• Incubatori refrigerati, per lavorare anche sotto la temperatura ambiente
• Incubatori CO2 con controllo dell’umiditàper specifici test su campioni e crescita batterica.

Stufe conformi alla norma EN 1539

Utilizzate per trattare materiali contenenti solventi o sostanze infiammabili.
Dotate di ventilazione speciale, sono progettate per ridurre i rischi di incendio o esplosione.

Utili in:

• Industria delle vernici
• Chimica e farmaceutica
• Settore tessile e cartario

Le stufe conformi alla norma EN 1539 sono forni industriali o da laboratorio progettati per lavorare in sicurezza con materiali che rilasciano solventi o sostanze infiammabili durante il processo di essicazione.

La EN 1539 è una norma europea che stabilisce i requisiti di sicurezza per forni e stufe utilizzati per il trattamento di questi campioni, nei settori dell’Industria delle vernici, l’Industria chimica e farmaceutica quando vengono essiccati prodotti con solventi, o nell’Industria tessile e della carta nel trattamento di materiali impregnati di sostanze volatili infiammabili.

Queste stufe consentono di essiccare una determinata e massima concentrazione di solventi, avendo un’adeguata ventilazione interna che riduce il rischio di incendi o esplosioni.

Stufe da Vuoto

Le stufe da vuoto sono dispositivi utilizzati per il riscaldamento e l’essiccazione di materiali in condizioni di sottovuoto, dove i campioni, grazie ad una pompa da vuoto esterna, sono sottoposti ad una bassa pressione, fino a poche decine di mBar. Le stufe da vuoto sono strumenti essenziali in molti settori per test di qualità, e nei laboratori di ricerca e sviluppo.

Servono principalmente a rimuovere l’umidità, i solventi o altri composti volatili dai materiali in test, evitando di sottoporli a temperature troppo alte che potrebbero danneggiarli.

Le stufe da vuoto creano un ambiente a bassa pressione all’interno della camera, con l’ausilio di una pompa da vuoto, in questo modo si riduce il punto di ebollizione dei liquidi e si possono asciugare materiali a temperature più basse rispetto alle stufe tradizionali. Inoltre minimizzano l’ossidazione e la degradazione termica.

Le stufe da vuoto trovano applicazione in vari settori:

• Industria Chimica: per l’essiccazione delicata di campioni sensibili al calore.
• Industria farmaceutica: per la rimozione di solventi residui senza degradare i principi attivi.
• Industria elettronica: per l’essiccazione di componenti senza rischio di ossidazione.
• Industria alimentare: per la disidratazione di alimenti senza alterarne le proprietà.
• Industria della plastica: per il trattamento di polimeri, compositi e materiali high-tech.

Stufe e incubatori da laboratorio sono strumenti fondamentali per una vasta gamma di applicazioni scientifiche e industriali. Comprendere le differenze tecniche, i limiti operativi e i sistemi di sicurezza è essenziale per scegliere l’apparecchiatura giusta in base alle proprie esigenze.