Los equipos de refrigeración y los sistemas de refrigeración por aire son elementos esenciales de la vida cotidiana. Sin embargo, los diseños volumétricos estándar basados en refrigerantes no son adecuados para aplicaciones móviles como las bolsas térmicas. En tales casos, se utilizan dispositivos basados en la operación del efecto Peltier, que discutiremos en detalle en este material.
El elemento Peltier o enfriador termoeléctrico se basa en un termopar de dos elementos con conductividad tipo p y tipo n, que están conectados por una placa de conexión de cobre. Los detalles en la mayoría de los casos están hechos de bismuto, telurio, antimonio y selenio. Dichos dispositivos se utilizan en sistemas de refrigeración domésticos, también tienen la capacidad de generar energía.
Contenido
Lo que es
El fenómeno y el término Peltier sugieren un descubrimiento realizado en 1834 por el científico francés Jean-Charles Peltier.La esencia del descubrimiento es que el calor se libera o absorbe constantemente en el área donde hay un contacto entre dos conductores dirigidos de manera diferente a través de los cuales fluye una corriente eléctrica.
La teoría clásica explica este fenómeno de esta manera: con la ayuda de una corriente eléctrica, los electrones se transfieren entre los metales, acelerándose o desacelerándose, dependiendo de la diferencia de potencial de contacto en conductores metálicos con diferentes niveles de conductividad. Los elementos Peltier contribuyen así a la conversión de energía cinética en calor.
En el segundo conductor, ocurre el efecto contrario, donde la reposición de energía es necesaria en base a la ley fundamental de la física. Esta situación ocurre debido al proceso de oscilación térmica, como resultado del cual se enfría el metal del segundo conductor.
Con la ayuda de tecnologías modernas, es posible fabricar un módulo Peltier con un efecto termoeléctrico máximo.
Dispositivo y principio de funcionamiento.
Los módulos Peltier modernos son un diseño en el que hay dos placas aislantes y los termopares están conectados entre ellos en secuencia estricta. En la figura se muestra el esquema estándar de este elemento para una mejor comprensión de su funcionamiento.
Designaciones de elementos estructurales:
- A - contactos, con la ayuda de los cuales se realiza la conexión a la fuente de alimentación;
- B - superficie caliente;
- C - lado frío;
- D - conductores de cobre;
- E es un semiconductor de unión p;
- F es un semiconductor de tipo n.
El elemento está hecho para que ambas superficies estén en contacto con uniones p-n o n-p, según la polaridad. Los contactos p-n se calientan y la temperatura n-p disminuye.Como resultado, aparece una diferencia de temperatura DT en los extremos del elemento. Este efecto hace que la energía térmica que se mueve entre los elementos del módulo regula el régimen de temperatura en función de la polaridad. También debe tenerse en cuenta que en el caso de un cambio de polaridad, las superficies frías y calientes cambian.
Especificaciones
Los parámetros técnicos del elemento Peltier asumen los siguientes valores:
- capacidad de refrigeración (Qmax) - calculada sobre la base del límite de corriente y la diferencia de temperatura entre los extremos del módulo. Unidad de medida - vatio;
- diferencia de temperatura límite (DTmax) - medida en grados, esta característica se da para condiciones óptimas;
- Imax es la corriente eléctrica máxima requerida para proporcionar una mayor diferencia de temperatura;
- tensión límite Umax, que se requiere para que la corriente eléctrica Imax alcance la máxima diferencia de temperatura DTmax;
- Resistencia: resistencia interna del dispositivo, medida en ohmios;
- COP es el coeficiente de eficiencia o eficiencia del módulo Peltier, que refleja la relación de refrigeración y consumo de energía. Dependiendo de las características del dispositivo, para dispositivos económicos, el indicador está en el rango de 0.3-0.35, para modelos más caros varía hasta 0.5.
Las ventajas del elemento Peltier móvil son las pequeñas dimensiones, la reversibilidad del proceso, así como la posibilidad de utilizarlo como generador eléctrico portátil o frigorífico.
Las desventajas del módulo son el alto costo, la baja eficiencia dentro del 3%, los altos costos de energía y la necesidad de mantener constantemente la diferencia de temperatura.
Solicitud
Incluso teniendo en cuenta el bajo coeficiente de eficiencia, las placas en el módulo Peltier se utilizan ampliamente en dispositivos de medición e informática, así como en electrodomésticos portátiles. Aquí hay una lista de dispositivos en los que los modelos son una parte integral:
- dispositivos de refrigeración portátiles;
- pequeños generadores de electricidad;
- complejos de refrigeración en PC y portátiles;
- refrigeradores para calentar y enfriar agua potable;
- secadores de aire
Como conectar
Puede conectar el módulo Peltier usted mismo, no requiere mucho tiempo ni esfuerzo. Los contactos de salida deben alimentarse con una tensión constante, que se indica en las instrucciones de funcionamiento del dispositivo. El cable rojo está conectado al positivo y el cable negro está conectado al negativo. Tenga en cuenta que cuando se invierte la polaridad, las superficies calentadas y enfriadas cambiarán de lugar.
Antes de conectar, se recomienda verificar la operatividad del elemento. Una de las formas simples y confiables de verificar el dispositivo es el método táctil: para esto, debe conectar el dispositivo a una fuente de corriente eléctrica y tocar diferentes contactos. En un dispositivo que funcione normalmente, algunos contactos estarán calientes, mientras que otros estarán fríos.
También puede verificar con un multímetro y un encendedor. Para hacer esto, debe conectar las sondas a los contactos del dispositivo, llevar el encendedor a un lado y observar las lecturas del multímetro. Si el elemento Peltier está funcionando en el modo estándar, durante el proceso de calentamiento, se generará una corriente eléctrica en un lado y los datos de voltaje se mostrarán en la pantalla del multímetro.
Cómo hacer un elemento peltier de bricolaje
El elemento Peltier no es práctico para fabricar en casa debido al bajo costo y la necesidad de conocimientos especiales para crear un elemento viable. Sin embargo, puede armar un generador termoeléctrico móvil eficiente con sus propias manos, que será útil en el campo o en un viaje de campamento.
Para estabilizar el voltaje eléctrico, deberá ensamblar un convertidor estándar en el chip IC L6920 usted mismo. Se debe aplicar un voltaje de 0.8-5.5 V a la entrada del dispositivo, y en la salida producirá 5 V, este valor es suficiente para cargar la batería de los dispositivos móviles en modo estándar. Si se utiliza un dispositivo Peltier electrónico estándar, será necesario limitar el límite de temperatura de la superficie calentada a 150 grados. Para facilitar el control de la temperatura, es recomendable usar un hervidor con agua hirviendo, luego el modelo no se calentará a más de 100 grados.
Las placas Peltier se usan ampliamente para enfriar los electrodomésticos modernos, en los acondicionadores de aire, se ha demostrado la efectividad del dispositivo, en particular, para estabilizar el régimen térmico y enfriar un procesador potente. Sobre la base del elemento Peltier, los refrigeradores móviles efectivos a menudo se fabrican en el hogar para casas de verano o automóviles, alimentando el radiador. Debido a la reversibilidad del proceso, los elementos de fabricación propia se utilizan como pequeñas centrales eléctricas móviles en áreas sin fuente de electricidad.
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