Era l'anno 2020 e nel modo c'era il COVID ed io ho cercato di contribuire per debellarlo con una particolare mascherina sterilizzatrice. Si tratta di un dispositivo che sterilizza l'aria inspirata tramite radiazione ultravioletta ed altrettanto per l'aria espirata in modo da impedire alle persone infette di diffondere il virus.
Disegno CAD 3D della mascherina sterilizzatrice
un esemplare da test completo di alimentatore
La mia idea è abbastanza semplice:
La radiazione UV-C, in particolare quella lunghezza d’onda intorno ai 250/280 nm, ha la capacità di deattivare i patogeni rompendo le strutture degli acidi nucleici (in particolare nella timina) e creando nuovi legami tra nucleotidi adiacenti formando dei dimeri (legami doppi). Ne consegue che un’adeguata esposizione ai raggi UV-C di una massa d’aria sia in grado di sterilizzarla, a patto che la densità di radiazione sia sufficiente in base al tempo di trattamento.
Sono partito dal presupposto, confermato da ricerche, che il volume d’aria inspirato in condizioni normali va da 0,5 a 0,8 litri ad ogni respiro. Il numero di respiri è mediamente di 15 al minuto, ovvero uno ogni 4 secondi, con 1 secondo di trattenimento dell’aria. Dunque la fase di inspirazione dura circa 1,5 sec, e altrettanto quella di espirazione. In sostanza aspiriamo/espiriamo da 333 a 533 cmc al secondo. Ovviamente in condizioni di affaticamento o stress questi valori possono essere molto diversi, dunque per il nostro caso è meglio ipotizzare un valore almeno doppio, dunque stabiliamo un flusso d’aria di circa 1100 cmq al secondo.
il labirinto sterilizzatore (prima versione)
Primi test di irraggiamento con led
UV standard da 395 Nm
I canali del labirinto sono sdoppiati, dunque all’interno di ogni singolo canale abbiamo un flusso di 550 cmc al secondo. L’efficienza di inattivazione è proporzionale all’intensità di radiazione emessa e il tempo di irradiazione e si misura in microWatt per secondo/cmq.
La letteratura da me consultata indica che un dosaggio da 6 a 8 microWatt*s/cmq è sufficiente ad inibire il 95% dei microorganismi patogeni, sia batteri che virus. Non solo, ma pare che recenti studi confermino che anche le molecole di varie sostanze chimiche inquinanti/tossiche vengano distrutte da un’adeguata esposizione alla radiazione UV-C.
Ora, 8 microWatt/cmq irradiati per un secondo corrispondono a 176 microWatt/cmq irradiati in 47 millisec. La sezione del canale è di 2,16 cmq, dunque ci serviranno minimo 380 microWatt per ottenere il risultato voluto. Nel mio prototipo uso dei LED UV-C emittenti a 275 nm con una potenza di emissione di 4 milliWatt, decisamente sovradimensionati per il nostro scopo.
La stampa in 3D del modello definitivo