sábado, 31 de maio de 2014
sábado, 10 de maio de 2014
sábado, 12 de abril de 2014
DISSIPADOR
Para que este projeto tenha o
efeito desejado devemos instalar corretamente um dissipador de calor com cooler no lado quente da pastilha, o
desempenho será bom, quanto menor for a temperatura do lado quente, mais gelado
ficará o outro lado. Para o lado quente da pastilha,
o projeto usará uma placa de metal (dissipador) encostada no PELTIER para dissipar bem o calor, deve-se utilizar pasta térmica entre ambos e vedar bem para evitar que o lado frio seja aquecido
de alguma forma.
Em boa parte das aplicações com
o PELTIER, o alumínio tem respondido bem às variações de temperatura e esta
é uma das razões porque iremos empregá-lo aqui.Dissipador de calor é um objeto de metal geralmente feito de cobre ou alumínio, que, pelo fenômeno da condução térmica, busca maximizar, via presença de uma maior área por onde um fluxo térmico possa ocorrer, a taxa de dissipação térmica - ou seja, de calor - entre qualquer superfície com a qual esteja em contato térmico e o ambiente externo.
Dissipadores térmicos têm por
objetivo garantir a integridade de equipamentos que podem se danificar caso a
expressiva quantidade de energia térmica gerada durante seus funcionamentos não
seja deles removida e dissipada em tempo hábil. Um dissipador térmico é
essencialmente usado nos casos em que a fonte de energia térmica implique por
si só uma elevada radiância térmica, a exemplo em circuitos eletrônicos com
elevado grau de integração. Em essência, o dissipador busca estabelecer uma
maior condutividade térmica entre os sistemas integrados e o ambiente externo
de forma que a taxa de dissipação de energia térmica requisitada ao componente
não implique, entre o ambiente externo e o interno, uma diferença de
temperaturas que possa comprometer a estrutura interna do componente.
No caso do nosso projeto ele
será essencial para dissipação do calor que a parte quente irá liberar quando a
parte fria da pastilha PELTIER estiver agindo dentro da caixa térmica e para
que não haja um superaquecimento na parte externa da pastilha e corremos o
risco de não alcançarmos a temperatura ideal para refrigerar o interior da
caixa térmica, já que a pastilha atinge uma diferença de temperatura de 60°C e
temos que chegar a próximo de 5°C na parte fria, o dissipador auxiliará a
pastilha PELTIER a chegar na temperatura desejada.
O dissipador
de calor a ser utilizado para o projeto é de alumínio
95 mm comprimento por 76 mm largura por 50mm.
Cooler (refrigerador, em inglês) foi
desenvolvido para amenizar a temperatura existente nos processadores, onde há
um grande movimento de elétrons ocasionando a elevação de temperatura.
Esse aparelho, em suas versões mais
comuns, é uma espécie de ventilador que fica dentro das máquinas resfriando as
peças. Em alguns casos como, por exemplo, nos painéis elétricos ele é instalado
nas portas ou laterais das caixas de painéis para jogar para fora o calor
existente no interior da caixa e muitas vezes dependendo do caso são instalados
dois coolers.
No nosso projeto ele será instalado do
lado de fora da caixa para dissipar o calor do lado quente da pastilha; para
alcançarmos a temperatura de 5ºC no interior da caixa refrigeradora.
O tipo de cooler utilizado será o
Air-cooler (refrigerador a ar).
Esse é o mais simples e conhecido dos
coolers que trabalha a base de ar.
Ele irá trabalhar junto com o
dissipador de calor de alumínio, para auxiliar
na retirada de calor da parte quente da pastilha PELTIER.
Dimensões: 80 X 80 X 25 mm
Velocidade: 2600 RPM
Fluxo de ar: 32 c.f.m
Ruído: 34 dba
Tempo de vida útil: 30.000 horas
Adaptador de fonte: 4 vias macho e fêmea
Tensão: 12 V
Corrente: 0,18ª
·
FONTE DE ALIMENTAÇÃO
Com base nos dados do fabricante da célula modelo TEC1-12706-U, a corrente máxima
é de: 6,4 A com
uma tensão máxima de 14,9V CC.
O cooler terá uma alimentação
de 12 V AC e o circuito de controle terá alimentação de 5 V
CC. Estimasse que o circuito de controle
consuma aproximadamente 500 mA, sendo que será reservado 1 A para este
circuito. A fonte de 5 V cc terá que ser
simétrica devido a utilização dos amplificadores operacionais. Logo, o circuito
terá duas fontes distintas e com transformadores separados, uma de 12 V
CC para o acionamento de potência e outra de + 5 V
CC e – 5 V CC para o circuito de
controle. As duas fontes utilizarão circuitos integrados do tipo regulador de
tensão para controlar a tensão de saída. Sendo que a fonte de 15Vcc utilizará também
transistores de potência para aumentar a corrente de saída.
·
Circuito
da fonte de alimentação simétrica 5 V:
Esta fonte utilizará os circuitos integrados LM7805 e LM7905 para
regular, respectivamente, a tensão positiva e negativa. A retificação será
feita por diodos na configuração ponte e do tipo 1N4007. Os
capacitores responsáveis pela filtragem serão de 1000 /16
V e os capacitores e serão
de 100 ,
conforme orientação do fabricante do integrado.
CONTROLADOR DE TEMPERATURADeterminação do sensor de temperatura.
O principal critério para escolha do sensor de temperatura é que ele tenha uma resposta linear entre a temperatura e a grandeza elétrica (Tensão ou Resistência). Outro critério é que ele tenha o range de temperatura adequado ao projeto que é de 0°C até 68°C.
Características do Sensor de Temperatura
Marca: Coel
Modelo: TLZ 10
Tensão: 12, 24, 100, 240 Vca
12, 24 Vcc
Frequência: 48 a 63 Hz
Consumo: Aproximadamente 3 VA
Entradas: 1 entrada para sonda de ambiente PTC (KTY 81-121 990 ohlms a 25C°) ou NTC (103AT-2 10 Kilo ohlm a 25C°)
Saída: 1 saída a relé: OUT SPST-NA inrush (16A 250 Vca) ou SPDT (16A 250 Vca)
Dimensões: 33mm X 75 mm frontal X 64 mm profundidade
Peso: 115 gramas
4.
Pasta Térmica
Outro elemento muito importante para o
bom empenho da pastilha Peltier em nosso projeto é a pasta térmica, que também
tem papel muito importante no resfriamento da pastilha. Sua composição permite
a transmissão de calor e ajuda o dissipador a fazer contato com a pastilha.
A pasta
térmica nada mais é do que um produto que permite uma melhor transmissão do
calor entre a pastilha Peltier, a chapa metálica do dissipador e o cooler. É
uma pasta branca e firme com consistência de pomada, facilmente encontrada em
lojas de componentes eletrônicos. Deve ser passada uma fina camada entre a
pastilha e o dissipador apenas o suficiente para "unir" as duas peças
retirando todo ar que possa haver entre elas.
A pasta
térmica também ajuda a reduzir o calor, porém não se deve exagerar, caso
contrário a eficiência da pasta térmica
será menor, pois apesar dela acabar com a camada de ar entre a pastilha e o
dissipador de calor, ela não é um transmissor de calor tão eficiente quanto os
metais.
Figura 10
5.
MONTAGEM DO CONJUNTO
Este item será desenvolvido no próximo semestre quando
efetivamente realizaremos a montagem do nosso protótipo de caixa refrigeradora,
utilizando todos os itens descriminado acima.
quarta-feira, 9 de abril de 2014
VANTAGENS E DESVANTAGENS
DA REFRIGERAÇÃO ELETRÔNICA
Verificando o efeito PELTIER em produtos no mercado e
em equipamentos para laboratórios, pode-se verificar uma grande vantagem sobre
os outros equipamentos em relação a economia de energia.
O bebedouro eletrônico em relação ao bebedouro a
compressor; ele economiza 40% de energia.
Em uma adega
termoelétrica para 6 garrafas consome por volta de 75w, enquanto uma adega a
compressor consome 0,085 kW/h.
Para adegas de até 12 garrafas, muito provavelmente, utilizam placas PELTIER.
Isso indica que até esta capacidade de refrigeração ainda tem-se condições de
manter a temperatura exigida mas seu limite de atuação com eficiência é de até
3m³. Assim temos que considerar uma desvantagem.
Contudo, lembre-se que a utilização da pastilha PELTIER
tem três grandes vantagens que fazem deste dispositivo assunto para maiores
investigações e estudos pois são muito econômicos; silenciosos e não provocam
vibrações.
DIMENSIONAMENTOS
O cálculo de carga térmica se faz necessário devido a
necessidade de se saber qual é a potência térmica necessária para satisfazer os
parâmetros do projeto. Através do valor da potência térmica obtida nos cálculos
poderá ser definida a célula PELTIER mais adequada disponível no mercado.Além do exposto, para cada material termoelétrico, o coeficiente de efeito frigorífico depende, da configuração geométrica adotada (secção e comprimento dos termopares), das temperaturas das fontes quente e fria e da intensidade de corrente.
Assim para temperaturas de 45°C e 5°C um determinado termopar apresenta variação . O projeto realizado é bem simples, para esse tipo de projeto pode-se basear os cálculos térmicos em unidade de energia conhecida como, BTU (British Thermal Unit) – (Unidade térmica Britânica).
BTU é uma unidade de medida não-métrica (não pertencente ao SI) utilizada principalmente nos Estados Unidos, mas também utilizada no Reino Unido. É uma unidade de energia que é equivalente a 252,2 calorias e a 1055 joules.
Entre 778 e 782 ft.lbf (pés-libra-força).
A quantidade de 1 BTU é definida como a quantidade de energia necessária para se elevar a temperatura de uma massa de uma libra de água em um grau fahrenheit. Para se derreter a mesma massa de gelo, é necessário 143 Btu. 1Watt é aproximadamente 3,41BTU/h.
Exemplo:
Temos 60 Watts dissipados pela célula de PELTIER, se usada nessa configuração.
60 Watts x 3,41BTU/h = 204,6 BTU/h.
Em média 600BTU são suficiente para gelar uma área de 1m².
Como a caixa térmica tem apenas 7 litros.
Vale lembrar que estes valores de calculo é somente um exemplo e não é os valores que dimensionamos para o nosso projeto.
Nas próximas publicações colocaremos os valores reais do protótipo.
OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho é verificar como o efeito PELTIER pode
contribuir com a eficiência energética dos equipamentos que possui sistemas de
refrigeração, diminuindo a temperatura sem utilizar movimento mecânico ou gás,
mas sim com um equipamento eletrônico e sem agredir o meio ambiente.
METODOLOGIA
·
Levantamento de informações sobre os
diferentes efeitos físicos similares e ao efeito PELTIER; para nos auxiliar no
dimensionamento do protótipo.
·
Entender como aumentar a potência das células PELTIER para melhorar e ampliar sua gama de uso.
Entender como aumentar a potência das
células PELTIER para melhorar e ampliar sua gama de uso.
COMO SURGIU A CÉLULA PELTIER
A história do efeito termoelétrico começa em 1821
através do físico Thomas Johann Seebeck (1770 - 1831) que descobriu o efeito
termoelétrico que se refere a uma junção de metais distintos que produz uma
tensão elétrica cujo valor depende dos materiais que a compõem e da temperatura
a que se encontra (Figura 1). Este efeito é conhecido como efeito de Seebeck e
é neste princípio que se baseia o funcionamento do termopar. Os termopares são
dispositivos elétricos com larga aplicação para medição de temperatura.
Em 1834, 13 anos após Seebeck ter descoberto o efeito
Seebeck, Jean Charles Athanase PELTIER (1785 - 1845), descobriu que uma junção
metálica pode produzir calor ou frio, dependendo da direção da corrente
elétrica conhecida pelo o nome de Efeito PELTIER, em sua homenagem. Embora o
Efeito Seebeck, que produz energia elétrica através do calor, tenha sido
descoberto 13 anos antes por Thomas Johann Seebeck, PELTIER descobriu a
capacidade reversível dos termopares para refrigerar, ou seja, gerar frio na
junção metálica. O efeito Seebeck é portanto reversível.
William Thomson, conhecido como o 1º barão Kelvin (1824
- 1907) por desenvolver a escala Kelvin de temperatura absoluta, em 1857,
descobriu que um condutor simples submetido a um gradiente de temperatura,
sofre uma concentração de elétrons em uma de suas extremidades e uma carência
dos mesmos na outra.
A aplicação da termoeletricidade se restringiu durante
muitos anos, quase que exclusivamente, à medida de temperaturas por meio dos
chamados termopares. As primeiras considerações objetivas a respeito da
aplicação do efeito PELTIER à refrigeração, foram feitas pelo cientista alemão
Alternkirch que demonstrou qualitativamente que um material termoelétrico é bom
quando, apresenta um alto coeficiente Seebeck (ou poder termoelétrico), uma
alta condutividade elétrica e uma baixa condutividade térmica.
No início da década de 1930 até o final dos anos de 1970, houve inúmeras descobertas mostrando que materiais semicondutores exibiam melhores propriedades termoelétricas. Até então metais como a liga de bismuto e antimônio eram os mais utilizados. Com o desenvolvimento da técnica dos semicondutores, que apresentam um coeficiente Seebeck bastante superior ao dos metais é que a refrigeração termoelétrica tomou algum impulso. O grande passo na refrigeração termoelétrica foi dado em 1955 com a descoberta do Telureto de Bismuto (Bi2Te3) cujas propriedades, como material semicondutor permite criar diferenças de temperatura entre a fonte quente e a fonte fria da ordem de 72 °C.
pertencem a uma interessante classe de fenômenos físicos reversíveis que surgem em conjunção com dois ou mais processos irreversíveis.
No início da década de 1930 até o final dos anos de 1970, houve inúmeras descobertas mostrando que materiais semicondutores exibiam melhores propriedades termoelétricas. Até então metais como a liga de bismuto e antimônio eram os mais utilizados. Com o desenvolvimento da técnica dos semicondutores, que apresentam um coeficiente Seebeck bastante superior ao dos metais é que a refrigeração termoelétrica tomou algum impulso. O grande passo na refrigeração termoelétrica foi dado em 1955 com a descoberta do Telureto de Bismuto (Bi2Te3) cujas propriedades, como material semicondutor permite criar diferenças de temperatura entre a fonte quente e a fonte fria da ordem de 72 °C.
pertencem a uma interessante classe de fenômenos físicos reversíveis que surgem em conjunção com dois ou mais processos irreversíveis.
Cinco são os efeitos que se observam quando uma
corrente elétrica circula através de um semicondutor.
Para que se compreenda o Efeito PELTIER é preciso
conhecer os outros efeitos físicos que atuam simultaneamente: o efeito Seebeck,
o efeito Thompson e o efeito Volta.
O
EFEITO PELTIER E
OUTROS EFEITOS FÍSICOS
O Efeito PELTIER descreve a capacidade de um
equipamento em transformar uma corrente elétrica em absorção de calor, que pode
ser observado em pastilhas termoelétricas.
As pastilhas termoelétricas de efeito PELTIER em geral utilizam o material semicondutor telureto de bismuto que é altamente dopado para criar semicondutores do tipo P e tipo N, assim um dos materiais passa a ter facilidade de receber elétrons e o outro, facilidade para doar elétrons.
A montagem em série de vários semicondutores positivos alternados com negativos é que permite a formação de uma bateria termoelétrica ou sistema de refrigeração termoelétrica.
Os melhores materiais termoelétricos, tem sido fabricados com os semicondutores, que são materiais de propriedades intermediárias entre os isolantes e os condutores propriamente ditos.
As pastilhas termoelétricas de efeito PELTIER em geral utilizam o material semicondutor telureto de bismuto que é altamente dopado para criar semicondutores do tipo P e tipo N, assim um dos materiais passa a ter facilidade de receber elétrons e o outro, facilidade para doar elétrons.
A montagem em série de vários semicondutores positivos alternados com negativos é que permite a formação de uma bateria termoelétrica ou sistema de refrigeração termoelétrica.
Os melhores materiais termoelétricos, tem sido fabricados com os semicondutores, que são materiais de propriedades intermediárias entre os isolantes e os condutores propriamente ditos.
EFEITO
SEEBECK
Thomas Seebeck, define que num circuito fechado, formado por dois
condutores diferentes, forma uma diferença de temperatura, criando o Efeito Seebeck.
O EFEITO THOMPSON
Thompson concluiu com base na leis de Seebeck e de PELTIER,
que a condução de calor tinha, onde os fios metálicos de um par termoelétrico,
cria uma distribuição por igual de temperatura em cada fio, dando origem ao
Efeito Thomson.
EFEITO VOLTA
E o efeito de volta explica a experiência de PELTIER da
seguinte forma, “Quando dois metais estão em contato com um equilíbrio térmico
e elétrico, existe entre eles uma diferença de potencial que pode ser da ordem
de volts”.
sábado, 5 de abril de 2014
Este blog tem por objetivo mostrar e relatar o
Tcc do grupo de Eletrotécnica do 4º S, da ETEC Getúlio Vargas-Ipiranga, do ano
de 2014.
Após algumas reuniões do grupo, decidimos
elaborar uma protótipo de uma geladeira térmica, para ser utilizada em veículos,
onde o condutor desde veículo possa condicionar alimentos e bebidas, mantendo
em uma temperatura segura para o consumo destes alimentos. Nossa maior
preocupação foi por quem iria ser utilizada esta geladeira portátil e como
otimizar o uso dela para veículos sem ocupar muito espaço, porque no inicio
tínhamos em mente utilizá-la em veículos de pequeno porte.
Depois de algumas conversas, reuniões e
pesquisas de campo, decidimos focar principalmente para o uso de caminhoneiros
e motorista de ônibus de viagem, que passam grande período em seus veículos em
viagens longas e passam com isso muito tempo sem se alimentar ou se alimentando
de forma incorreta, com alimentos industrializados ou nada nutritivos.
Determinado então estes pontos começamos a
pensar na construção deste protótipo, tamanho, forma, material utilizado como
caixa refrigeradora, equipamentos elétricos para o seu funcionamento, modo de
refrigerar este recipiente, como ligá-lo no veiculo, tensão de entrada,
corrente elétrica consumida, potencia, quanto este equipamento iria consumir de
energia, se seria realmente útil e viável, se seria aceito pelo mercado, enfim
até onde valeria a pena insistir nesse projeto. Foi a partir deste ponto que
começamos as pesquisas com os possíveis consumidores, motorista de ônibus e
caminhões que conhecíamos, e percebemos que esse projeto poderia realmente ser
muito útil.
Pesquisamos com fornecedores e na Internet
todo material que iríamos necessitar para construção do protótipo, custo dos
materiais, cálculos necessário para alcançarmos a refrigeração ideal etc.
COMO REFRIGERAR ?
Com pesquisas sobre
refrigeração de pequenos ambiente, conhecemos através de pessoas envolvida na
área de refrigeração e amigos que trabalham conosco a Pastilha Peltier, que é
um componente termoelétrico utilizado para refrigerar ou aquecer pequenos
ambientes.
PASTILHA PELTIER
O Efeito PELTIER descreve a capacidade de um
equipamento em transformar uma corrente elétrica em absorção de calor, que pode
ser observado em pastilhas termoelétricas.
As pastilhas termoelétricas de efeito PELTIER em geral
utilizam o material semicondutor telureto de bismuto que é altamente dopado
para criar semicondutores do tipo P e tipo N, assim um dos materiais passa a
ter facilidade de receber elétrons e o outro, facilidade para doar elétrons.
Figura 01 –
Circuito PELTIER
A montagem em série de vários semicondutores positivos
alternados com negativos é que permite a formação de uma bateria termoelétrica
ou sistema de refrigeração termoelétrica.
Os melhores materiais termoelétricos, tem sido
fabricados com os semicondutores, que são materiais de propriedades
intermediárias entre os isolantes e os condutores propriamente ditos.
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