Elementos Peltier – resfriamento e aquecimento

Os módulos termoelétricos padrão têm um princípio de operação inverso. Neste artigo, vamos falar sobre a utilização de módulos Peltier-Seebeck em trocadores de calor e dar um exemplo de montagem de um refrigerador de água e um sistema básico de refrigeração por ar com possibilidade de religamento (aquecimento).

O princípio de funcionamento dos módulos termoelétricos (TEMs) utilizados para resfriamento é baseado no efeito Seebeck – processo oposto ao efeito Peltier. O elemento principal é o mesmo TEM descrito na primeira parte. Quando a corrente contínua é aplicada ao campo dos termopares, uma diferença de temperatura é observada nos planos da placa de cerâmica. Este é um facto baseado num processo termodinâmico, que não iremos descrever (para não nos cansarmos de cálculos científicos), mas mostraremos como aplicá-lo na vida quotidiana..

Nota.Para construir as unidades, cujas instruções são fornecidas a seguir, você precisará de habilidades práticas básicas na montagem de circuitos elétricos. Os modelos de nós fornecidos são aproximados e podem ser substituídos por semelhantes (ou mais / menos poderosos) a critério do mestre.

Como fazer seu próprio refrigerador de água

O leitor perspicaz já entendeu que a “concha milagrosa” da primeira parte pode ser usada para resfriar o líquido se você executá-la “na direção oposta” conectando uma corrente contínua.

TEMs são usados ​​em todos os refrigeradores de água. É perfeitamente possível construir um análogo deste dispositivo de fábrica com suas próprias mãos, enquanto ele não funcionará pior. Descreveremos o próprio princípio de operação e o esquema de montagem. As opções de layout e design podem ser selecionadas com base em suas próprias necessidades. Por exemplo, torne-o portátil ou fixo, integrado em móveis de cozinha ou sistema de tratamento de água potável. A última opção é ótima, uma vez que o resfriamento no sistema será controlado (na fonte de alimentação).

Para isso, precisamos:

1. Recipiente retangular de aço inoxidável plano selado com dimensões 100x100x30 (trocador de calor frasco) com saídas roscadas em? polegadas nos lados curtos. Este é o único elemento, cuja fabricação é melhor encomendada por um artesão na fábrica..
2. Linha de água potável com encaixe? polegadas (do tanque ou abastecimento de água).
3. Fonte de alimentação de 10-12 volts com amperagem ajustável.
4. Módulos termoelétricos TEC1-12705 (40×40) – 2 unid..
5. Seção transversal do fio de 0,2 mm.
6. Cola termofusível ou pasta térmica.
7. Chave para 2 canais (chave seletora, botão).
8. Torneira, ferro de solda, solda.

Usando cola quente, fixamos o TEM no frasco. Conectamos os fios nos grupos apropriados (mais e menos). Determinamos um local conveniente para a chave, levando em consideração a possibilidade de substituição durante o reparo e a acessibilidade durante o uso. Nós o incluímos no diagrama. Conectamos os fios à fonte de alimentação. Realizamos testes de circuito.

Atenção! Ao testar, limite-se a observar o próprio fato da operação correta, mas não tente dar a carga máxima a seco – isso pode levar à falha do TEM (não pode ser reparado).

Em seguida, conectamos a conexão de entrada do frasco do trocador de calor com o canal de abastecimento de água, e a saída com a mangueira (flexível ou rígida) à torneira.

Enchemos o sistema com água e ajustamos a amperagem ideal na pressão de jato necessária. A cabeça ideal é ligeiramente mais forte que a gravidade. Isso será suficiente para a ingestão de água potável fria. O resto das nuances – fixadores, comprimento do fio, localização – são puramente individuais em cada caso.

Este sistema básico pode ser desenvolvido e melhorado. Por exemplo, instale um termostato no trocador de calor e inclua-o no circuito em vez de uma chave (chave seletora) – é adequado onde a água de uma determinada temperatura é constantemente necessária. O frasco do trocador de calor pode ser feito de prata para ionização adicional de água. Ao incluir um conversor elevador de tensão constante EK-1674 no sistema, você pode reduzir o consumo de energia ao mínimo.

Calculando o custo de construção de um refrigerador:

Nome	Unidade rev.	Qty	Preço unitário / esfregar.	St, esfregue.
Trocador de calor de aço inoxidável (com trabalho)	PCS.	1	1000	1000
TEM TEC1-12705 (40×40), 53 watts	PCS.	2	300	600
Fonte de energia	PCS.	1	300	300
Chave	PCS.	1	50	50
Fios de 0,2 mm	m	cinco	6	trinta
Cola quente (pasta térmica) Radial 2 ml	PCS.	1	150	150
Tubos, acessórios, revestimentos	–	–	300	300
Total				2430

Este sistema não utiliza radiador com aletas, uma vez que o objetivo definido – resfriar (mas não congelar) um pequeno volume de água (300 ml) – é alcançado sem ele..

Como fazer um minigeladeira, refrigerador ou ar condicionado em módulos termoelétricos por conta própria

Uma tarefa mais difícil é o resfriamento do ar. Se no caso da água a eficiência do refrigerador é garantida pela diferença na densidade do meio (água – ar), então no caso de um meio homogêneo (ar – ar) a situação é mais complicada. A principal dificuldade é a remoção da temperatura do lado quente da superfície TEM. Mais precisamente – remoção síncrona da temperatura de ambas as superfícies. Se você apenas iniciar o elemento Peltier-Seebeck, o ar aquecido e resfriado irão se misturar e a temperatura se igualará.

Em espaços confinados de pequeno volume (até 0,7 m³) um sistema de resfriamento baseado em um TEM com uma saída de ar de dupla face é bastante aplicável. Isso permite que você construa uma nova caixa de refrigeração ou dê uma segunda vida a um refrigerador antigo (freezer). Para fazer isso, você terá que complicar um pouco o sistema incluindo um par de exaustores de potência mútua, um relé de temperatura, um radiador com aletas e utilizar módulos termelétricos mais eficientes.

Precisamos (para um ponto de resfriamento básico):

1. TEM TES1-12712 (40Х40), 106 watts – 1 peça.
2. Ventilador RQA 12025HSL 110VAC (ou mais potente) – 2 unid..
3. Radiador HS 036-100 (100x85x25 mm).
4. Termostato TAM-133-1m (interruptor de temperatura com sensor).
5. Fonte de alimentação DC 12 volts, 6 amperes (ajustável).
6. Folha de duralumínio.
7. Fios, graxa térmica, fixadores

Na caixa acabada, na parte superior da zona refrigerada, fazemos uma janela retangular com dimensões de 100×100 mm. Cortamos duas placas de duralumínio com dimensões de 130×130 mm e 180×180 mm. Fixamos o ventilador no centro da placa menor de forma que o fluxo de ar permaneça 1 cm Instalamos o termostato dentro da caixa. Montamos a menor das placas de dentro da caixa (com um ventilador dentro da caixa) em parafusos ou rebites por meio de um selante. Colamos os TEMs na placa montada e retiramos os fios. Recortamos e dobramos uma placa grande para que caiba no orifício de montagem, mas ao mesmo tempo há lados para fixá-la na parede da caixa pelo lado de fora. Nós anexamos um radiador e um segundo ventilador a ele. Lubrifique generosamente com pasta térmica TEM e monte a placa na parede da caixa através de um selante.

Atenção! Deve haver um contato máximo entre a área TEM e a placa!

Coletamos o circuito elétrico. Recomendamos ligar os ventiladores na potência máxima constante e a corrente do TEM através do regulador. Isso fornecerá remoção de temperatura eficaz e mistura de ar ao operar em modos diferentes (não em capacidade total).

As vantagens deste design:

• operação silenciosa em comparação com refrigeradores de compressor;
• falta de mecanismos e peças móveis, forças de atrito (nada para quebrar);
• nenhum fluido de transferência de calor (freon) é usado;
• consumo total de energia de cerca de 200 watts;
• você pode atualizar o design, variar o desempenho;
• disponibilidade e manutenção de unidades individuais.

Desvantagens:

• condensação pode aparecer nas placas de duralumínio;
• unidade de controle externa;
• muitos fatores e nuances do trabalho são revelados empiricamente durante o uso;
• pequena área de aplicação.

Cálculo do custo de construção de um sistema de resfriamento básico para uma geladeira e ar condicionado:

Nome	Unidade rev.	Qty	Preço unitário / esfregar.	St, esfregue.
TEM TES1-12712 (40Х40), 106 watts	PCS.	1	600	600
Ventilador RQA 12025HSL 110VAC	PCS.	2	150	300
Duralumínio 3 mm	PCS.	1	300	300
Fonte de alimentação DC	PCS.	1	300	300
Termostato TAM-133-1m	PCS.	1	250	250
Radiador HS 036-100	PCS.	1	220	220
Fios, graxa térmica, fixadores, solda	–	–	300	300
Total				2270

Em princípio, este projeto é um condicionador de ar embutido pronto para ser instalado na cabine de um carro, trator, aviário fechado ou cabine de segurança. Você só precisa pensar na proteção construtiva contra a precipitação atmosférica.

A reserva de energia do módulo TEC1-12712 é bastante grande. A amplitude da temperatura nas laterais do elemento pode chegar a 50 graus. Com uma temperatura de ar de +27 ° C e usando um sistema de refrigeração líquida (radiador + ventilador), um impressionante negativo de 25 ° C pode ser extraído na saída! Isso permite que você crie freezers silenciosos e sem compressor, mesmo em casa.

Onde mais os módulos termelétricos são usados?

O efeito Peltier-Seebeck é conhecido desde a década de 1840. Ele é usado ativamente até hoje, graças à estabilidade das leis da física. O módulo termelétrico sempre encontrará um local onde haja excesso de energia ou seja necessário transferir calor de forma rápida e silenciosa.

As principais aplicações dos módulos termelétricos:

1. Resfriamento de microcircuitos. Os ventiladores, como o trocador de calor principal, são uma coisa do passado. Eles estão sendo substituídos por TEM compactos, silenciosos e quase eternos.
2. Engenharia Mecânica. Mesmo o ICE mais moderno gera gases de escape da câmara de combustão. Os engenheiros usam seu calor para gerar energia adicional usando elementos Peltier. A energia coletada é realimentada para os sistemas do motor, mas na forma de corrente contínua, o que economiza combustível.
3. Eletrodomésticos. Tudo descrito acima, além da maioria dos eletrodomésticos que funcionam para resfriamento ou aquecimento (exceto refrigeradores de compressor).

E finalmente um pequeno segredo. Nosso módulo tem uma propriedade quase maravilhosa – reversibilidade. Isso significa que quando a polaridade DC é invertida nos fios do módulo (usando um interruptor), as superfícies quentes e frias são invertidas. O refrigerador se transforma em um aquecedor, o refrigerador se transforma em uma câmara térmica (incubadora) e o ar condicionado se transforma em um aquecedor com ventilador de baixa potência. Você não precisa alterar o esquema do dispositivo para isso. Simplesmente mude a polaridade.

Este princípio é usado em um dispositivo chamado recuperador. É uma caixa, composta por duas câmaras isoladas, que se ligam entre si através de ventiladores. Com a ajuda dos módulos Peltier, o ar frio de fora é aquecido pela energia extraída do ar aquecido que é retirado da sala. O dispositivo permite que você economize no aquecimento da casa.

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