Els equips de refrigeració i els sistemes de refrigeració d'aire són elements essencials de la vida quotidiana. Tanmateix, els dissenys volumètrics estàndard basats en refrigerants no són adequats per a aplicacions mòbils, com ara bosses refrigeradores. En aquests casos, s'utilitzen dispositius basats en el funcionament de l'efecte Peltier, que parlarem amb detall en aquest material.
L'element Peltier o refrigerador termoelèctric es basa en un termoparell de dos elements amb conductivitat de tipus p i n, que estan connectats per una placa de coure de connexió. Els detalls en la majoria dels casos estan fets de bismut, tel·luri, antimoni i seleni. Aquests dispositius s'utilitzen en sistemes de refrigeració domèstics, també tenen la capacitat de generar energia.
Contingut
Què és això
El fenomen i el terme Peltier suggereixen un descobriment fet el 1834 pel científic francès Jean-Charles Peltier.L'essència del descobriment és que la calor s'allibera o s'absorbeix constantment a la zona on hi ha un contacte entre dos conductors de direcció diferent pels quals circula un corrent elèctric.
La teoria clàssica explica aquest fenomen d'aquesta manera: amb l'ajuda d'un corrent elèctric, els electrons es transfereixen entre metalls, accelerant-se o alentint-se, en funció de la diferència de potencial de contacte en conductors metàl·lics amb diferents nivells de conductivitat. Així, els elements Peltier contribueixen a la conversió de l'energia cinètica en calor.
En el segon conductor, es produeix l'efecte contrari, on la reposició d'energia és necessària d'acord amb la llei fonamental de la física. Aquesta situació es produeix a causa del procés d'oscil·lació tèrmica, com a resultat del qual es refreda el metall del segon conductor.
Amb l'ajuda de les modernes tecnologies, és possible fabricar un mòdul Peltier amb un efecte termoelèctric màxim.
Dispositiu i principi de funcionament
Els mòduls Peltier moderns són un disseny en què hi ha dues plaques aïllants i els termoparells es connecten entre ells en una seqüència estricta. A la figura es mostra l'esquema estàndard d'aquest element per a una millor comprensió del seu funcionament.
Designacions dels elements estructurals:
- A - contactes, amb l'ajuda dels quals es realitza la connexió a la font d'alimentació;
- B - superfície calenta;
- C - costat fred;
- D - conductors de coure;
- E és un semiconductor d'unió p;
- F és un semiconductor de tipus n.
L'element està fet de manera que ambdues superfícies estiguin en contacte amb les unions p-n o n-p, en funció de la polaritat. Els contactes p-n s'escalfen i la temperatura n-p disminueix.Com a resultat, apareix una diferència de temperatura DT als extrems de l'element. Aquest efecte fa que l'energia tèrmica que es mou entre els elements del mòdul regula el règim de temperatura en funció de la polaritat. També cal tenir en compte que en el cas d'un canvi de polaritat, les superfícies calentes i fredes canvien.
Especificacions
Els paràmetres tècnics de l'element Peltier assumeixen els valors següents:
- capacitat de refrigeració (Qmax): calculada sobre la base del límit de corrent i la diferència de temperatura entre els extrems del mòdul. Unitat de mesura - Watt;
- diferència de temperatura limitant (DTmax): mesurat en graus, aquesta característica es dóna per a condicions òptimes;
- Imax és el corrent elèctric màxim necessari per proporcionar una diferència de temperatura més gran;
- tensió límit Umax, que és necessària perquè el corrent elèctric Imax aconsegueixi la màxima diferència de temperatura DTmax;
- Resistència: resistència interna del dispositiu, mesurada en ohms;
- COP és el coeficient d'eficiència o eficiència del mòdul Peltier, que reflecteix la relació de refrigeració i consum d'energia. Depenent de les característiques del dispositiu, per a dispositius econòmics, l'indicador està en el rang de 0,3-0,35, per als models més cars varia fins a 0,5.
Els avantatges de l'element Peltier mòbil són les petites dimensions, la reversibilitat del procés, així com la possibilitat d'utilitzar-lo com a generador elèctric portàtil o nevera.
Els desavantatges del mòdul són un alt cost, una baixa eficiència en un 3%, uns costos energètics elevats i la necessitat de mantenir constantment la diferència de temperatura.
Aplicació
Fins i tot tenint en compte el baix coeficient d'eficiència, les plaques del mòdul Peltier s'utilitzen àmpliament en dispositius de mesura, informàtics, així com en electrodomèstics portàtils. A continuació, es mostra una llista de dispositius en què els models formen part integral:
- dispositius de refrigeració portàtils;
- petits generadors d'electricitat;
- complexos de refrigeració en ordinadors i portàtils;
- refrigeradors per escalfar i refredar aigua potable;
- assecadors d'aire.
Com connectar
Podeu connectar el mòdul Peltier vosaltres mateixos, no requereix molt de temps i esforç. Els contactes de sortida s'han de subministrar amb una tensió constant, que s'indica a les instruccions d'ús del dispositiu. El cable vermell està connectat al positiu i el cable negre al negatiu. Tingueu en compte que quan s'inverteix la polaritat, les superfícies escalfades i refrigerades canviaran de lloc.
Abans de connectar, es recomana comprovar l'operativitat de l'element. Una de les maneres senzilles i fiables de comprovar el dispositiu és el mètode tàctil: per això cal connectar el dispositiu a una font de corrent elèctric i tocar diferents contactes. En un dispositiu que funciona normalment, alguns contactes seran càlids, mentre que altres seran freds.
També podeu comprovar amb un multímetre i un encenedor. Per fer-ho, cal connectar les sondes als contactes del dispositiu, portar l'encenedor a un costat i observar les lectures del multímetre. Si l'element Peltier funciona en el mode estàndard, durant el procés d'escalfament, es generarà un corrent elèctric en un costat i les dades de tensió es mostraran a la pantalla del multímetre.
Com fer un element peltier de bricolatge
L'element Peltier és poc pràctic de fabricar a casa a causa del baix cost i la necessitat de coneixements especials per crear un element viable. Tanmateix, podeu muntar un generador termoelèctric mòbil eficient amb les vostres pròpies mans, que us resultarà molt útil al país o en un viatge de càmping.
Per estabilitzar la tensió elèctrica, haureu de muntar vosaltres mateixos un convertidor estàndard al xip IC L6920. S'ha d'aplicar una tensió de 0,8-5,5 V a l'entrada del dispositiu, i a la sortida produirà 5 V, aquest valor és suficient per carregar la bateria dels dispositius mòbils en mode estàndard. Si s'utilitza un dispositiu electrònic Peltier estàndard, caldrà limitar el límit de temperatura de la superfície escalfada a 150 graus. Per facilitar el control de la temperatura, s'aconsella utilitzar una tetera amb aigua bullint, aleshores el model no s'escalfarà més de 100 graus.
Les plaques Peltier s'utilitzen àmpliament per refredar els electrodomèstics moderns, en els aparells d'aire condicionat, s'ha demostrat l'eficàcia del dispositiu, en particular, per estabilitzar el règim tèrmic i refredar un processador potent. Sobre la base de l'element Peltier, sovint es fabriquen refrigeradors mòbils efectius a casa per a cases d'estiu o cotxes, alimentant el radiador. A causa de la reversibilitat del procés, els elements d'elaboració pròpia s'utilitzen com a petites centrals elèctriques mòbils en zones sense font d'electricitat.
Articles semblants:
