És probable que necessitis refrigerar una mica en els teus projectes DIY. Per a això, necessitaries una cel·la Peltier. Aquest dispositiu semiconductor basat en efectes termoelèctrics permet refrigerar d'una forma molt ràpida. Pots comprar-lo en algunes botigues com Amazon, O simplement treure-ho de algun aparell espatllat on es trobi. Els aparells dels que pots aconseguir un són els típics dispensadors d'aigua freda i alguns deshumidificadors sense compressor.
Aquest tipus de cèl·lules Peltier són bastant usades en diferents sectors de la indústria per refrigerar. El motiu és que té moltes avantatges davant d'altres sistemes de refredament tradicionals. Per exemple, en els dos exemples que he posat anteriorment, en el cas de l'dispensador d'aigua es dedica a refredar el dipòsit d'aigua perquè es mantingui fresca, mentre que en el deshumidificador refreda l'aire entrant perquè es condensi la humitat i degoti en el dipòsit de condensació ...
efectes termoelèctrics
Els efectes termoelèctrics són aquells que converteixen una diferència de temperatura a voltatge elèctric o viceversa. Això s'aconsegueix utilitzant termoparells o uns tipus de materials molt concrets, normalment semiconductors. En aquests, els gradients de temperatura produeixen portadors de càrrega en el material, ja siguin els electrons (-) o els buits (+).
Aquest efecte es pot usar per a multitud d'aplicacions, Des escalfar, refredar, mesurar temperatures, generar electricitat, etc. I això es deu als diversos efectes que existeixen dins dels denominats termoelèctrics. Alguns d'ells són:
- efecte Seebek: Observat per Thomas Seebek, és un fenomen en què uns termoparells als quals se li aplica una diferència de temperatura produeixen electricitat. Es va descobrir quan es va observar que dos metalls units per un dels seus extrems se li aplicava una diferència de temperatura i que generaven una diferència de potencial en els seus extrems separats. Amb això es podria aconseguir utilitzar la calor generada per alguna font per a transformar-lo en electricitat.
- efecte Thomson: Descriu l'escalfament o refredament d'un conductor portador de corrent amb un gradient de temperatura. Va ser descrit per Williams Thomson o Lord Kelvin.
En general, els efectes Seebek, Thomson i Peltier poden ser reversibles, Encara que no és així en el cas de l'escalfament Joule.
efecte Peltier
El efecte Peltier és similar, i és en el qual es basen les cel·les que tractem en aquest article. Amb aquesta propietat descoberta per Jean Peltier en 1834, i similar a l'Seebek. Succeeix quan un voltatge elèctric dóna lloc a una diferència de temperatura entre dos materials diferents o termoparells. En el cas dels actuals dispositius són semiconductors, però poden ser també metalls coneguts com juntures de Peltier.
Això vol dir que si s'aplica una càrrega elèctrica a aquests dispositius, un dels costats es va a escalfar i l'altre es refredarà. Això es deu al fet que els electrons viatgen d'una regió d'alta densitat a una de baixa densitat, s'expandeixen de la mateixa manera que ho fa un gas ideal i per tant, refreden aquesta regió.
Per cert, una TEC d'una sola etapa pot generar una diferència de temperatura entre les seves parts de fins a 70ºC. Per tant, si mantens la part calenta refrigerada, més capacitat de refredament tindrà aquest TEC o cel·la Peltier. Aquest calor absorbida serà proporcional al corrent proporcionada i a el temps.
Avantatges i desavantatges de l'TEC
Com tot sistema, el TEC o cel·la Peltier té els seus avantatges i desavantatges. Per això alguns sistemes de refrigeració encara prefereixen usar altres mètodes convencionals. entre els beneficis estan:
- No té parts mòbils, per la qual cosa no requereix manteniment i és més fiable.
- No fa servir compressors ni gas CFC contaminants.
- Es pot controlar fàcilment la temperatura i amb molta precisió, Fins a fraccions de grau variant corrent aplicat.
- Mida petita, encara que es poden fabricar amb diferents mides.
- Té una llarga vida de fins a 100.000 hores, enfront del que aporten alguns refrigeradors mecànics.
Els desavantatges d'usar un TEC són:
- Només es pot dissipar una quantitat limitada de flux de calor.
- No és eficient energèticament parlant en comparació amb els sistemes de compressió de gas. Tanmateix, els nous avenços fan que sigui cada vegada més eficient.
Propietats
Una placa Peltier com la TEC1 12706 pot tenir un preu d'un parell d'euros, així que és molt barata. Aquesta placa té unes dimensions de 40x40x3mm i conté 127 parells semiconductors al seu interior. La potència elèctrica és de 60w i la seva tensió nominal d'alimentació de 12v i corrent nominal de 5A.
Amb ella pots generar diferències màximes de temperatura entre les seves cares de 65ºC, Que està bastant bé. Pot funcionar entre els -55ºC i els 83ºC sense danyar-se, així que si et mous fora d'aquests valors corres el risc que quedi inutilitzable. Si mantens els valors dins d'això, et pot durar fins i tot 200.000 hores de treball perfectament, és a dir, molts anys ...
L'eficiència d'aquest model és d'uns 12-15w de calor extret, Això és una eficiència al voltant de l'20 o 25% tenint en compte que consumeix uns 60w. De tota manera, has de tenir en compte que aquest valor també es veurà molt influenciat per la temperatura ambient.
Si ho prefereixes, en lloc de comprar només el TEC o cel·la Peltier, pots també adquirir a No s'ha trobat cap producte. el sistema complet de refrigeració.
Aplicació de la cel Peltier
Doncs bé, una cel·la Peltier es pot usar fonamentalment per refredar. Per exemple, podries refrigerar amb ella aigua o qualsevol altre líquid, o també crear el teu propi deshumidificador casolà. Sigui el que sigui, la seva posada a punt és ben senzilla. Un cop adquireixes o aconsegueixes la cel·la, només hauràs d'aplicar corrent continu a través dels cables positiu i negatiu que té. D'aquesta manera, una de les seves cares s'escalfarà i l'altra es refredarà. Has identificar bé els seus costats per a segons el que estiguis buscant.
Exemple d'aplicació amb Arduino
Pots utilitzar un esquema de connexió com el que vam fer per al mòdul relé, Però en comptes d'alimentar la cel·la Peltier i a l'ventilador amb 220v AC, s'alimenta amb CC a 12v. Podeu fer servir aquest mateix esquema i connectar el teu nevera a la placa Arduino.
Un cop tinguis tot connectat, pots crear un simple codi per Arduino IDE perquè es pugui controlar el teu sistema de refrigeració, com per exemple aquest per controlar el relé en segons quines condicions perquè es pugui activar el sistema (pots fer servir sensors d'humitat, temperatura, etc., addicionals):
const int pin = 9; //Debe ser el pin conectado al relé para su control
const float thresholdLOW = 20.0;
const float thresholdHIGH= 30.0;
bool state = 0; //Celda Peltier desactivada o desactivada
float GetTemperature()
{
return 20.0; //sustituir en función del sensor de temperatura (o lo que sea) empleado
}
void setup() {
pinMode(pin, OUTPUT); //el pin de control se define como salida
}
void loop(){
float currentTemperature = GetTemperature();
if(state == 0 && currentTemperature > thresholdHIGH)
{
state = 1;
digitalWrite(pin, HIGH); //Se enciende el TEC
}
if(state == 1 && currentTemperature < thresholdLOW)
{
state == 0;
digitalWrite(pin, LOW); //Se apaga el TEC
}
delay(5000); //Espera 5 segundos entre las mediciones de temperatura en este caso
}