Pastilha Peltier
Por: Rafael DX • 27/10/2019 • Trabalho acadêmico • 2.575 Palavras (11 Páginas) • 407 Visualizações
RESUMO
O efeito peltier é um fenômeno físico que gera um gradiente de temperatura entre as duas junções de dois diferentes materiais (condutores ou semicondutores), quando submetidos a uma diferença de potencial em um circuito fechado. Estudos foram realizados sobre a estimativa de cargas térmicas em aplicações de refrigeração e, com base nessas informações, foi construído o protótipo de uma câmara de arrefecimento termoelétrica portátil, baseada nos princípios físicos do efeito peltier. O protótipo e seus componentes foram submetidos a uma bateria de testes, a fim de determinar as características principais desta tecnologia e quais as variáveis determinantes no desempenho do dispositivo construído.
Palavras-chave - Efeitos Termoelétricos. Peltier. Câmara de Arrefecimento. Refrigeração. Cargas Térmicas.
Introdução
Observado em 1834, pelo físico francês Jean Charles Athanase Peltier, o efeito peltier é um fenômeno físico que gera um gradiente de temperatura entre as duas junções de dois diferentes materiais (condutores ou semicondutores), quando submetidos a uma diferença de potencial em um circuito fechado.
Figura 1 - Estrutura de um Módulo Peltier.
[pic 1]
Fonte: www.mspc.eng.br.
“
Objetivos
- Objetivo Geral:
Analisar, compreender e caracterizar o comportamento de um dispositivo de pastilha Peltier.
- Objetivos Específicos:
- descrever os fenômenos físicos observados nos efeitos termoelétricos (Seebeck, Peltier e Thomson);
- detalhar o arrefecimento por efeito Peltier;
- identificar as principais variáveis que afetam o desempenho de uma pastilha Peltier;
Justificativa
O avanço tecnológico tende à contínua miniaturização dos dispositivos eletroeletrônicos. A necessidade mundial de buscar a máxima eficiência enérgica em seus produtos e equipamentos, aliada à complexidade afeta à inovação em condições de limitação dimensional, são alguns dos fomentos que justificam o estudo de técnicas alternativas de arrefecimento.
O arrefecimento termoelétrico oferece importantes benefícios para a indústria de tecnologia, mas ainda precisa ser amplamente pesquisado, para que possa evoluir no ritmo exigido pelo mercado, visto que se trata de uma solução ainda inviável para aplicações de grande porte, devido: ao baixo COP; às limitações dimensionais; às dificuldades de dissipação do calor conduzido; à limitada taxa de transferência de energia térmica máxima; dentre outros fatores.
Há um promissor mercado a ser explorado no País, com forte tendência de crescimento, contudo os investimentos em pesquisa e desenvolvimento referentes aos fenômenos termoelétricos, principalmente aqueles dedicados à refrigeração, ainda se mostram modestos no Brasil, quando comparado a países Europeus.
Referencial Teórico
Efeitos Termoelétricos
O efeito termoelétrico é a conversão direta de um gradiente de temperatura em uma tensão elétrica e vice-versa, sendo destacados três efeitos na termoeletricidade: Seebeck; Peltier; e Thomson.
Analisada a união de dois fios, formados por metais diferentes, conectados de ambos os lados (junções), formando um circuito fechado, a princípio nenhum fenômeno é observado. Entretanto, quando um dos metais é aquecido, uma corrente flui continuamente no circuito (ÇENGEL, 2007b, p. 514).
Figura 2 - Estrutura de um dispositivo Seebeck.
[pic 2]
Fonte: PIRES; AFONSO; CHAVES, 2006.
O fenômeno descrito acima é denominado “efeito Seebeck” em homenagem a Thomas Seebeck, físico estoniano responsável pela descoberta do primeiro efeito termoelétrico, no ano de 1821. O efeito Seebeck pode ser definido de forma mais abrangente como: a formação de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de materiais distintos quando essas são submetidas a diferentes temperaturas, capaz de originar uma força eletromotriz térmica em um circuito fechado (consequentemente, percorrido por uma corrente elétrica).
Segundo Çengel (2007c), o efeito Seebeck tem duas aplicações importantes: a
medição de temperatura e a geração de potência. Quando o circuito termoelétrico é quebrado (aberto) (Figura 3), a corrente para de fluir, sendo possível medir a força motora ou a tensão elétrica gerada neste circuito, com o uso de um voltímetro.
Figura 3 - Circuito Seebeck (quebrado).
[pic 3]
Fonte: Elaborado pelo autor.
A tensão gerada é uma função da diferença de temperatura e dos materiais dos dois fios utilizados, o que permite relacionar a temperatura e tensão nos processos de medição, sendo essa a base de funcionamento de um Sensor Termopar, dispositivo amplamente utilizado na indústria de tecnologia.
Um termopar comum do Tipo T, por exemplo, consiste em fios de cobre e Constantan (liga metálica de níquel-cobre), e produz cerca de 40 µV por diferença em °C (ÇENGEL, 2007d, p. 514).
A densidade de corrente produzida nos condutores é dada pela equação 1:
(1)[pic 4]
Na qual [pic 5] é a tensão e é a condutividade elétrica. De maneira geral, o efeito Seebeck é descrito pela criação de um campo elétrico ou força eletromotriz dado pela equação 2:[pic 6]
[pic 7] (2)
Na qual [pic 8] é o Coeficiente Seebeck que depende das características do material, e [pic 9] é o gradiente térmico de [pic 10]. O coeficiente Seebeck geralmente
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