Equipamentos de refrigeração e sistemas de refrigeração a ar são elementos essenciais da vida cotidiana. No entanto, os projetos volumétricos baseados em refrigerante padrão não são adequados para aplicações móveis, como bolsas térmicas. Nesses casos, são utilizados dispositivos baseados na operação do efeito Peltier, que discutiremos detalhadamente neste material.
O elemento Peltier ou resfriador termoelétrico é baseado em um termopar de dois elementos com condutividade do tipo p e n, que são conectados por uma placa de cobre de conexão. Os detalhes na maioria dos casos são feitos de bismuto, telúrio, antimônio e selênio. Tais dispositivos são usados em sistemas de refrigeração domésticos, eles também têm a capacidade de gerar energia.
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O que é isso
O fenômeno e o termo Peltier sugerem uma descoberta feita em 1834 pelo cientista francês Jean-Charles Peltier.A essência da descoberta é que o calor é constantemente liberado ou absorvido na área onde há um contato entre dois condutores direcionados de forma diferente através dos quais flui uma corrente elétrica.
A teoria clássica explica esse fenômeno da seguinte maneira: com a ajuda de uma corrente elétrica, os elétrons são transferidos entre os metais, acelerando ou desacelerando, dependendo da diferença de potencial de contato em condutores metálicos com diferentes níveis de condutividade. Os elementos Peltier contribuem assim para a conversão de energia cinética em calor.
No segundo condutor, ocorre o efeito contrário, onde é necessário o reabastecimento de energia com base na lei fundamental da física. Essa situação ocorre devido ao processo de oscilação térmica, como resultado do resfriamento do metal do segundo condutor.
Com a ajuda de tecnologias modernas, é possível fabricar um módulo Peltier com efeito termoelétrico máximo.
Dispositivo e princípio de operação
Os módulos Peltier modernos são um projeto no qual existem duas placas isolantes e os termopares são conectados entre eles em sequência estrita. O esquema padrão deste elemento para melhor compreensão de seu funcionamento é mostrado na figura.
Designações de elementos estruturais:
- A - contatos, com os quais é realizada a conexão com a fonte de alimentação;
- B - superfície quente;
- C - lado frio;
- D - condutores de cobre;
- E é um semicondutor de junção p;
- F é um semicondutor do tipo n.
O elemento é feito de forma que ambas as superfícies estejam em contato com junções p-n ou n-p, com base na polaridade. Os contatos p-n aquecem e a temperatura n-p diminui.Como resultado, uma diferença de temperatura DT aparece nas extremidades do elemento. Este efeito significa que a energia térmica que se move entre os elementos do módulo regula o regime de temperatura dependendo da polaridade. Deve-se notar também que, no caso de uma mudança de polaridade, as superfícies quentes e frias mudam.
Especificações
Os parâmetros técnicos do elemento Peltier assumem os seguintes valores:
- capacidade de refrigeração (Qmax) - calculada com base no limite de corrente e na diferença de temperatura entre as extremidades do módulo. Unidade de medida - Watt;
- diferença de temperatura limite (DTmax) - medida em graus, essa característica é fornecida para condições ideais;
- Imax é a corrente elétrica máxima necessária para fornecer uma diferença de temperatura maior;
- tensão limite Umax, que é necessária para que a corrente elétrica Imax atinja a diferença máxima de temperatura DTmax;
- Resistência - resistência interna do dispositivo, medida em Ohms;
- COP é o coeficiente de eficiência ou eficiência do módulo Peltier, que reflete a proporção de resfriamento e consumo de energia. Dependendo dos recursos do dispositivo, para dispositivos baratos, o indicador está na faixa de 0,3-0,35, para modelos mais caros varia até 0,5.
As vantagens do elemento Peltier móvel são as pequenas dimensões, a reversibilidade do processo, bem como a possibilidade de utilizá-lo como gerador elétrico portátil ou refrigerador.
As desvantagens do módulo são o alto custo, baixa eficiência dentro de 3%, altos custos de energia e a necessidade de manter constantemente a diferença de temperatura.
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Mesmo levando em conta o baixo coeficiente de eficiência, as placas do módulo Peltier são amplamente utilizadas em dispositivos de medição, computação, bem como em eletrodomésticos portáteis. Aqui está uma lista de dispositivos nos quais os modelos são parte integrante:
- dispositivos portáteis de refrigeração;
- pequenos geradores de eletricidade;
- complexos de refrigeração em PCs e laptops;
- refrigeradores para aquecimento e arrefecimento de água potável;
- secadores de ar.
Como conectar
Você mesmo pode conectar o módulo Peltier, não requer muito tempo e esforço. Os contatos de saída devem ser alimentados com uma tensão constante, que é indicada nas instruções de operação do dispositivo. O fio vermelho está conectado ao positivo e o fio preto está conectado ao negativo. Observe que quando a polaridade é invertida, as superfícies aquecidas e resfriadas trocam de lugar.
Antes de conectar, é recomendável verificar a operacionalidade do elemento. Uma das maneiras simples e confiáveis de verificar o dispositivo é o método tátil: para isso, você precisa conectar o dispositivo a uma fonte de corrente elétrica e tocar em diferentes contatos. Em um dispositivo funcionando normalmente, alguns contatos estarão quentes, enquanto outros estarão frios.
Você também pode verificar com um multímetro e um isqueiro. Para fazer isso, você precisa conectar as pontas de prova aos contatos do dispositivo, colocar o isqueiro de lado e observar as leituras do multímetro. Se o elemento Peltier estiver operando no modo padrão, durante o processo de aquecimento, uma corrente elétrica será gerada em um lado e os dados de tensão serão exibidos na tela do multímetro.
Como fazer um elemento peltier faça você mesmo
O elemento Peltier é impraticável para fabricar em casa devido ao baixo custo e à necessidade de conhecimento especial para criar um elemento viável. No entanto, você pode montar um gerador termoelétrico móvel eficiente com suas próprias mãos, o que será útil no país ou em um acampamento.
Para estabilizar a tensão elétrica, você precisará montar um conversor padrão no chip L6920 IC. Uma tensão de 0,8-5,5 V deve ser aplicada à entrada do dispositivo e na saída produzirá 5 V, esse valor é suficiente para carregar a bateria dos dispositivos móveis no modo padrão. Se um dispositivo Peltier eletrônico padrão for usado, será necessário limitar o limite de temperatura da superfície aquecida a 150 graus. Para facilitar o controle de temperatura, é aconselhável usar uma chaleira com água fervente, pois o modelo não aquecerá mais de 100 graus.
As placas Peltier são amplamente utilizadas para resfriar eletrodomésticos modernos, em condicionadores de ar, a eficácia do dispositivo foi comprovada, em particular, para estabilizar o regime térmico e resfriar um processador poderoso. Com base no elemento Peltier, refrigeradores móveis eficazes geralmente são feitos em casa para casas de verão ou carros, alimentando o radiador. Devido à reversibilidade do processo, elementos de fabricação própria são utilizados como pequenas centrais móveis em áreas sem fonte de eletricidade.
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