Refrigeração eletrônica
Refrigeração eletrônica
Essa é uma tecnologia que veio para ficar, em determinados equipamentos, e muitas pessoas que trabalham com refrigeração não a conhecem.
O segredo da "refrigeração eletrônica" são os módulos Peltier ou pastilhas termoelétricas.
Módulos Peltier, também conhecidos como pastilhas termoelétricas, são pequenas unidades que contém uma série de semicondutores (transistores) agrupados em pares, para operarem como bombas de calor. Uma unidade típica tem espessura de alguns milímetros e forma quadrada ( 4x40x40 mm).
Esses módulos são essencialmente um sanduíche de placas cerâmicas recheado com pequenos cubos de telureto de bismuto.
Essa série de semicondutores é soldada entre duas placas cerâmicas, eletricamente em série e termicamente em paralelo.
Quando uma corrente DC passa por um ou mais pares, há uma redução na temperatura da junta ("lado frio") resultando em uma absorção do calor do ambiente.
Este calor é transferido pela pastilha pela movimentação de elétrons.
A capacidade de bombeamento de calor de uma pastilha termoelétrica é proporcional à corrente e o número de pares de elementos tipo-n e tipo-p
Sua
operação é baseada no “Efeito Peltier”, que foi descoberto em 1834.
Quando uma corrente é aplicada, o calor move de um lado ao outro – onde
ele deve ser removido com um dissipador.
Esse ponto é importante porque o
calor, como uma forma de energia que é, não desaparece, ele tem que ser
movido.
Por isso todos os aparelhos que usam a refrigeração eletrônica
contam com ventoinhas e não podem ser instalados confinados.
Tanto
para aquecimento como resfriamento, é necessário utilizar algum tipo de
dissipador para coletar calor (em modo de aquecimento) ou dissipar
calor (em modo de resfriamento) para outro meio (: ar, água, etc.).
Sem
isso o módulo estará sujeito a superaquecimento - com o lado quente
superaquecido o lado frio também esquentará, consequentemente calor não
será mais transferido.
Quando o módulo chegar à temperatura de refluxo
da solda utilizada, a unidade será destruída. Frequentemente utiliza-se
uma ventoinha quando dissipador estiver trocando calor com o ar, mas
isto não é obrigatório,
Pastilhas
termoelétricas são utilizadas em aplicações pequenas de resfriamento
como microprocessadores ou até em médias como geladeiras portáteis,
adegas para vinho e bebedoruros. Atualmente, os módulos mais potentes
podem transferir um máximo de 250W (conversão de W para BTUS).
As pastilhas podem ser empilhadas para se chegar temperaturas mais
baixas, embora alcançar temperaturas muito abaixo de zero e requer
processos complexos e caros.
Existe
um limite prático do tamanho dos módulos de cerca de 60 milímetros.
Isso ocorre porque
Devido às diferenças de calor, o lado frio da
pastilha contrairá enquanto o lado quente expandirá, causando estresse
nos elementos e nos pontos de solda.
Quanto maior o módulo, maior o
estresse.
Pode
ser utilizado mais de um módulo para aumentar a transferência de calor
ou empilhados uns sobre os outros para aumentar a diferença entre o lado
frio e o lado quente.
Contudo, quando a temperatura entre o lado frio e
o lado quente não precisa ser mais de 60°C, pastilhas simples são mais
recomendadas.
Quando esta diferença tem que ser maior de 60°C, módulos
múlti-estágios devem ser utilizados.
Pastilhas
termoelétricas operam com corrente contínua, DC. Uma fonte chaveada
pode ser utilizada, mas suas variações devem estar limitadas a +-10%. A
frequência ideal é 50-60 Hz.
O efeito Peltier tende a perder sua
vantagem competitiva para transferências de calor acima de 200W. Existem
certas aplicaçoes militares e científicas que o utilizam para
transferir centenas de kilowatts mas nesses casos o custo não é um
problema ao contrá'rio do que ocorre em produtos para o mercado
consumidor.
Um ar condicionado ou uma geladeira de grande porte poderá vir a ser produzida em escala industrial, mas por enquanto seus custos são proibitivos.
Módulos Peltier tem grandes vantagens como tamanho reduzido e ausência de peças móveis e ruído, mas seu custo por por watt transferido é muito superior a um compressor, seu principal concorrente tecnológico.
Como aparelhos de ar condicionados requerem uma transferência de calor muito maior para resfriar ambientes do que uma mini-geladeira portátil, por exemplo, não são economicamente viáveis.
O mesmo ocorre com geladeiras e congeladores (freezers) residenciais.
É importante também salientar que, no caso de aparelhos de ar condicionado, mesmo quando eles forem produzidos em escala industrial, um dissipador de calor terá de ser acoplado ao sistema e ao exterior do ambiente para que ele realmente seja resfriado.
Ou seja, estes aparelhos não poderão substituir resfriadores portáteis que reduzem temperatura somente com gotículas de água e sem nenhuma dissipação para o exterior
A grande vantagem de pastilhas do tipo Peltier são a ausência de peças móveis, tornando extremamente preciso o controle de temperatura, não uso de gás refrigerante, sem barulho e vibração; além do tamanho reduzido, alta durabilidade e precisão.
Elas são utilizadas hoje em inúmeros setores, principalmente os de bens de consumo, automotivo, industrial e militar.
São mais comuns em países desenvolvidos mas elas tiveram grande penetração no Brasil com os bebedouros eletrônicos, fabricados por várias empresas.
Para aplicações de transferência de calor de até 200 W as pastilhas termoelétricas tem várias vantagens sobre os compressores: são mais confiáveis que um compressor além de necessitar praticamente nenhuma manutenção.
São ideais para aplicações de resfriamento que são sensíveis a vibrações mecânicas ou têm um tamanho ou espaço limitado.
Para estimar qual pastilhas e quantas serão necessárias é preciso determinar a carga térmica de onde elas serão aplicadas. É o mesmo processo de dimensionamento de um compressor para uma geladeira, por exemplo.
O controle de temperatura pode ser feito variando a voltagem fornecida a pastilha termoelétrica ou desligando/ ligando ela.
Certos fabricantes não recomendam o deligar/ ligar por achar que isso encurta a vida útil delas enquantos outros não tem essa restrição.
A umidade pode ser um problema se o módulo for utilizado para resfriar perto de 0o. C, uma vez que o vapor presente no ar pode condensar, molhando a pastilha.
A umidade dentro do módulo pode causar corrosão e resultar em um curto-circuito.Costuma-se utlizar isolantes de silicone ou epoxy nas bordas do módulo para evitar a umidade.
Um ar condicionado ou uma geladeira de grande porte poderá vir a ser produzida em escala industrial, mas por enquanto seus custos são proibitivos.
Módulos Peltier tem grandes vantagens como tamanho reduzido e ausência de peças móveis e ruído, mas seu custo por por watt transferido é muito superior a um compressor, seu principal concorrente tecnológico.
Como aparelhos de ar condicionados requerem uma transferência de calor muito maior para resfriar ambientes do que uma mini-geladeira portátil, por exemplo, não são economicamente viáveis.
O mesmo ocorre com geladeiras e congeladores (freezers) residenciais.
É importante também salientar que, no caso de aparelhos de ar condicionado, mesmo quando eles forem produzidos em escala industrial, um dissipador de calor terá de ser acoplado ao sistema e ao exterior do ambiente para que ele realmente seja resfriado.
Ou seja, estes aparelhos não poderão substituir resfriadores portáteis que reduzem temperatura somente com gotículas de água e sem nenhuma dissipação para o exterior
A grande vantagem de pastilhas do tipo Peltier são a ausência de peças móveis, tornando extremamente preciso o controle de temperatura, não uso de gás refrigerante, sem barulho e vibração; além do tamanho reduzido, alta durabilidade e precisão.
Elas são utilizadas hoje em inúmeros setores, principalmente os de bens de consumo, automotivo, industrial e militar.
São mais comuns em países desenvolvidos mas elas tiveram grande penetração no Brasil com os bebedouros eletrônicos, fabricados por várias empresas.
Para aplicações de transferência de calor de até 200 W as pastilhas termoelétricas tem várias vantagens sobre os compressores: são mais confiáveis que um compressor além de necessitar praticamente nenhuma manutenção.
São ideais para aplicações de resfriamento que são sensíveis a vibrações mecânicas ou têm um tamanho ou espaço limitado.
Para estimar qual pastilhas e quantas serão necessárias é preciso determinar a carga térmica de onde elas serão aplicadas. É o mesmo processo de dimensionamento de um compressor para uma geladeira, por exemplo.
O controle de temperatura pode ser feito variando a voltagem fornecida a pastilha termoelétrica ou desligando/ ligando ela.
Certos fabricantes não recomendam o deligar/ ligar por achar que isso encurta a vida útil delas enquantos outros não tem essa restrição.
A umidade pode ser um problema se o módulo for utilizado para resfriar perto de 0o. C, uma vez que o vapor presente no ar pode condensar, molhando a pastilha.
A umidade dentro do módulo pode causar corrosão e resultar em um curto-circuito.Costuma-se utlizar isolantes de silicone ou epoxy nas bordas do módulo para evitar a umidade.
Módulos Peltier, também conhecidos como pastilhas termoelétricas, são
pequenas unidades de que utilizam tecnologia de matéria condensada para
operarem como bombas de calor.
Uma unidade típica tem espessura de alguns milímetros e forma quadrada (e.g. 4x40x40 mm). Esses módulos são essencialmente um sanduíche de placas cerâmicas recheado com pequenos cubos de Bi2Te3 (telureto de bismuto).
Sua operação é baseada no “Efeito Peltier”, que foi descoberto em 1834.
Quando uma corrente é aplicada, o calor move de um lado ao outro – onde ele deve ser removido com um dissipador.
Se os polos elétricos forem revertidos, a pastilha se tornará em um excelente aquecedor.
É importante salientar que por mais tecnologicamente avançados que sejam, os módulos não “consomem” calor – por isso que se torna necessário o uso do dissipador.
Pastilhas termoelétricas são utilizadas em aplicações pequenas de resfriamento como chips microprocessadores ou até médias como geladeiras portáteis.
Atualmente, os módulos mais potentes podem transferir um máximo de 250W, tornando a tecnologia inviável para o uso em um aparelho de ar condicionado, por exemplo.
As pastilhas podem ser empilhadas para se chegar temperaturas mais baixas, embora alcançar níveis criogênicos requer processos muito complexos.
A grande vantagem de pastilhas do tipo Peltier são a ausência de peças móveis, gás freon, barulho e vibração; além do tamanho reduzido, alta durabilidade e precisão.
Elas são utilizadas hoje em inúmeros setores, principalmente os de bens de consumo, automotivo, industrial e militar.
Uma unidade típica tem espessura de alguns milímetros e forma quadrada (e.g. 4x40x40 mm). Esses módulos são essencialmente um sanduíche de placas cerâmicas recheado com pequenos cubos de Bi2Te3 (telureto de bismuto).
Sua operação é baseada no “Efeito Peltier”, que foi descoberto em 1834.
Quando uma corrente é aplicada, o calor move de um lado ao outro – onde ele deve ser removido com um dissipador.
Se os polos elétricos forem revertidos, a pastilha se tornará em um excelente aquecedor.
É importante salientar que por mais tecnologicamente avançados que sejam, os módulos não “consomem” calor – por isso que se torna necessário o uso do dissipador.
Pastilhas termoelétricas são utilizadas em aplicações pequenas de resfriamento como chips microprocessadores ou até médias como geladeiras portáteis.
Atualmente, os módulos mais potentes podem transferir um máximo de 250W, tornando a tecnologia inviável para o uso em um aparelho de ar condicionado, por exemplo.
As pastilhas podem ser empilhadas para se chegar temperaturas mais baixas, embora alcançar níveis criogênicos requer processos muito complexos.
A grande vantagem de pastilhas do tipo Peltier são a ausência de peças móveis, gás freon, barulho e vibração; além do tamanho reduzido, alta durabilidade e precisão.
Elas são utilizadas hoje em inúmeros setores, principalmente os de bens de consumo, automotivo, industrial e militar.
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