Bạn có thể cần làm lạnh thứ gì đó trong các dự án DIY của bạn. Đối với điều này, bạn sẽ cần một tế bào Peltier. Thiết bị bán dẫn này dựa trên hiệu ứng nhiệt điện cho phép làm mát rất nhanh. Bạn có thể mua nó ở một số các cửa hàng như Amazon, hoặc đơn giản là xóa nó khỏi một thiết bị bị hỏng ở vị trí của nó. Các thiết bị mà bạn có thể nhận được một trong số đó là máy lọc nước lạnh điển hình và một số máy hút ẩm không có máy nén.
Loại tế bào Peltier này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của ngành công nghiệp làm lạnh. Lý do là nó có nhiều lợi thế so với các hệ thống làm mát truyền thống khác. Ví dụ, trong hai ví dụ tôi đã đưa ra ở trên, trong trường hợp của máy lọc nước, nó được dành riêng để làm mát két nước để nó luôn trong lành, trong khi trong máy hút ẩm, nó làm mát không khí đi vào để hơi ẩm ngưng tụ và nhỏ giọt trong bể ngưng tụ ...
Hiệu ứng nhiệt điện
Các hiệu ứng nhiệt điện là những biến đổi chênh lệch nhiệt độ thành điện áp hoặc ngược lại. Điều này đạt được bằng cách sử dụng cặp nhiệt điện hoặc các loại vật liệu rất cụ thể, thường là chất bán dẫn. Trong đó, các gradient nhiệt độ tạo ra các hạt tải điện trong vật liệu, hoặc là các điện tử (-) hoặc lỗ trống (+).
Hiệu ứng này có thể được sử dụng để vô số ứng dụng, từ sưởi ấm, làm mát, đo nhiệt độ, tạo ra điện, v.v. Và đó là do các hiệu ứng khác nhau tồn tại trong cái gọi là nhiệt điện. Một số trong số đó là:
- Hiệu ứng tìm kiếm: theo quan sát của Thomas Seebek, đó là hiện tượng trong đó các cặp nhiệt điện có sự chênh lệch nhiệt độ được áp dụng tạo ra điện. Nó được phát hiện khi người ta quan sát thấy hai kim loại nối với nhau bằng một trong các đầu của chúng, một sự chênh lệch nhiệt độ được áp dụng cho nó và chúng tạo ra hiệu điện thế ở các đầu tách biệt của chúng. Với điều này, có thể sử dụng nhiệt do một số nguồn tạo ra để biến nó thành điện năng.
- Hiệu ứng Thomson: mô tả sự nóng lên hoặc nguội đi của vật dẫn mang dòng điện với một gradient nhiệt độ. Nó được mô tả bởi Williams Thomson hoặc Lord Kelvin.
Nói chung, các hiệu ứng Seebek, Thomson và Peltier có thể đảo ngược, mặc dù đây không phải là trường hợp của lò sưởi Joule.
Hiệu ứng Peltier
El Hiệu ứng Peltier nó tương tự và đó là những gì các tế bào chúng ta thảo luận trong bài viết này dựa trên. Với đặc tính này được Jean Peltier phát hiện vào năm 1834, và tương tự với Seebek. Nó xảy ra khi một điện áp gây ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật liệu hoặc cặp nhiệt điện khác nhau. Trong trường hợp của các thiết bị hiện tại, chúng là chất bán dẫn, nhưng chúng cũng có thể là kim loại được gọi là mối nối Peltier.
Điều đó có nghĩa là nếu một điện tích được áp dụng cho các thiết bị này, một bên sẽ nóng và bên kia sẽ nguội. Điều này là do các electron di chuyển từ vùng có mật độ cao sang vùng có mật độ thấp, giãn nở theo cách giống như khí lý tưởng, và do đó làm nguội vùng đó.
Nhân tiện, một giai đoạn TEC có thể tạo ra một chênh lệch nhiệt độ giữa các bộ phận của nó lên đến 70ºC. Vì vậy, nếu bạn giữ cho phần nóng được làm mát, thì tế bào TEC hoặc Peltier này sẽ có khả năng làm mát càng nhiều. Nhiệt lượng hấp thụ này sẽ tỷ lệ với dòng điện được cung cấp và với thời gian.
Ưu điểm và nhược điểm của TEC
Giống như bất kỳ hệ thống nào, tế bào TEC hoặc Peltier có những ưu điểm và nhược điểm của nó. Đây là lý do tại sao một số hệ thống lạnh vẫn thích sử dụng các phương pháp thông thường khác. Giữa những lợi ích là:
- Nó không có bộ phận chuyển động, vì vậy nó không cần bảo trì và đáng tin cậy hơn.
- Không sử dụng máy nén không có khí CFC gây ô nhiễm.
- Nó có thể kiểm soát nhiệt độ dễ dàng và rất chính xác, lên đến phần nhỏ của một mức độ bằng cách thay đổi dòng điện áp dụng.
- Kích thước nhỏ, mặc dù chúng có thể được sản xuất với kích thước khác nhau.
- Có một cuộc sống lâu dài lên đến 100.000 giờ, so với những gì một số tủ lạnh cơ học cung cấp.
các Nhược điểm của việc sử dụng TEC âm thanh:
- Bạn chỉ có thể tiêu tan một số lượng hạn chế dòng nhiệt.
- Không hiệu quả nói về mặt năng lượng so với hệ thống nén khí. Tuy nhiên, những tiến bộ mới làm cho nó ngày càng hiệu quả.
Tài sản
một Tấm Peltier chẳng hạn như TEC1 12706 Nó có thể được định giá vài euro, vì vậy nó rất rẻ. Bo mạch này có kích thước 40x40x3mm và chứa 127 cặp bán dẫn bên trong. Công suất điện là 60w và điện áp cung cấp danh định của nó là 12v và dòng điện danh định là 5A.
Với cô ấy bạn có thể tạo ra chênh lệch nhiệt độ tối đa giữa các mặt của chúng là 65ºC, khá tốt. Nó có thể hoạt động trong khoảng -55ºC đến 83ºC mà không làm hỏng chính nó, vì vậy nếu bạn di chuyển ra ngoài các giá trị này, bạn có nguy cơ không sử dụng được. Nếu bạn giữ các giá trị đó, nó thậm chí có thể kéo dài 200.000 giờ làm việc của bạn một cách hoàn hảo, tức là trong nhiều năm ...
Hiệu quả của mô hình này là khoảng 12-15w nhiệt chiết xuất, đó là hiệu suất khoảng 20 hoặc 25% khi nó tiêu thụ khoảng 60w. Dù sao, bạn phải nhớ rằng giá trị này cũng sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ môi trường.
Nếu muốn, thay vì chỉ mua tế bào TEC hoặc Peltier, bạn cũng có thể mua tại Không tìm thấy sản phẩm. hệ thống làm mát hoàn chỉnh.
Ứng dụng tế bào Peltier
Chà, một tế bào Peltier có thể được sử dụng chủ yếu để làm mát. Ví dụ, bạn có thể làm mát nước hoặc bất kỳ chất lỏng nào khác bằng nó, hoặc tạo máy hút ẩm tự chế của riêng bạn. Bất kể nó là gì, việc thiết lập nó rất đơn giản. Một khi bạn có được hoặc có được tế bào, bạn sẽ chỉ phải sử dụng dòng điện một chiều qua các cáp âm và dương mà nó có. Bằng cách đó, một bên sẽ nóng và bên kia sẽ lạnh đi. Bạn phải xác định rõ các mặt của nó theo những gì bạn đang tìm kiếm.
Ví dụ ứng dụng với Arduino
Bạn có thể sử dụng một sơ đồ kết nối giống như cái mà chúng tôi đã làm cho anh ấy mô-đun chuyển tiếp, nhưng thay vì cấp nguồn cho tế bào Peltier và quạt với nguồn AC 220v, nó được cấp nguồn bằng DC ở 12v. Bạn có thể sử dụng cùng một sơ đồ đó và kết nối bộ làm mát của mình với bảng Arduino.
Khi bạn đã kết nối mọi thứ, bạn có thể tạo một mã đơn giản cho Arduino IDE để hệ thống làm lạnh của bạn có thể được kiểm soát, chẳng hạn như điều này để điều khiển rơ le theo điều kiện nào để hệ thống có thể được kích hoạt (bạn có thể sử dụng thêm cảm biến độ ẩm, nhiệt độ, v.v.):
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
}