Dúvida Urgente: Projeto Peltier

[Mordius]

Olá pessoal, estou precisando de ajuda urgente. Tenho um trabalho para entregar na faculdade em 3 semanas(que eu mesmo sugeri) e ele trata de pastilhas do tipo peltier (eu que escolhi =/) porém estou no primeiro ano e não tive nenhuma matéria realmente prática para lidar com circuitos. Gostaria que vocês pudessem me fornecer um esquema simples. Abaixo o projeto e as dúvidas.

Controlador de temperatura peltier. consiste em uma peltier ligada a um dissipador, que por sua vez está em um recipiente com 4 litros de água. A pastilha é ligada externamente por um dissipador com ventoinha. O intuito é que a pastilha possa controlar o sistema de água á temperatura ambiente em algo entre 0 ºC e 80 ºC. Todo o esquema fica ligado a um componente que controle o sentido da corrente(ligado à fonte) que por sua vez está ligado em um controlador PWM.

Dúvidas (já pesquisei sobre isso, tenho algumas respostas, mas nada é certeza):

- Que potência e que fonte usar ?

- Que peltier usar (potência) ?

- Seria melhor usar um recipiente com por exemplo 2.5l ?

- Que material devo usar para isolar o sistema do recipiente( acrílico) + dissipador do peltier, já que não tenho interesse em contato direto com água ?

- É realmente possivel inverter o sentido de corrente no peltier para que este esquente a água ao invés de esfriar?

[NãoSei]

posso te ajudar um pouco, você vai usar corrente contínua, e pode sim, a qualquer hora mudar o sentido da corrente, o ideal é que isso seja feito gradativamente.

suponha dois materiais metálicos diferentes (fios) ligados nas duas pontas (não é uma solda qualquer que liga os dois). se você tiver uma diferença de temperatura entre as duas pontas, por exemplo, supondo que você coloque uma ponta no fogo de seu fogão e a outra na geladeira, vai surgir uma diferença de pontencial entre as pontas, o que gera um pequeno fluxo de corrente, isso se chama efeito seebeck e é o complemento do efeito peltier. se você pegar a ponta que estava na geladeira e colocar no fogo, e a que estava no fogo for para a geladeira, novamente surgirá a mesma ddp entre a "nova ponta quente" (a do fogão) para a "nova ponta fria" (a da geladeira), então não interessa qual o sentido do sistema, as duas "soldas", ou seja as pontas, são a mesma coisa, o que determina o sentido é quem está mais quente em relação a quem.

no efeito peltier é a mesma coisa. se você injeta uma corrente num sentido, uma ponta vai esfriar e a outra vai esquentar, se você inverter o sentido da corrente, a ponta que estava quente vai esfriar e a que estava fria vai esquentar. eu falei para você fazer essa transição de sentido gradativamente só para você não estressar o material mudando bruscamente a temperatura, mas é claro que estamos falando de um sistema bem simples e muito robusto, boas celulas de peltier foram feitas para isso para aguentar essa mudança.

provavelmente você vai ter que usar este princípio de inverter o sentido da corrente para esquentar ou esfriar a água. Você não disse se vai ter que trabalhar no sensor/controlador também, se for só ligar a celula peltier, é muito simples.

você não disse também de onde você vai tirar este sistema peltier, é uma celula fabricada? porque se for, nela já vem escrito a potência máxima dela, quanto maior a potência que você injetar, maior a diferença de temperatura que ela vai proporcionar entre as duas pontas, chegando ao limite da potência máxima expecificada pelo fabricante.

[Lokasso]

- Que potência e que fonte usar ?

- Que peltier usar (potência) ?

- Seria melhor usar um recipiente com por exemplo 2.5l ?

- Que material devo usar para isolar o sistema do recipiente( acrílico) + dissipador do peltier, já que não tenho interesse em contato direto com água ?

- É realmente possivel inverter o sentido de corrente no peltier para que este esquente a água ao invés de esfriar?

A potência da célula vai depender basicamente da quantidade de água que você quer esfriar/esquentar, e em quanto tempo você quer que isto aconteça... vou dar um exemplo (talvez um pouco grosseiro):

você tem 1L de água a 20ºC (t0) e quer que ela esquente até 30ºC (Tf) em 5 minutos. Eu não sei exatamente qual a definição de potência do Peltier, se é a potência elétrica consumida ou se é a quantidade de calor movida em dado período de tempo... vamos supor que seja a última:

vamos primeiro calcular a quantidade de calor total necessária (Q):

Q = m . c . (Tf - T0) => Q = 1000 . 4,2 . (30-20) = 42000 J = 42KJ

(m é a massa de água -> 1L -> 1000g, e c é o calor específico da água -> 4,2 J/g.K)

para a potência (P) precisamos saber a quantidade de energia, que no caso é igual a quantidade de calor, e o tempo (t), que no caso são 300 segundos (5 minutos*60) temos então:

P = Q/t -> P = 42000/300 = 140W

Ou seja, o peltier teria que ser capaz de "movimentar" 140W de calor, mas infelizmente não sei dizer qual seria seu consumo elétrico... sabendo o consumo elétrico dele, bem como a tensão e corrente de trabalho, você consegue dimensionar as características da fonte.

Considerando ainda o exemplo que eu dei, eu diria pra você usar um recipiente ainda menor que o de 2,5L, já que você teria que usar um peltier de alta potência OU teria que esperar um bom tempo para alcançar a estabilidade térmica...

Você já chegou a pensar no circuito para controlar o peltier ? Se o peltier consumir algo em torno dos 100W suponho que a corrente não vai ser muito baixa, o que complica um pouco a etapa de potência do circuito. Novamente recomendo que você use um recipiente de pequeno volume, a fim de simplificar a sua vida no futuro.