Il “Bignami” della matematica del vapore.

Si stava meglio quando si stava peggio, con i kit eGo era sufficiente premere un pulsante per svapare, fino a che non si sentiva sapore di bruciato (il liquido era esaurito e si doveva fare rabbocco) oppure la batteria iniziava a lampeggiare e si spegneva (era esaurita e doveva essere rimessa in ricarica).

Oggi, apparati altamente specifici e dispositivi ad alto grado di settabilità hanno complicato un po’ le cose.

Ecco una piccola compilation dei termini (e spiegazioni semplificate) che un principiante può “incrociare” nel suo svapo.

Watt (Potenza)

La potenza generata da un apparato termico (nel nostro caso la nostra coil) è data dal voltaggio fornito elevato al quadrato diviso per il valore di resistenza della coil stessa.

Ad esempio, svapando a 4 volt con una coil da 1.5 ohm genererò una potenza pari a 4² / 1.5 = 16/1.5 = 10.6 watt.

E’ di fondamentale importanza sapere come vengono calcolati i watt visto che dipendono direttamente dal voltaggio di alimentazione della coil: molte volte si sente dire “Voglio svapare a 100 watt” senza sapere con che cosa si svapa e se la coil è in grado di sopportare certe erogazioni elettriche (un cavo normalmente e senza configurazioni twistate/claptonate mediamente non è in grado di resistere integro a voltaggi superiori ai 6 volt)

Potenziale elettrico (Volt)

Sapendo il valore di resistenza che sto utilizzando e la potenza che voglio generare, in che maniera ricavo il voltaggio necessario?

Semplice.  ricavando la radice quadrata del prodotto potenza x resistenza espressa in Ohm

Se sto svapando a 40 watt con una coil da 0.5 ohm starò movimentando un voltaggio di  (40 x 0.5) = √20 = 4.47 volt.

Anche in questo caso è utile sapere il voltaggio che si sta per movimentare, per verificare preventivamente che sia compatibile con i range sicuri di utilizzo degli apparati che si stanno utilizzando: se volessi fare nuvoloni a 40 watt con un Aspire Nautilus con coil da 1.8 ohm andrei a movimentare  (40 x 1.8) = √ 72 = 8.5 volt, con la certezza di mettere fuori uso la coil e forse anche rischiando l’incolumità.

Intensità elettrica (Ampere)

Come faccio a generare un voltaggio? Risposta: con una intensità elettrica specifica ed è ricavabile dalla formula voltaggio da generare / valore di resistenza.

La mia coil da 0.5 ohm alimentata a 4 v andrà pertanto a prelevare 4 / 0.5 = 8 ampere di intensità elettrica dall’accumulatore elettrico che sto movimentando e di conseguenza è necessario utilizzare un dispositivo dotato di adeguata capacità di erogazione.

Dovessi svapare a 4 volt con coil da 0.2 ohm  andrei invece a movimentare una intensità elettrica paria 4/0.2 = 20 ampere, che non è un valore trascurabile.

E in che maniera ho bisogno di questa intensità? Se dovessi “spuntare” una coil al nickel da 0.15 ohm a 4.4 volt iniziali andrei a movimentare per un breve periodo di tempo (qualche secondo) 4.4 / 0.15 = 29.33 ampere, immediatamente ridotti dalla salita in temperatura della coil e dal circuito di controllo TC, se le stesse impostazioni dovessero essere movimentate su un dripper dual coil in un lungo tiro di polmone, la situazione cambia.

Le batterie tipicamente indicano il proprio amperaggio espresso in due ordini di grandezza, di picco (ovvero riferito al prelievo massimo per un lasso di tempo molto breve) o in continuo (ovvero riferito ad un prelievo stabile per un periodo temporale più lungo): motivo per cui la mia coil al nickel potrà essere alimentata da una batteria con 30 ampere di picco ma anche solo 20 ampere di erogazione in continuo, il mio dripper dovrà essere alimentato tassativamente da una batteria con 30 ampere di scarica in continuo.

Alimentare dispositivi elettrici con accumulatori ad amperaggio inadeguato e più basso comporta alcuni problemi: prestazioni modeste (impossibilità di generare le potenze impostate con indicazione, almeno su certi dispositivi a controllo elettronico di un errore “weak battery”), consumo precoce della carica della batteria (data dall’eccessivo affaticamento) fino al danneggiamento nel caso di usi prolungati ed insistiti della chimica della batteria, rendendo la cella agli ioni di litio utilizzata instabile e pericolosa soprattutto durante la fase di ricarica.

E le batterie? Dovendo utilizzare non un dispositivo infinito ma un accumulatore elettrico governato dalle leggi della fisica (e dai suoi limiti) è sostenibile che in dispositivi di qualità adeguata la capacità di carica (espressa in milliampere) è inversamente proporzionale alla capacità di scarica (espressa in ampere) mentre la durata di scarica (intesa come numero di prelievi elettrici) è inversamente proporzionale alla capacità di scarica della batteria.

In che senso? Batterie ad elevata capacità di carica quali le Samsung 30Q e le LG HG2 (3000 mah) tipicamente erogano al massimo 20 ampere in continuo, batterie “di buon compromesso” come le Samsung 25R hanno capacità da 2500 mah e 25 ampere in scarica, batterie “dragster” come le Sony VTC4 hanno una erogazione in continuo fino a 30 ampere ma una capacità di carica di soli 2100 mah.

E parimenti, batterie più “generose” nell’erogazione di amperaggio (curva di erogazione) tenderanno ad avere una durata d’uso (intesa come periodo in cui sono in grado di avere una capacità di scarica efficiente adeguata alle necessità ) più bassa: una Samsung 30Q usata nei suoi range di funzionamento avrà una certa durata (coil da 0.4 ohm su IPV4S, prova fatta) e andrà in blocco “Check battery” intorno ai 3.25/3.3 volt, una Sony VTC4 avrà una durata d’uso più breve e andrà in blocco intorno ai 3.4/3.45 volt, soglia più alta.

Motivo per cui, per avere prestazioni elevate (o di lunghezza di durata d’uso o di intensità elettriche elevate per necessità) è necessario scegliere accuratamente il tipo di batteria che si utilizzerà, diffidando da batterie che troppo spavaldamente promettono 3500 mah di capacità di carica e 40 ampere in continuo di scarica: la “chimica” di una cella agli ioni di litio (anche se di ottima qualità) utilizzata in una batteria 18650 è regolata dai principi della fisica e non dalla fantascienza e oltre certi valori (che la sua natura gli permettono) è impossibile generarli.

Resistenza

Sulla resistenza è difficile ricondurre a formule (in maniera semplice) ma è possibile riflettere su alcuni criteri “fisici” che ne condizionano il funzionamento e la resa:

La resistenza di un cavo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza:  la mia coil da 1.5 ohm fatta in kanthal A1 di sezione 30 gauges/0.255 mm avrà, a parità di lunghezza del cavo, sempre la sua resistenza, indipendentemente dal numero di spire che andrò a generare e dal diametro delle spire stesse: un maggior numero di spire aumenta la superficie termica e il riscaldamento del cotone/mesh del corpo assorbente termico (e quindi la vaporizzazione) ma non influisce in alcuna maniera sul valore della resistenza in ohm della coil

La resistenza di un cavo è inversamente proporzionale alla sua sezione data dalla formula (diametro/2)² x 3.14  ovvero cavi a diametro maggiore tenderanno a generare (a parità di materiale utilizzato valori di  resistenze più basse.

piu cavi/coil collegati in parallelo riducono la propria resistenza specifica secondo la formula (somma dei valori di resistenza dei singoli cavi) / numero di cavi²

Come dire, collegando in parallelo due coil (configurazione dual coil) da 1.2 ohm andrò a generare una resistenza risultante di (1.2+1.2)/2² = 2.4/4 = 0.6 ohm

Su un vecchio Aerotank di Kanger che utilizzava testine dual coil e che montava due testine in parallelo, utilizzando testine dual coil da 0.8 ohm (costituite da due coil da 1.6 ohm in parallelo) si generava una resistenza di (1.6 x 4) / 4² = 6.4/16 = 0.4 ohm.

Motivo per cui è importante tenere presente nell’impostazione dei wattaggi/voltaggi non solo del valore della resistenza della coil utilizzata ma anche di come questo valore è stato ricavato: una resistenza da 0.4 ohm in single coil inizia ad avere vaporizzazioni efficienti già a voltaggi bassi, gli “hard drippermen” che lavorano sullo stesso valore di resistenza ma generato tramite quad coil magari in cavi twistati/clapton hanno necessità di voltaggi molto più alti data la maggiore “inerzia” della coil e la necessità di essere maggiormente alimentata elettricamente per riscaldarsi e vaporizzare, motivo per cui per certi usi si vedono ancora in giro delle battery box doppia batteria in serie.

Sono concetti non facili ma se si vogliono prestazioni elevate (si può svapare comunque benissimo e con appagamento con una semplice pod mod se non si vogliono fare troppi conteggi e riflessioni) è doveroso tenerne presente.