Como funcionam as geladeiras

Em quase todas as cozinhas existe uma geladeira. 

De 15 em 15 minutos, aproximadamente, 

voce escuta o motorligando e é o que mantém os produtos resfriados. 

Sem a geladeira, teríamos que jogar fora todas as sobras de comida ao invés de guardar para uma outra refeição.

A geladeira é uma das grandes invenções da vida moderna. Até então, a única forma de conservar os alimentos era salgando-os, e bebidas geladas no verão eram um verdadeiro luxo.

Neste artigo, veremos como funciona o desempenho de sua geladeira. Veremos também sobre embalagens resfriadas, resfriadores eletrônicos e os refrigeradores de propano encontrados nas RVs.

O propósito da refrigeração

A razão fundamental para se possuir uma geladeira é manter a comida resfriada. Baixas temperaturas ajudam a manter a comida fresca por mais tempo. A idéia básica por trás da refrigeração é diminuir a velocidade da atividade das bactérias (que existem em todos os alimentos) fazendo com que elas demorem mais para estragar os alimentos.

Por exemplo, uma bactéria irá estragar o leite em duas ou três horas se o leite for deixado na cozinha à temperatura ambiente. Porém, reduzindo a temperatura do leite, ele ficará fresco por uma ou duas semanas - a baixa temperatura dentro dos refrigeradores desacelera muito a atividade das bactérias. Ao resfriar o leite, você pode parar totalmente a atividade das bactérias, e o leite pode durar bem mais.

Refrigeração e congelamento são duas das formas mais comuns de preservar alimentos usadas hoje em dia. Para obter mais informações sobre outras formas de preservação de alimentos, veja Como funciona a preservação dos alimentos.

Partes de uma geladeira

A idéia básica por trás de uma geladeira é muito simples: ela usa a evaporação de um líquido para absorver calor. Você sabe que quando coloca água em sua pele, normalmente você sente um frescor. Quando a água evapora, ela absorve calor, criando esta sensação de frio. Esfregar álcool sempre dá uma sensação de ainda mais frio pois este evapora em menores temperaturas. O líquido usado em uma geladeira evapora a uma temperatura mais baixas, e assim ele pode criar temperaturas geladas dentro do refrigerador. Se você colocar o fluido refrigerante (líquido da geladeira) em sua pele ele irá congelá-la enquanto evapora.

Existem cinco partes básicas em qualquer geladeira (ou sistema de ar condicionado):

• compressor

• tubos para a troca de calor: serpentina ou conjunto de tubos fixado na parte de fora da unidade

• válvula de expansão

• tubos para a troca de calor: serpentina ou conjunto de tubos fixado na parte de dentro da unidade

• fluido refrigerante: líquido que evapora dentro da unidade para criar temperaturas baixas

1. O compressor comprime o gás refrigerante. 

1. Isto eleva a pressão e temperatura do fluido refrigerante (laranja), de modo que as serpentinas externas de troca de calor da geladeira permitem que o fluido refrigerante dissipe o calor devido à pressurização;

1. À medida que esfria, o fluido refrigerante se condensa em forma líquida (roxo) e flui pela válvula de expansão;

1. Quando passa pela válvula de expansão, o líquido refrigerante se move da zona de alta pressão para a zona de baixa pressão, e se expande e evapora (azul claro);

1. As serpentinas dentro da geladeira permitem que o fluido refrigerante absorva calor, fazendo com que a parte interna da geladeira fique fria. Então, o ciclo se repete.

1. A temperatura do ar dentro do forno é de 204ºC. 

1. A água que evapora dentro do copo, permanece em 100ºC, produzindo muito vapor de 204ºC. 

1. Digamos que a criatura recolhe o vapor em uma grande sacola.

1. Assim que toda a água evapora, ele pressuriza a água dentro de um recipiente de aço. 

1. No processo de pressurização, a temperatura fica em torno de 426ºC e permanece como vapor. 

1. De modo que agora o recipiente de aço é "quente" para a criatura, pois contém vapor a 426ºC.

1. O recipiente de aço dissipa o excesso de calor para o ar do forno, e este finalmente volta a 204ºC. 

1. Neste processo, a alta pressão do vapor no recipiente se condensa em água pressurizada (exatamente como o butano no isqueiro - veja na box).

1. Neste ponto, a criatura libera a água do recipiente de aço pressurizado para um pote, e ela imediatamente começa a evaporar, sua temperatura cai para 100ºC.

1. O compressor comprime o gás de amônia. 

1. O gás comprimido esquenta quando é pressurizado (laranja).

1. As serpentinas na parte traseira deixam que o gás de amônia quente dissipe seu calor. 

1. O gás de amônia se condensa em amônia líquida (azul escuro) a alta pressão.

1. A amônia líquida a alta pressão flui através da válvula de expansão.

1. A amônia líquida imediatamente ferve e evapora (azul claro) e sua temperatura cai para -32ºC. 

1. Isto faz com que a parte interna fique fria.

1. Este gás de amônia frio é sugado por um compressor, e o ciclo se repete.

• gerador: gerando gás de amônia

• separador: separando o gás de amônia da água

• condensador: onde o gás de amônia quente é gelado e condensado para criar amônia líquida

• vaporizador: onde a amônia líquida evapora para criar baixas temperaturas dentro da geladeira 

• absorvedor: que absorve a gás de amônia na água

1. O calor é aplicado ao gerador. 

1. O calor vem de uma fonte como gás, propano ou querosene.

1. No gerador está a solução de amônia e água. 

1. O calor eleva a temperatura da solução até o ponto de ebulição da amônia.

1. A solução em ebulição flui para o separador. 

1. No separador, a água é separada do gás de amônia.

1. O gás de amônia sobe para o condensador. 

1. O condensador é composto por serpentinas de metal e aletas que permitem que o gás de amônia dissipe o calor e se condense como líquido.

1. A amônia líquida vai para o evaporador, onde se mistura ao gás de hidrogênio e evapora, produzindo baixas temperaturas.

1. Os gases de amônia e hidrogênio correm para o absorvente. 

1. Aqui, a água que foi coletada no separador é misturada com os gases de amônia e hidrogênio.

1. A amônia forma uma solução com a água e o hidrogênio é liberado, fluindo novamente para o evaporador. 

1. A solução de amônia e água corre em direção ao gerador para repetir o ciclo.

Muitas instalações industriais usam amônia pura como refrigerante. 

Amônia pura evapora a -32º C (27º F).

O mecanismo básico de uma geladeira funciona assim:

Esse é praticamente um padrão - e um tanto insatisfatório - de explicação de como funciona uma geladeira. 

Então, vejamos vários exemplos para entendermos o que realmente acontece.

Entendendo a refrigeração

Para entender o que acontece dentro de uma geladeira, é preciso saber um pouco mais sobre fluidos refrigerantes. 

Aqui estão dois experimentos que ajudarão a entender o que acontece.

Isto é exatamente o que acontece quando os humanos lidam com nitrogênio líquido. 

O segundo experimento é extremamente interessante se você pensar da seguinte forma: imagine uma criatura que viva muito feliz em um forno a 204ºC. 

Essa criatura acha que 204ºC é ótimo - a temperatura perfeita (assim como os humanos acham que 21ºC é ótimo). 

Se a criatura está em um forno a 204ºC, e se há um copo de água fervendo a 100ºC, o que esta criatura irá sentir a respeito da água? 

Ela irá sentir que esta água é realmente fria. 

Afinal, a água fervente é 104ºC mais fria do que os 204ºC que esta criatura acha confortável. 

Esta é a grande diferença.

Nós sentimos que 21ºC é confortável. 

O nitrogênio líquido ferve a -195ºC. 

Então se você tem um pote de nitrogênio líquido em cima da mesa da sua cozinha, sua temperatura será de -195ºC, e irá evaporar - para você, é claro, será incrivelmente frio.

Geladeiras modernas usam um ciclo de regeneração para reutilizar o mesmo fluido refrigerante repetidamente. 

Você pode ter uma idéia de como isto funciona imaginando novamente nossa criatura e seu copo de água. 

Ele pode criar um ciclo de renovação seguindo os seguintes passos:

Repetindo estas quatro etapas, a criatura agora tem uma forma de reutilizar a mesma água repetidamente para gerar refrigeração.

Agora vejamos como essas quatro etapas se aplicam a nossa geladeira.

A geladeira em sua cozinha usa um ciclo que é similar ao descrito na seção acima. 
Porém, nela o ciclo é contínuo. 
No exemplo a seguir, assumiremos que o refrigerante usado é amônia pura, que ferve a -32ºC. 
Isto é o que acontece para manter a geladeira fria:

1. Você pode pensar que a válvula de expansão é um pequeno buraco. Em um lado do buraco está a amônia líquida a alta pressão. 
2. O outro lado do buraco é uma área de baixa pressão (pois o compressor está sugando o gás desse lado).

A propósito, se você já desligou seu carro em um dia quente quando estava com o ar condicionado ligado, deve ter ouvido um assobio sob o capô. 
Este barulho é o som do líquido refrigerante a alta pressão que flui pela válvula de expansão.

O gás de amônia puro é muito tóxico para as pessoas e corre risco de vazar do refrigerador, de modo que os refrigeradores domésticos não devem usar amônia pura. 
Você já deve ter ouvido falar de refrigerantes conhecidos como CFCs(clorofluorocarbonetos), originalmente desenvolvidos pela Du Pont nos anos 30 como um substituto não tóxico para a amônia. O CFC-12 (diclorodifluorometano) tem aproximadamente o mesmo ponto de ebulição da amônia. 
Porém, o CFC-12 não é tóxico para seres humanos, de modo que é seguro para ser usado em sua cozinha. 
Muitos refrigeradores industriais grandes ainda usam amônia.

Nos anos 70 descobriu-se que os gases CFC em uso eram prejudiciais à camada de ozônio, de modo que nos anos 90, todos os novos refrigeradores e ar condicionados passaram a usar refrigerantes menos prejudiciais à camada de ozônio.

Refrigeradores a gás e propano
Se você tem um trailler ou usa uma geladeira onde a energia elétrica não é disponível, provavelmente a sua geladeira é movida a gás ou propano. 
Esses refrigeradores são interessantes pois não têm partes móveis e usam gás ou propano como sua fonte primária de energia. 
Além disso, usam calor em forma de chama de propano, para produzir o frio dentro do refrigerador.

Uma geladeira a gás usa amônia como meio de resfriamento, e este usa água, amônia e gás de hidrogênio para criar um ciclo contínuo para a amônia. 
O refrigerador tem cinco partes principais:

O ciclo trabalha desta forma:

Este site (em inglês) oferece uma descrição extremamente detalhada do processo.

Geladeiras elétricas
Você já deve ter visto que os novos resfriadores de seu carro não usam gelo, ao invés disto, eles são ligados no acendedor de cigarros de seu carro. 
Estes resfriadores dependem de um processo conhecido como efeito Peltier, ou efeito termoelétrico, para produzir baixas temperaturas eletronicamente.

Você pode criar o efeito Peltier com uma bateria, duas peças de fio de cobre e uma peça de bismuto ou fio de ferro. Apenas conecte os fios de cobre aos dois pólos de uma bateria, e então conecte o bismuto ou fio de ferro entre as duas peças de fio de cobre. 
O bismuto/ferro e cobre devem se tocar - e é esta junção que causa o efeito Peltier.

A junção onde a corrente flui do cobre para o bismuto esquenta, e a junção onde a corrente flui do bismuto para o cobre irá ficar fria. 
A temperatura máxima cai de cerca de 4ºC em relação à temperatura ambiente onde a junção quente está localizada.

Para criar um resfriador Peltier, a junção quente é colocada na parte de fora da geladeira e a junção fria é colocada na parte de dentro. Normalmente, você cria um módulo contendo muitas junções para amplificar este efeito. 
Veja os detalhes sobre o efeito Peltier nos links no final deste artigo.

Embalagens resfriadas
Falando sobre refrigeração e resfriamento, você já deve ter usado uma destas "embalagens de resfriamento instantâneo" que parecem um saco plástico cheio de líquido. 
Você o aperta, sacode e ele fica extremamente frio. 
O que acontece aqui?

O líquido dentro da embalagem resfriada é água. 

Na água no outro saco plástico ou tubo contém o fertilizante nitrato de amônia. 

Quando você aperta a embalagem resfriada, esse ato quebra o tubo fazendo com que a água se misture com o fertilizante. 

A mistura cria uma reação endotérmica - que absorve calor. 

A temperatura da solução cai para cerca de 1ºC dentro de 10 a 15 minutos.

Gomes

Refrigeração Eletrônica

Existem no mercado diversos modelos de bebedouros, que são qualificados como “eletrônicos”. 

O uso desse termo dá a impressão de que se trata de um equipamento moderno e com características vantajosas para os usuários. 

Mas o que acontece é justamente o contrário.

Os chamados “bebedouros eletrônicos” usam pastilhas termoelétricas do tipo Peltier em lugar do compressor. Essas pastilhas são capazes de refrigerar, mas são adequadas para equipamentos nos quais a necessidade de refrigeração é muito pequena, como os microprocessadores. 

Em bebedouros, o uso dessas pastilhas é uma solução que não possibilita o mesmo desempenho que um equipamento tradicional, como o compressor.

O primeiro aspecto a ser considerado é que bebedouros com compressor consomem muito menos energia elétrica. 

Uma avaliação rigorosa feita pelo instituto Proteste em setembro de 2010, com seis modelos de bebedouros eletrônicos, mostrou que todos tinham nível de consumo elétrico altíssimo, além de terem desempenho fraco na função de gelar a água.

O fato é que o processo de refrigeração baseado na compressão de vapor proporciona uma performance muito superior para essa aplicação. 

Ou seja, com o compressor, o bebedouro deixa a água mais gelada e a resfria mais rapidamente.

A robustez e a resistência do compressor às oscilações de tensão da rede são outros fatores que devem ser considerados na comparação. 

Para completar, os compressores apresentam mais uma vantagem importante no que diz respeito ao projeto do bebedouro: com eles, não é preciso incluir componentes como microventilador, fonte, transformador e placa eletrônica, que são parte obrigatória de qualquer sistema à base do processo Peltier.

Até no aspecto da saúde, os modelos com compressor levam vantagem, pois não existe a possibilidade que contaminem a água. 

O mesmo não pode ser dito das pastilhas termoelétricas, que, em alguns casos, ficam dentro do reservatório de água, para ganho de espaço.

Refrigeração Eletrônica

Ar condicionado 12V feito em casa

Depois das conversas sobre ar condicionado 12V no outro tópico eu resolvi montar um pequeno ar condicionado feito em casa ontem a noite, só pra estudar um pouco melhor o conceito e os problemas na prática. O resultado é um ar condicionado 12V que consome em torno de 100W, ~85W em duas placas peltier, e mais uns ~25W para os ventiladores. 

Claro, esse baixo consumo comparado a um ar condicionado tradicional também se traduz em uma capacidade de refrigeração bem menor, mas é provável que esse modelo consiga afetar o ambiente de forma perceptível enquanto mantendo um consumo mais aceitável para um trailer. 

Aqui vai uma descrição do experimento. 

Princípio de funcionamento 

Placas peltier são dispositivos semicondutores que tem um modo de funcionamento muito simples: quando corrente é aplicada através dela para um lado, uma das superfícies aquece e a outra resfria. Se a corrente é aplicada para o lado oposto, as superfícies que aquecem e resfriam se invertem. 

A diferença de temperatura é suficiente para congelar água que esteja em contato com a superfície fria, e suficiente para se auto-destruir no lado quente, portanto é necessário dissipar o calor eficientemente e controlar o nível de aquecimento. 

Com as duas superfícies de temperaturas opostas tão próximas uma da outra, o principal desafio ao utilizar essas placas é afastar o calor e o frio das superfícies vizinhas de forma eficiente sem que nesse processo uma anule a outra. 

Fazer esse processo corretamente é a chave entre o sistema funcionar ou não. Nesse projeto as placas são utilizadas para resfriamento, então é utilizada uma caixa de isopor para armazenar e direcionar o ar gerado pela superfície fria enquanto o grande calor gerado pela superfície quente é dissipado e afastado da caixa sem direcionamento específico. Isso permite o direcionamento do ar frio para o interior do veículo através de tubulação termicamente isolada enquanto o sistema com um todo fica localizado na parte externa para dissipação do calor. 

Material utilizado no experimento

• Duas placas peltier de 6A
• Um dissipador de calor grande
• Um dissipador com ventilador (eficiente!)
• Um ventilador pequeno (potente!)
• Pasta termal
• Uma caixa pequena de isopor
• Uma fonte de 12V com capacidade adequada

ATENÇÃO
Como se trata de um forum público é importante alertar sobre algumas questões.
Esses componentes não são LEGOs.. eles não foram feitos para serem seguros, mas sim para fazer parte de um sistema que leva segurança em consideração.
Ao fazer um experimento simples como esse, sem qualquer isolamento físico, sensor de temperatura, controle de corrente, fusível, etc, existe um grande risco de que coisas dêem errado, potencialmente muito errado, o que pode levar a incêndios, explosões, e grandes queimaduras.
Por exemplo, no meu sistema as placas peltier se limitaram a 3.5A naturalmente nos 12V, o que com o sistema de refrigeração que usei manteve a temperatura sob controle.
É possível que placas similares cheguem mais próximas dos 6A com menos tensão, o que iria aumentar muito a temperatura do conjunto. Outro fator a ser cuidado é a própria refrigeração.
Cada ventilador e dissipador de calor tem uma capacidade diferente de refrigeração. Eu só fiquei sabendo que o meu conjunto funcionaria corretamente porque monitorei de perto a tensão, a corrente, e todas as temperaturas.
Também é muito importante cuidar a própria fiação utilizada para conectar os diversos componentes. 10A é suficiente para queimar pequenos fios, o que também pode ocasionar um incêndio. Não usem o dedo para saber se está quente! Componentes eletrônicos podem esquentar o suficiente para fazer queimaduras sérias antes mesmo que o cérebro consiga avisar o dedo para sair dalí.
Finalmente, se alguém for reproduzir o experimento, não o deixem ligado sozinho.
Ele pode parecer funcionar, mas é fácil alguma coisa dar errada depois de algum tempo.

Montagem do experimento
1.
O dissipador de calor foi colocado dentro da caixa de isopor: [attachment=6249]
2.
A tampa da caixa foi recortada e adaptada para que o segundo dissipador com o ventilador fossem encaixados: [attachment=6252][attachment=6253]
3. As laterais da caixa foram recortadas em lados opostos para encaixar o ventilador pequeno e fazer a saída de ar frio: [attachment=6259]
4. O conjunto final foi montado aplicando-se pasta termal de ambos os lados das duas placas peltier e colocando-as entre os dissipadores: [attachment=6262] ]
Resultado
Uma foto termal do experimento funcionando: [attachment=6260] E aqui, baixando em alguns graus a temperatura da minha mão: [attachment=6261]
Embora promissores os testes empíricos, por enquanto o equipamento não passa de um brinquedo.
Na noite seguinte fiz alguns testes um pouco mais científicos conectando o equipamento a uma caixa de isopor:
O melhor que eu consegui medir foi um resfriamento de 1°C em 8 segundos, o que parece muito, mas não é.
A caixa tem um tamanho de 245 x 355 x 134mm, o que dá um volume de 0,011654m³. A 1atm e 20°C o ar tem uma densidade em torno de 1,205kg/m³ e um calor específico de 1005J/(kg K).
Como a caixa tem em torno de 0,012m³ de ar ela tem uma massa de 1,205 x 0,012 = 0.01446kg ou 14.46g de ar, e o calor específico diz que para resfriar 1kg de ar em 1°C são necessários 1005J. Se o dispositivo resfriou 14.46g de ar em 1°C, então a energia utilizada foi 1005 x 0,01446 = 14,5323J em 8 segundos, ou 14,5323 x 60 / 8 = 109J/min. 1 BTU é em torno de 1055J, e a convenção utilizada pelos ar condicionados é na verdade o BTU/h.
Então o dispositivo tem uma capacidade vagamente em torno de 109J x 60 / 1055J = ~6.2BTU/h, o que é muito próximo de nada.
Valeu a brincadeira, mas tem que melhorar umas duas ordens de magnitude pra ser útil.

Refrigeração Eletronica

Mini ar-condicionado utilizando pastilha Peltier

Projeto de um ar-condicionado portátil utilizando apenas duas ventoinhas de computador e uma pastilha Peltier. Simples de fazer e não sai caro. 
Útil para ambientes pequenos com pouca ventilação, ou onde não pode-se instalar um ar-condicionado comum.


LISTA DE MATERIAIS

• 1x Pastilha Peltier 12V
• 2x Cooler de computador 12V
• 1x Dissipador de calor (confira modelo na foto)
• 2x Dissipador de calor (confira modelo na foto)
• 1x Bateria 12V (ou fonte)
• 1x Interruptor
• 1x Par de garras de jacaré (para a bateria)
• 1x Rede de metal
• Fios diversos
• Tubulação

LISTA DE FERRAMENTAS

• Pistola de cola quente
• Ferro de solda
• Esmeril
• Tesoura
• Tubo de cola quente
• Fita
• Epoxy
• Tabuas de madeira

DEMONSTRAÇÃO

O ar neutro do ambiente entra pela parte de baixo, atravessando os dissipadores de calor quentes e saindo pelo tubo até uma janela. O ar neutro do ambiente também entra por cima passando pelos dissipadores de calor frios e saindo pela esquerda.

Caso a intenção seja apenas um vento fresco, não é necessário conectar o tubo em uma janela.

A ligação elétrica é bem simples. 
Alimente todos os itens do projeto em paralelo, respeitando a polaridade de cada um. 
Por comodidade, conecte o interruptor em série com a bateria para ligar/desligar o aparato.

MONTAGEM

Aplique Epoxy dos dois lados do Peltier e cole os dissipadores de calor como mostra a figura. 
Atente a zona fria/quente do Peltier.
Aplique Epoxy agora nas extremidades dos dissipadores, de forma a colar as ventoinhas. 
A direção do fluxo de vento das ventoinhas deverá apontar para dentro, nos dois casos.

Aplique mais Epoxy como demonstra a figura, para posicionar no lugar as madeiras que definirão o fluxo do vento.
Posicione a rede de metal no lado superior, formando um filtro de ar. 
Este filtro evitará poeira dentro do sistema.

Por fim, grude as tampas de madeira.

FINAL

Esta é a aparência final do projeto.

É recomendado que se coloque o tubo da saída de ar quente para fora da janela, resfriando o ambiente.

Gambiarra ou não, não deixa de ser um projeto interessante!

Gomes

 Entendendo o Funcionamento das Pastilhas Termoelétricas



RESUMO: 

Este artigo visa demonstrar o funcionamento de uma pastilha termoelétrica, que foi usada na montagem de um frigobar bastante simples - basicamente composto por uma caixa de isopor e uma pastilha termoelétrica. 
O frigobar contou ainda com dissipadores de calor, ventoinhas, pastas térmicas e uma fonte de 300W para a alimentação de todo o conjunto. 
O projeto conseguiu, ainda que frustrado por não alcançar as temperaturas esperadas, demonstrar de maneira compreensível o funcionamento das pastilhas e motivar futuros projetos objetivando o aperfeiçoamento, estudo e desenvolvimento do protótipo e dos módulos Peltier.

PALAVRAS CHAVES: Pastilha termoelétrica; Temperatura; Módulos Peltier

INTRODUÇÃO: 

As pastilhas termoelétricas são pequenas unidades que utilizam tecnologia de matéria condensada para operarem como bombas de calor. 
Sua operação é baseada no “Efeito Peltier” e também no seu efeito contrário, o “Seebeck”. Estes dois efeitos podem ser também considerados como um só, denominado de efeito Peltier-Seebeck ou efeito termoelétrico. 
Elas são utilizadas hoje em inúmeros setores, principalmente os de bens de consumo, automotivo, industrial e militar. 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 
A grande vantagem dessas pastilhas é a ausência de peças móveis, gás freon, barulho e vibração; além do tamanho reduzido, alta durabilidade e precisão.
Este trabalho têm por objetivo demonstrar o funcionamento de uma pastilha termoelétrica, através da realização de um experimento com uma pastilha e por meio da comparação da eficiência da pastilha em relação aos gases utilizados nas geladeiras no resfriamento das mesmas e do estudo da viabilidade da pastilha na climatização de ambientes. 

MATERIAL E MÉTODOS: 

Iniciando a montagem do protótipo, foi feita uma abertura na parte superior da caixa de isopor, para a colocação de um dos dissipadores de calor. A ventoinha foi encaixada no dissipador e o mesmo posicionado na abertura da caixa. 
Em seguida, o ferro de solda foi utilizado para a soldagem - com o estanho - do fio do adaptador no fio da pastilha, e então a solda foi revestida com o espaguete termorretrátil. 
Após isso é que a pasta térmica foi espalhada nas superfícies quente e fria da pastilha. 
Então a pastilha foi assentada no dissipador de modo que o seu lado frio ficasse para baixo. 
Depois, o outro dissipador – com os tubos de calor – foi colocado sobre o lado quente da pastilha, e então a outra ventoinha foi acoplada a ele. 
Por fim todo o conjunto foi conectado à fonte de alimentação que já havia sido vinculada ao botão liga/desliga, necessário para a realização do curto circuito responsável pelo funcionamento da fonte e para o controle do funcionamento da mesma.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: 

Levando-se em conta a baixa qualidade e eficácia dos materiais utilizados para a montagem do frigobar, devido à falta dos recursos financeiros necessários para a aquisição de materiais mais aprimorados, o resultado ainda que abaixo do objetivo inicial do alcance de temperaturas inferiores a 5 C°, foi satisfatório, pois o modelo construído foi capaz de alcançar temperaturas a 10 C° abaixo da temperatura ambiente e em pouco mais de uma hora, a temperatura do protótipo já se estabilizava.

CONCLUSÕES: 

Com o estudo e pesquisa na área da termoeletricidade e com a montagem do frigobar, foi possível concluir que as pastilhas termoelétricas, com o conhecimento científico possuído hoje a seu respeito, não são mais eficientes do que as geladeiras convencionais no resfriamento de ambientes, porém em situações em que não é necessário o alcance de temperaturas tão amenas, a pastilha é indicada, levando-se em conta os problemas ambientais enfrentados atualmente e a não emissão dos gases clorofluorcarbonetos(CFC) – principais destruidores da camada de ozônio - pela pastilha.
  Gomes...

Refrigeração Eletronica

Termoeletricidade(Inversor de Peltier)

LEMBRANDOA 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

 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 .

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). 
Assim, a face "fria" não estará realmente fria ou gelada, apenas estará 60 ºC abaixo da temperatura da outra face.

Para uma dada intensidade de corrente no elemento Peltier, a diferença de temperatura entre suas faces permanecerá constante.

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.

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 67^oC.

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.

INTRODUÇÃO AO EFEITO PELTIER

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."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.

 

Pastilhas termoelétricas operam utilizando o efeito Peltier, a teoria de que há um efeito aquecedor ou resfriador quando uma corrente elétrica passa por dois condutores. 

A voltagem aplicada aos pólos de dois materiais distintos cria uma diferença de temperatura. 

Graças a essa diferença, o resfriamento Peltier fará o calor mover de um lido ao outro. 

Uma típica pastilha de Peltier conterá uma série de elementos semicondutores do tipo-p e tipo-n, agrupados como pares  que agirão como condutores dissimilares. 

       

Essa série de elementos é soldada entre duas placas cerâmicas, eletricamente em série e termicamente em paralelo. 

Quando uma corrente DC passa por um ou mais pares de elementos de tipo-n a tipo-p, há uma redução na temperatura da junta ("lado frio") resultando em uma absorção do calor do ambiente. 

Este calor é transferido pela pastilha por transporte de eléctrons e emitido no outro lado ("quente") via eléctrons que movem de um estado alto para um estado baixo (ver Figura 2). 

A capacidade de bombeamento de calor de um resfriador é proporcional à corrente e o número de pares de elementos tipo-n e tipo-p."