Самодельный донный нагреватель для аквариума
Заметка для тех, кто в силу своих финансовых возможностей, религиозных убеждений или иных причин не может выложить несколько десятков долларов за модный (и, несомненно, полезный) аквариумный аксессуар, название которого приведено в заглавии. Любителям аквариумных растений, далеким от электричества, посвящается…
Дочитавшие этот очерк до конца, будут достаточно подготовлены для самостоятельного изготовления абсолютно безопасного, крайне бюджетного, трансформируемого в достаточных пределах и, что немаловажно, регулируемого донного нагревателя. Познания в электричестве за восьмой класс школьного курса физики приветствуются.
Последнее лирическое отступление. Когда идея именно такой реализации пришла мне в голову, я почувствовал то же самое, что, вероятно, чувствовал и Менделеев, проснувшись утром и принявшись лихорадочно делать наброски своей революционной таблицы, пока не убедился, что мысль зафиксирована надежно. Радости не омрачило даже найденное в интернете несколько дней спустя доказательство отсутствия моего приоритета. В общем - Маркони из меня не вышло, согласен на Попова…
Чем же плохи (не считая стоимости) существующие варианты?
Безопасностью. 220 вольт в аквариуме, конечно, присутствуют и без донного нагревателя. Но зачем повышать шанс безвременной кончины аквариумиста от поражения электричеством, даже если эта вероятность и не велика? Собственно, львиная доля высокой цены фирменных продуктов этой категории как раз и есть стоимость их безопасности. Если хотя бы половину цены изделия составляли материалы, то это были бы, как минимум, полудрагоценные металлы. Собственно, цена в случае фирменных изделий и есть овеществленная безопасность.
Низкой технологичностью. В статье, послужившей мне творческим толчком, предлагается 14 метров нихрома, толщиной 2 миллиметра (!), изолировать, «протолкнув ее в обычный силиконовый шланг для аквариумных компрессоров». При должном воображении представить это, конечно, возможно. Но, очевидно, трудности технологии явились непреодолимым препятствием на пути продвижения таких новаций в жизнь широкими массами аквариумистов.
Дальнейшее описание буду проводить на примере своего аквариума. 60 литров. Согласно теоретическим постулатам мощность нагревателя должна составлять 0.1 - 0.2 Вт/л, шаг петель 5-7 см. Теоретическое обоснование именно таких параметров можно найти в интернете, здравому смыслу оно не противоречит. Т.е. для моего аквариума необходим нагреватель мощностью примерно 8 Вт и длиной 7 м. Эту длину я сложил пополам. Таким образом, получил 3.5 метра кабеля, начало и конец которого находятся рядом для удобства дальнейшей коммутации. Кабель уложил на дно, закрепил скотчем в нескольких местах и засыпал сверху грунтом. Теперь самое главное – греть будем обычным медным проводом ПЭВ-2. Для непосвященных: это провод в эмалевой изоляции, таким наматывают трансформаторы. В закромах нашелся диаметром примерно 0.3 мм.
Немного подробнее об этом параметре. Опуская теорию, примем на вид, что для будущего удобства сопротивление нагревателя в нашем случае желательно получить как можно больше. Сечение провода при этом будет соответственно уменьшаться и здесь важно вовремя остановиться в своем усердии. Приведенное сечение, на мой взгляд, является компромиссным. При достаточной конструктивной прочности сопротивление составило примерно 1 Ом. Это не много, но вполне достаточно для получения требуемых 8 Вт. Сопротивление я измерял на готовом куске провода очень крутым прибором ценой в недорогой автомобиль. В домашних же условиях результат измерения столь малой величины может быть получен только с очень большой погрешностью. Поэтому нужно либо взять на веру мои измерения, либо вычислить сопротивление (вот где нужна физика!) по формуле: R=p*L/0,785*D², где R - сопротивление в омах, L - длина в метрах, D - диаметр в миллиметрах, р - удельное сопротивление меди, равное 0.017 Ом*кв.мм/м.
В соответствии с законом товарища Ома, для получения требуемых 8 Ватт тепловой мощности, через наш нагреватель необходимо пропустить ток в 3 ампера. Для этого понадобится напряжение всего 3 вольта! Вот где безопасность и абсолютная нетребовательность к электрической изоляции (а значит и к сопутствующей ей тепловой изоляции, которая нашем случае только вредит)! К сожалению, тезис о бесплатном сыре нашел свое подтверждение и в мире аквариумных технологий. Следствием сравнительно большого потребляемого тока есть повышенные требования к сопротивлению подводящих проводников. Многожильный медный провод сечением 0.5-1 кв.мм (я использовал двухжильный провод от автомобильной акустики) вполне подойдет. Длину его, после того, как нагреватель будет введен в эксплуатацию, следует уменьшить до разумного минимума.
Теперь о последнем, но немаловажном компоненте – о трансформаторе. Если требуется мощность в четыре раза большая, чем обозначенная в этой статье (т.е. Ваш аквариум имеет объем около 200 литров), то Вам крупно повезло. Требуемое напряжение в 6 вольт было очень распространено в эпоху ламповой техники для питания нитей накала и на любой барахолке за бутылку пива трансформатор с таким параметром можно сыскать. Выделяемая мощность зависит от квадрата напряжения. Следовательно, удвоение напряжения питания соответствует четырехкратному увеличению мощности для одной и той же нагрузки. P(мощность)=R(сопротивление)*U²(квадрат напряжения питания).
Если же требуемое напряжение отличается от легкодоступных 6.3 вольт, придется поработать руками, т.е. намотать на существующем трансформаторе дополнительную обмотку. Для этого на той же барахолке покупаем трансформатор с исправной первичной (та, что на 220 вольт) обмоткой и наличием небольшого пространства поверх существующих обмоток. У меня нашелся трансформатор от фильмоскопа (для молодежи – это прадедушка современных проекторов) с огромным незаполненным обмотками пространством. Если на нем не обозначена мощность – ориентируйтесь на вес. Необходимым 20-30 Вт примерно соответствует 300-400 грамм «живого веса». Чем больше мощность трансформатора, тем меньшее количество витков будет необходимо в дальнейшем для достижения искомого напряжения, но трансформатор будет тяжелее. Т.е. в большую сторону мощность ограничивает лишь потенциальное место установки. Наматывать новую обмотку будем без разбора трансформатора, т.к. количество витков будет весьма небольшим. Практически намотайте 10 витков поверх всех обмоток и померяйте напряжение. Оно окажется в районе 1-2 вольта. Зависимость напряжения от количества витков линейная. Следовательно, во сколько раз отличается измеренное напряжение от необходимого - во столько же раз нужно увеличить наши 10 витков. На практике оное количество мало будет отличаться от пары десятков и столь малое число витков - это бонус нам за нашу настойчивость. На этом этапе несложно сделать несколько отводов через 3-5 витков, чтобы в дальнейшем можно было варьировать напряжение питания, а, следовательно, и мощность, отдаваемую нагревателем. Все отводы закрепляем на клеммник, а на кабель устанавливаем штекеры.
Осталось определиться с измерением выделяемой мощности. Поскольку фактическое сопротивление нагревателя нам известно крайне приблизительно, вторично воспользуемся законом товарища Ома и вычислим выделяемую мощность теоретически: P=U*I, где P – мощность в ваттах, U - напряжение на штекерах нагревателя в вольтах, I - ток через нагреватель в амперах (удобнее всего измерять без разрыва цепи токовыми клещами (суперполезная вещь в хозяйстве, стоит менее десяти долларов), а можно и тем же мультиметром).
В заключение уточню, что донный нагреватель не предназначен для нагрева всего аквариума. Его цель – создание локального прогрева придонных участков на 1-2 градуса Цельсия для создания микроциркуляции воды в грунте и предотвращения загнивания биомассы без доступа кислорода. С этой же целью выбран и шаг витков.
Творческих Вам успехов!
С уважением, Colombo.
2011, Павлоград