Introdução ao módulo de refrigeração termoelétrica
A tecnologia termoelétrica é uma técnica ativa de gerenciamento térmico baseada no efeito Peltier. Descoberto por J.C.A. Peltier em 1834, esse fenômeno envolve o aquecimento ou resfriamento da junção de dois materiais termoelétricos (bismuto e telureto) pela passagem de corrente elétrica através da junção. Durante a operação, uma corrente contínua flui através do módulo TEC, causando a transferência de calor de um lado para o outro, criando um lado frio e um lado quente. Se a direção da corrente for invertida, os lados frio e quente se invertem. Sua capacidade de resfriamento também pode ser ajustada alterando-se a corrente de operação. Um resfriador típico de estágio único (Figura 1) consiste em duas placas cerâmicas com material semicondutor do tipo p e do tipo n (bismuto, telureto) entre as placas cerâmicas. Os elementos do material semicondutor são conectados eletricamente em série e termicamente em paralelo.
O módulo de refrigeração termoelétrica, também conhecido como dispositivo Peltier ou módulo TEC, pode ser considerado um tipo de bomba de energia térmica de estado sólido. Devido ao seu peso, tamanho e taxa de resposta, é ideal para uso em sistemas de refrigeração integrados (em espaços reduzidos). Com vantagens como operação silenciosa, resistência a impactos e choques, longa vida útil e fácil manutenção, o moderno módulo de refrigeração termoelétrica possui ampla aplicação em equipamentos militares, aviação, aeroespacial, medicina, prevenção de epidemias, equipamentos experimentais e produtos de consumo (bebedouros, refrigeradores automotivos, refrigeradores de hotel, adegas climatizadas, mini refrigeradores pessoais, colchonetes térmicos, etc.).
Atualmente, devido ao seu baixo peso, tamanho ou capacidade reduzidos e baixo custo, o resfriamento termoelétrico é amplamente utilizado em equipamentos médicos, farmacêuticos, aviação, aeroespacial, militar, sistemas de espectroscopia e produtos comerciais (como dispensadores de água quente e fria, refrigeradores portáteis, resfriadores de carro e assim por diante).
| Parâmetros | |
| I | Corrente de operação do módulo TEC (em amperes) |
| Imáximo | Corrente operacional que produz a diferença máxima de temperatura △Tmáximo(em amperes) |
| Qc | Quantidade de calor que pode ser absorvida na face fria do TEC (em Watts) |
| Qmáximo | Quantidade máxima de calor que pode ser absorvida no lado frio. Isso ocorre em I = Imáximoe quando Delta T = 0 (em Watts) |
| Tquente | Temperatura da face quente do módulo TEC em funcionamento (em °C) |
| Tfrio | Temperatura da face fria quando o módulo TEC está em funcionamento (em °C) |
| △T | Diferença de temperatura entre o lado quente (Th) e o lado frio (Tc). Delta T = Th-Tc(em °C) |
| △Tmáximo | Diferença máxima de temperatura que um módulo TEC pode atingir entre o lado quente (T)h) e o lado frio (TcIsso ocorre (capacidade máxima de resfriamento) em I = Imáximoe Qc= 0 (em °C) |
| Umáximo | Tensão fornecida em I = Imáximo(em Volts) |
| ε | Eficiência de resfriamento do módulo TEC (%) |
| α | Coeficiente de Seebeck do material termoelétrico (V/°C) |
| σ | Coeficiente elétrico do material termoelétrico (1/cm·ohm) |
| κ | Condutividade térmica do material termoelétrico (W/CM·°C) |
| N | Número de elementos termoelétricos |
| Iεmáximo | Corrente aplicada quando a temperatura do lado quente e do lado frio do módulo TEC atinge um valor especificado e é necessário obter a eficiência máxima (em amperes). |
Introdução de fórmulas de aplicação ao módulo TEC
Qc= 2N[α(Tc+273)-LI²/2σS-κs/Lx(Th- Tc) ]
△T= [ Iα(Tc+273)-LI/²2σS] / (κS/L + I α]
U = 2 N [ IL /σS +α(Th- Tc)]
ε = Qc/UI
Qh= Qc + IU
△Tmáximo= Th+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Imáximo =κS/ Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεmáximo =ασS (Th- Tc) / L (√1+0,5σα²(546+ Th- Tc)/ κ-1)
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