Elementos Peltier – refrigeración y calefacción

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Los módulos termoeléctricos estándar tienen un principio de funcionamiento inverso. En este artículo hablaremos sobre el uso de módulos Peltier-Seebeck en intercambiadores de calor y daremos un ejemplo de montaje de un enfriador de agua y un sistema básico de refrigeración por aire con posibilidad de reinicio (calefacción).

Elementos Peltier. Refrigeración y calefacción

El principio de funcionamiento de los módulos termoeléctricos (TEM), utilizados para la refrigeración, se basa en el efecto Seebeck, el proceso opuesto al efecto Peltier. El elemento principal es el mismo TEM descrito en la primera parte. Cuando se aplica corriente continua al campo de los termopares, se observa una diferencia de temperatura en los planos de la placa cerámica. Este es un hecho basado en un proceso termodinámico, que no describiremos (para no cansarnos de cálculos científicos), pero mostraremos cómo aplicarlo en la vida cotidiana..

Nota.Para construir las unidades, cuyas instrucciones se dan a continuación, necesitará habilidades prácticas básicas para ensamblar circuitos eléctricos. Los modelos de nodos dados son aproximados y pueden ser reemplazados por similares (o más / menos poderosos) a discreción del maestro..

Cómo hacer tu propio enfriador de agua

El lector exigente ya ha entendido que el «cucharón milagroso» de la primera parte se puede usar para enfriar el líquido si lo hace funcionar «en la dirección opuesta» conectando una corriente continua.

Los TEM se utilizan en todos los enfriadores de agua. Es muy posible construir un análogo de este dispositivo de fábrica con sus propias manos, mientras que no funcionará peor. Describiremos el principio de funcionamiento y el esquema de montaje. Las opciones de diseño y diseño se pueden seleccionar según sus propias necesidades. Por ejemplo, hágalo portátil o fijo, integrado en muebles de cocina o en un sistema de tratamiento de agua potable. La última opción es óptima, ya que se controlará la refrigeración en el sistema (con suministro de energía).

Para esto necesitamos:

  1. Recipiente rectangular plano sellado de acero inoxidable con dimensiones 100x100x30 (intercambiador de calor de matraz) con salidas roscadas en? pulgadas en los lados cortos. Este es el único elemento, cuya fabricación es mejor encargada por un artesano en la fábrica..
  2. Suministro de agua potable con grifería? pulgadas (de un contenedor o plomería).
  3. Fuente de alimentación de 10-12 voltios con amperaje ajustable.
  4. Módulos termoeléctricos TEC1-12705 (40×40) – 2 uds..
  5. Sección de cable 0,2 mm.
  6. Pegamento termofusible o pasta térmica.
  7. Tecla para 2 canales (interruptor de palanca, botón).
  8. Grifo, soldador, soldadura.

Elementos Peltier. Refrigeración y calefacción

Usando pegamento caliente, fije el TEM en el matraz. Conectamos los cables en los grupos apropiados (más y menos). Determinamos una ubicación conveniente para la llave, teniendo en cuenta la posibilidad de reemplazo durante la reparación y la accesibilidad durante el uso. Lo incluimos en el diagrama. Conectamos los cables a la fuente de alimentación. Realizamos pruebas de circuito.

¡Atención! Al realizar la prueba, limítese a observar el hecho mismo del funcionamiento correcto, pero no intente dejar seca la carga máxima; esto puede provocar una falla del TEM (no se puede reparar).

Luego conectamos el racor de entrada del matraz intercambiador de calor con el canal de suministro de agua, y la salida con la manguera (flexible o rígida) al grifo..

Llenamos el sistema con agua y ajustamos el amperaje óptimo a la presión de chorro requerida. La cabeza óptima es un poco más fuerte que la gravedad. Esto será suficiente para la ingesta de agua potable fresca. El resto de matices (sujetadores, longitud del cable, ubicación) son puramente individuales en cada caso.

Este sistema básico se puede desarrollar y mejorar. Por ejemplo, instale un termostato en el intercambiador de calor e inclúyalo en el circuito en lugar de una llave (interruptor de palanca); es adecuado donde se necesita constantemente agua a una cierta temperatura. El matraz del intercambiador de calor puede estar hecho de plata para una ionización adicional del agua. Al incluir un convertidor elevador de voltaje constante EK-1674 en el sistema, puede reducir el consumo de energía al mínimo.

Cálculo del costo de construir un enfriador:

Nombre Unidad Rdo. Cant. Precio unitario / frotar. St, frotar.
Intercambiador de calor de acero inoxidable (con trabajo) PCS. 1 1000 1000
TEM TEC1-12705 (40×40), 53 vatios PCS. 2 300 600
Fuente de alimentación PCS. 1 300 300
Llave PCS. 1 50 50
Cables de 0,2 mm metro cinco 6 treinta
Cola caliente (pasta térmica) Radial 2 ml PCS. 1 150 150
Tubos, accesorios, revestimientos 300 300
Total 2430

Este sistema no utiliza un radiador de aletas, ya que el objetivo establecido, enfriar (pero no congelar) un pequeño volumen de agua (300 ml), se logra sin él..

Cómo hacer un mini-refrigerador, enfriador o aire acondicionado en módulos termoeléctricos por su cuenta

Una tarea más difícil es la refrigeración por aire. Si en el caso del agua, la eficiencia del enfriador está garantizada por la diferencia en la densidad del medio (agua – aire), entonces en el caso de un medio homogéneo (aire – aire) la situación es más complicada. La principal dificultad es la eliminación de la temperatura del lado caliente de la superficie TEM. Más precisamente: eliminación de temperatura sincrónica de ambas superficies. Si simplemente enciende el elemento Peltier-Seebeck, el aire calentado y enfriado se mezclarán y la temperatura se igualará..

En espacios reducidos de pequeño volumen (hasta 0,7 m3) un sistema de refrigeración basado en un TEM con una salida de aire de doble cara es bastante aplicable. Esto le permite construir una nueva caja de enfriamiento o darle una segunda vida a un viejo refrigerador (congelador). Para ello, tendrás que complicar un poco el sistema al incluir un par de extractores de potencia mutua, un relé de temperatura, un radiador de aletas y utilizar módulos termoeléctricos más eficientes..

Elementos Peltier. Refrigeración y calefacción

Necesitamos (para un punto de enfriamiento base):

  1. TEM TES1-12712 (40Х40), 106 vatios – 1 pieza.
  2. Ventilador RQA 12025HSL 110VAC (o más potente) – 2 piezas.
  3. Radiador HS 036-100 (100x85x25 mm).
  4. Termostato TAM-133-1m (interruptor de temperatura con sensor).
  5. Fuente de alimentación CC 12 voltios 6 amperios (ajustable).
  6. Hoja de duraluminio.
  7. Alambres, grasa térmica, sujetadores

En la caja terminada, en la parte superior de la zona refrigerada, hacemos una ventana rectangular con unas dimensiones de 100×100 mm. Recortamos dos placas de duraluminio con unas dimensiones de 130×130 mm y 180×180 mm. Fijamos el ventilador en el centro de la placa más pequeña de tal forma que el flujo de aire quede 1 cm Instalamos el interruptor de temperatura dentro de la caja. Montamos la placa más pequeña desde el interior de la caja (con un ventilador dentro de la caja) sobre tornillos o remaches a través de un sellador. Pegamos los TEM en la placa montada y sacamos los cables. Recortamos y doblamos una placa grande para que encaje en el orificio de montaje, pero al mismo tiempo hay lados para fijar a la pared de la caja desde el exterior. Le adjuntamos un radiador y un segundo ventilador. Lubrique generosamente con pasta térmica TEM y monte la placa en la pared de la caja a través de un sellador.

¡Atención! Debe haber un contacto máximo entre el área TEM y la placa!

Recogemos el circuito eléctrico. Recomendamos encender los ventiladores a una potencia máxima constante, y la corriente para la TEM a través del regulador. Esto proporcionará una eliminación eficaz de la temperatura y una mezcla de aire cuando se opere en diferentes modos (no a plena capacidad).

Las ventajas de este diseño:

  • funcionamiento silencioso en comparación con los refrigeradores de compresor;
  • falta de mecanismos y partes móviles, fuerzas de fricción (nada que romper);
  • no se utilizan portadores de calor líquidos (freón);
  • consumo de energía total de aproximadamente 200 vatios;
  • puede actualizar el diseño, variar el rendimiento;
  • disponibilidad y mantenibilidad de unidades individuales.

Desventajas:

  • puede aparecer condensación en las placas de duraluminio;
  • unidad de control externa;
  • muchos factores y matices del trabajo se revelan empíricamente durante el uso;
  • pequeña área de aplicación.

Elementos Peltier. Refrigeración y calefacción

Cálculo del costo de construir un sistema de enfriamiento básico para un refrigerador y aire acondicionado:

Nombre Unidad Rdo. Cant. Precio unitario / frotar. St, frotar.
TEM TES1-12712 (40X40), 106 vatios PCS. 1 600 600
Ventilador RQA 12025HSL 110VAC PCS. 2 150 300
Duraluminio 3 mm PCS. 1 300 300
Fuente de alimentación DC PCS. 1 300 300
Termostato TAM-133-1m PCS. 1 250 250
Radiador HS 036-100 PCS. 1 220 220
Alambres, grasa térmica, sujetadores, soldadura 300 300
Total 2270

En principio, este diseño es un acondicionador de aire incorporado listo para usar que se puede instalar en la cabina de un automóvil, tractor, en un aviario cerrado o en una cabina de seguridad. Solo es necesario pensar en la protección constructiva contra la precipitación atmosférica..

La reserva de energía del módulo TEC1-12712 es bastante grande. La amplitud de temperatura en los lados del elemento puede alcanzar los 50 grados. ¡A una temperatura del aire en la habitación de +27 ° C y el uso de un sistema de refrigeración líquida (radiador + ventilador), puede extraer un impresionante menos 25 ° C en la salida! Esto le permite crear congeladores silenciosos y sin compresor incluso en casa.

¿Dónde más se utilizan los módulos termoeléctricos?

El efecto Peltier-Seebeck se conoce desde la década de 1840. Se utiliza activamente hasta el día de hoy, gracias a la estabilidad de las leyes de la física. El módulo termoeléctrico siempre encontrará un lugar donde exista un exceso de energía o sea necesario transferir calor de forma rápida y silenciosa.

Las principales aplicaciones de los módulos termoeléctricos:

  1. Refrigeración de microcircuitos. Los ventiladores son cosa del pasado como principal intercambiador de calor. Están siendo reemplazados por TEM compacto, silencioso y casi eterno.
  2. Ingeniería mecánica. Incluso el ICE más moderno genera gases de escape desde la cámara de combustión. Los ingenieros utilizan su calor para generar energía adicional utilizando elementos Peltier. La energía recolectada se retroalimenta a los sistemas del motor, pero en forma de corriente continua, lo que ahorra combustible..
  3. Accesorios. Todo lo descrito anteriormente, más la mayoría de los electrodomésticos que funcionan para enfriar o calentar (excepto los refrigeradores de compresor).

Elementos Peltier. Refrigeración y calefacción

Y un último pequeño secreto. Nuestro módulo tiene una propiedad casi maravillosa: la reversibilidad. Esto significa que cuando se invierte la polaridad de CC en los cables del módulo (mediante un interruptor), se invierten las superficies calientes y frías. El enfriador se convierte en un calentador, el refrigerador en una cámara térmica (incubadora) y el aire acondicionado se convierte en un calentador de ventilador de baja potencia. No tiene que cambiar el esquema del dispositivo para esto. Simplemente cambia la polaridad.

Este principio se utiliza en un dispositivo llamado recuperador. Es una caja que consta de dos cámaras aisladas, que se comunican entre sí mediante ventiladores. Con la ayuda de módulos Peltier, el aire frío del exterior es calentado por la energía extraída del aire calentado que se extrae de la habitación. El dispositivo le permite ahorrar en la calefacción de la casa..

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