Termoeletricidade
(Inversor de Peltier)
(Inversor de Peltier)
LEMBRANDO
A termoeletricidade pode esquentar ou esfriar.
Um termopar é formado por dois metais diferentes que são fortemente unidos por suas extremidades.
Um exemplar simples pode ser construído
torcendo juntas as extremidades (bem limpas) de um fio de cobre e um fio
de ferro.
EXPLICANDO
O inversor de Peltier usa da termoeletricidade para manter uma máquina térmica ás avessas.
Como
referência, um modelo didático do inversor apresenta um terminal
vermelho e outro preto.
Se o terminal vermelho for ligado ao pólo
positivo de uma bateria de 6 V e o terminal preto ao pólo negativo, o
topo do inversor esfriará e o calor produzido em sua parte inferior será
transferido para o ambiente pelas aletas do dissipador.
Na parte de cima o
dispositivo torna-se frio o bastante para gelar uma gota de água.
DE
QUE CUCA SAIU ISSO
J. C. A Peltier descobriu em 1834 que, quando uma corrente elétrica flui pela junção de dois condutores de metais diferentes, calor é liberado ou absorvido pela junção.
O
sentido da corrente é quem determinará se a junção se aquece ou
esfria.
Este efeito depende dos condutores usados e da temperatura da
junção; ele não está associado com o potencial de contato gerado entre
dois metais distintos, não depende da forma ou dimensões dos materiais
que compõem a junção.
Peltier,
enviando uma corrente elétrica por um termopar feito de antimônio e
bismuto, conseguiu congelar uma gota de água. Foi a primeira
demonstração de uma refrigeração termelétrica.
O inversor de Peltier
atual (denominado pastilha Peltier) é constituído por uma série de pares termelétricos minúsculos
feitos de material P e N, semicondutores de silício dopados.
"Buracos" podem migrar pelo material P.
NA
DIDÁTICA
Para aplicações práticas, ou mesmo demonstrativas, em salas de aula e Feiras de Ciências, pode-se adquirir (por exemplo, via Mercado Livre), pastilhas Peltier. Minha aquisição recaiu sobre:
Pastilha Peltier termoelétrica de 46,5 W, com dimensões (40 x 40 x 5,4) mm, intensidade de corrente de 3 A, tensão de alimentação de 12 VCC (máx. 15,2 VCC), que atinge entre suas faces uma diferença de temperatura máxima de 67 ºC.
Há uma boa gama de aplicações práticas para tais pastilhas,
tanto na informática (refrigeração de gabinetes, de processadores, de chips,
etc.), como para caixas de gelo, aquários, etc.
A pastilha Peltier ao ser ligada na fonte de energia
elétrica, esquenta em uma das faces e "gela" na outra.
Este "gela" requer mais
explicações. Na verdade, o que a pastilha apresenta é uma boa diferença de
temperatura entre suas faces.
Para exemplificar, com a pastilha que adquiri, vamos admitir que esta diferença seja de 60 ºC. Assim, ao ser ligada em 12 VCC, teremos 60ºC entre as faces da pastilha, ou seja, se a face quente estiver a 90ºC, a face fria estará a 30ºC (90 - 60 = 30).
Para exemplificar, com a pastilha que adquiri, vamos admitir que esta diferença seja de 60 ºC. Assim, ao ser ligada em 12 VCC, teremos 60ºC entre as faces da pastilha, ou seja, se a face quente estiver a 90ºC, a face fria estará a 30ºC (90 - 60 = 30).
Assim, a face "fria" não estará
realmente fria ou gelada, apenas estará 60 ºC abaixo da temperatura da outra
face.
Agora, se conseguirmos fazer com que a face quente fique permanentemente em 60
ºC, a face fria ficará permanentemente a 0ºC, o que já é um belo "frio"!
Percebe-se, então, que o ´segredo´ é baixar a temperatura da face quente; uma solução é usar um ventilador especial (´cooler´); quanto mais eficiente for o cooler na troca de calor, menos quente ficará esta face e mais gelada ficará a outra.
Percebe-se, então, que o ´segredo´ é baixar a temperatura da face quente; uma solução é usar um ventilador especial (´cooler´); quanto mais eficiente for o cooler na troca de calor, menos quente ficará esta face e mais gelada ficará a outra.
A face ´gelada´, dependendo do que há no ambiente (interior
de um computador, por exemplo), pode trazer problemas secundários, tal qual a de
determinar a condensação do vapor de água arrastado pelo ar ambiente, resultando
em água líquida escorrendo componente abaixo.
Uma nova ventoinha pode ser
instalada sobre a pastilha para sanar este problema, pois ela retira o ar gelado
que rodeia o dissipador e o joga para dentro do gabinete (caso do computador).
Ilustremos esta montagem experimental:
O dissipador 1 impede a condensação sobre o componente e o cooler 1 arrasta o ar frio que envolve as aletas do dissipador 1, encaminhando-o para dentro do gabinete. O dissi- pador 2 troca calor com a face quente da pastilha e o cooler 2 arrasta o ar quente para o ambiente. |
Quanto mais potente (W) for a pastilha mais quente será o
lado quente e consequentemente mais difícil será esfriá-lo.
Um módulo didático (feito especialmente para demonstrações) poderá absorver 18 W de potência de uma fonte elétrica de 6,0 VCC sob 3,0 A, exibindo uma variação de temperatura ao redor dos 67oC.
Um módulo didático (feito especialmente para demonstrações) poderá absorver 18 W de potência de uma fonte elétrica de 6,0 VCC sob 3,0 A, exibindo uma variação de temperatura ao redor dos 67oC.
Nota: Cuidado para que a corrente no dispositivo de demonstração não supere
os 3,0 A . Se uma bateria de 6V for utilizada deve-se prever um limitador
de corrente através de um resistor de 8 ohms, 10 watts.
EIS
O EXPERIMENTO
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