Aire acondicionado basado en elementos Peltier para hámster. Aire acondicionado Peltier para coche Enfriador termoeléctrico Peltier en coche

En estas instrucciones le mostraremos cómo hacer un aire acondicionado sencillo con materiales de desecho. Este aire acondicionado no lleva compresores ni otras piezas similares, el frío lo recibiremos gracias a la electricidad, o mejor dicho, utilizando . No son particularmente caros hoy en día y encontrarlos no debería ser demasiado difícil.

En cuanto al resto de componentes, necesitaremos ventiladores y refrigeradores del ordenador, que servirán para enfriar un lado de los elementos y calentar el otro. Es decir, unos ventiladores nos soplarán aire frío, mientras que otros enfriarán los elementos para que no se sobrecalienten.

Materiales y herramientas utilizadas.

Lista de materiales:
- elementos Peltier ();
- 4 refrigeradores para computadora (ventiladores con radiadores);
- 4 ventiladores de la computadora;
- fuente de alimentación 12V/30A;
- cables;
- pasta termica;
- cambiar;
- gran radiador de aluminio;
- madera contrachapada, láminas de plástico o algo similar para la carrocería.

Proceso de fabricación de aire acondicionado:

Paso uno. Preparando la base
Necesitaremos una base sobre la que fijaremos todas las partes importantes del aire acondicionado. Puedes utilizar plástico, madera contrachapada u otro material similar. Primero, tomamos medidas y recortamos cuatro ventanas para elementos Peltier. No olvides hacer ranuras para los cables. El autor recorta estas ventanas con un cuchillo de oficina, ya que el material utilizado es blando.

Enfriador termoeléctrico Peltier.

El principio de funcionamiento fue tomado de la red: el funcionamiento de los elementos Peltier se basa en el contacto de dos materiales conductores con diferentes niveles de energía electrónica en la banda de conducción. Cuando la corriente fluye a través del contacto de dichos materiales, el electrón debe adquirir energía para pasar a una banda de conducción de energía superior de otro semiconductor. Cuando se absorbe esta energía, el punto de contacto entre los semiconductores se enfría. Cuando la corriente fluye en dirección opuesta, además del efecto térmico habitual, se calienta el punto de contacto entre los semiconductores.

Cuando los metales entran en contacto, el efecto Peltier es tan pequeño que pasa desapercibido en el contexto de fenómenos de calentamiento óhmico y de conductividad térmica. Por tanto, en aplicaciones prácticas se utiliza el contacto de dos semiconductores.

Aparición de un elemento Peltier. Cuando pasa corriente, el calor se transfiere de un lado al otro. Un elemento Peltier consta de uno o más pares de pequeños paralelepípedos semiconductores, uno de tipo n y otro de tipo p en un par (generalmente telururo de bismuto, Bi2Te3 y germanuro de silicio). ), que se conectan por pares mediante puentes metálicos. Los puentes metálicos sirven al mismo tiempo como contactos térmicos y están aislados con una película no conductora o una placa cerámica. Los pares de paralelepípedos están conectados de tal manera que se forma una conexión en serie de muchos pares de semiconductores con diferentes tipos de conductividad, de modo que arriba hay una secuencia de conexiones (n->p), y abajo opuesta ( p->n). La corriente eléctrica fluye secuencialmente a través de todos los paralelepípedos. Dependiendo de la dirección de la corriente, los contactos superiores se enfrían y los inferiores se calientan, o viceversa. Así, la corriente eléctrica transfiere calor de un lado del elemento Peltier al opuesto y crea una diferencia de temperatura.

Si se enfría el lado de calefacción del elemento Peltier, por ejemplo con un radiador y un ventilador, la temperatura del lado frío será aún más baja. En elementos de una sola etapa, dependiendo del tipo de elemento y del valor de corriente, la diferencia de temperatura puede alcanzar aproximadamente 70 K/

Descripción
El elemento Peltier es un convertidor termoeléctrico que, cuando se aplica voltaje, es capaz de crear una diferencia de temperatura entre las placas, es decir, bombear calor o frío. El elemento Peltier presentado se utiliza para enfriar placas de computadora (sujeto a una eliminación efectiva del calor), para enfriar o calentar agua. Los elementos Peltier también se utilizan en refrigeradores portátiles y para automóviles.

Elemento Peltier que funciona con 12 voltios.

Para calentar, solo necesitas cambiar la polaridad.
Dimensiones de la placa Peltier: 40 x 40 x 4 milímetros.
Rango de temperatura de funcionamiento: de -30 a +70?.
Tensión de funcionamiento: 9-15 Voltios.
Consumo de corriente: 0,5-6 A.
Consumo máximo de energía: 60 W.
Una cosita curiosa, conectamos 12v +: enfría, cambiamos la polaridad, calienta. Se utiliza en muchos frigoríficos de coches, al menos esto es lo que tengo. ¡Puedes colocar un circuito compacto en la guantera para que el chocolate no se derrita en verano! Para usarlo y usarlo de manera efectiva, debe usar un radiador de enfriamiento; como prueba utilicé un radiador de un procesador de computadora, posiblemente con un refrigerador. Cuanto mejor sea el enfriamiento, más fuerte y eficaz será el efecto Peltier. Cuando se conecta a una batería de automóvil de 12 V, el consumo de corriente es de 5 amperios. En una palabra, el elemento es glotón. Dado que todavía no he montado todo el circuito, solo he realizado pruebas de prueba, sin mediciones de temperatura instrumentadas. Entonces, en el modo de enfriamiento, apareció una ligera escarcha en 10 minutos. En el modo de calentamiento, el agua en la taza de metal comenzó a hervir. La eficiencia de este refrigerador es, por supuesto, baja, pero el precio del dispositivo y la oportunidad de experimentar justifican la compra. el resto esta en la foto

Los equipos de refrigeración se han arraigado tan firmemente en nuestras vidas que resulta incluso difícil imaginar cómo podríamos arreglárnoslas sin ellos. Pero los diseños de refrigerantes clásicos no son adecuados para uso móvil, por ejemplo como bolsa térmica de viaje.

Para ello se utilizan instalaciones cuyo principio de funcionamiento se basa en el efecto Peltier. Hablemos brevemente de este fenómeno.

¿Lo que es?

Este término hace referencia a un fenómeno termoeléctrico descubierto en 1834 por el naturalista francés Jean-Charles Peltier. La esencia del efecto es la liberación o absorción de calor en el área donde están en contacto conductores diferentes a través de los cuales pasa la corriente eléctrica.

Según la teoría clásica, existe la siguiente explicación para el fenómeno: la corriente eléctrica transfiere electrones entre metales, lo que puede acelerar o ralentizar su movimiento, dependiendo de la diferencia de potencial de contacto entre conductores de diferentes materiales. En consecuencia, con un aumento de la energía cinética, se convierte en energía térmica.

En el segundo conductor se observa un proceso inverso, que requiere reposición de energía, de acuerdo con la ley fundamental de la física. Esto ocurre debido a la vibración térmica, que provoca el enfriamiento del metal del que está hecho el segundo conductor.

Las tecnologías modernas permiten producir elementos-módulos semiconductores con el máximo efecto termoeléctrico. Tiene sentido hablar brevemente sobre su diseño.

Diseño y principio de funcionamiento.

Los módulos modernos son una estructura que consta de dos placas aislantes (generalmente de cerámica), con termopares conectados en serie ubicados entre ellas. En la siguiente figura se puede encontrar un diagrama simplificado de dicho elemento.

Designaciones:

• A – contactos para conectarse a una fuente de alimentación;
• B – superficie caliente del elemento;
• C – lado frío;
• D – conductores de cobre;
• E – semiconductor basado en unión p;
• F – semiconductor tipo n.

El diseño se realiza de tal manera que cada lado del módulo esté en contacto con uniones p-n o n-p (dependiendo de la polaridad). Los contactos p-n se calientan y los contactos n-p se enfrían (ver Fig. 3). En consecuencia, se produce una diferencia de temperatura (DT) en los lados del elemento. Para un observador, este efecto parecerá una transferencia de energía térmica entre los lados del módulo. Es de destacar que cambiar la polaridad de la energía conduce a un cambio en las superficies frías y calientes.

Especificaciones

Las características de los módulos termoeléctricos se describen mediante los siguientes parámetros:

• capacidad de enfriamiento (Q max), esta característica se determina en función de la corriente máxima permitida y la diferencia de temperatura entre los lados del módulo, medida en Watts;
• diferencia máxima de temperatura entre los lados del elemento (DT max), el parámetro se da para condiciones ideales, la unidad de medida es grados;
• corriente permitida requerida para garantizar la máxima diferencia de temperatura – I max;
• la tensión máxima Umax requerida para que la corriente Imax alcance la diferencia de pico DTmax;
• resistencia interna del módulo – Resistencia, indicada en Ohmios;
• coeficiente de eficiencia - COP (abreviatura del inglés - coeficiente de rendimiento), esencialmente esta es la eficiencia del dispositivo, que muestra la relación entre refrigeración y consumo de energía. Para elementos económicos, este parámetro está en el rango de 0,3 a 0,35, para modelos más caros se acerca a 0,5.

Calificación

Veamos cómo se descifran las marcas típicas de los módulos usando el ejemplo de la Figura 4.

El marcado se divide en tres grupos significativos:

1. Designación de elementos. Las dos primeras letras siempre permanecen sin cambios (TE), lo que indica que se trata de un termoelemento. El siguiente indica el tamaño, pueden estar las letras “C” (estándar) y “S” (pequeña). El último número indica cuántas capas (cascadas) hay en el elemento.
2. El número de termopares en el módulo que se muestra en la foto es 127.
3. La corriente nominal está en amperios, para nosotros es de 6 A.

De la misma forma se leen las marcas de otros modelos de la serie TEC1, por ejemplo: 12703, 12705, 12710, etc.

Solicitud

A pesar de su eficiencia bastante baja, los elementos termoeléctricos se utilizan ampliamente en medición, informática y electrodomésticos. Los módulos son un elemento operativo importante de los siguientes dispositivos:

• unidades de refrigeración móviles;
• pequeños generadores para generar electricidad;
• sistemas de refrigeración en ordenadores personales;
• refrigeradores para enfriar y calentar agua;
• deshumidificadores, etc

Demos ejemplos detallados del uso de módulos termoeléctricos.

Frigorífico con elementos Peltier.

Las unidades de refrigeración termoeléctricas tienen un rendimiento significativamente inferior al de sus contrapartes de compresor y absorción. Pero tienen importantes ventajas, lo que hace aconsejable su uso en determinadas condiciones. Estas ventajas incluyen:

• simplicidad de diseño;
• resistencia de vibracion;
• ausencia de elementos móviles (excepto el ventilador que sopla el radiador);
• bajo nivel de ruido;
• pequeñas dimensiones;
• capacidad para trabajar en cualquier puesto;
• larga vida útil;
• Bajo consumo de energía.

Estas características son ideales para instalaciones móviles.

Elemento Peltier como generador de electricidad.

Los módulos termoeléctricos pueden funcionar como generadores de electricidad si uno de sus lados se somete a calentamiento forzado. Cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre los lados, mayor es la corriente generada por la fuente. Desafortunadamente, la temperatura máxima para el generador térmico es limitada; no puede ser superior al punto de fusión de la soldadura utilizada en el módulo. La violación de esta condición conducirá a la falla del elemento.

Para la producción en masa de generadores térmicos se utilizan módulos especiales con soldadura refractaria que se pueden calentar a una temperatura de 300°C. En elementos ordinarios, por ejemplo TEC1 12715, el límite es 150 grados.

Dado que la eficiencia de dichos dispositivos es baja, se utilizan solo en los casos en que no es posible utilizar una fuente de energía eléctrica más eficiente. Sin embargo, los generadores térmicos de 5 a 10 W tienen una demanda entre turistas, geólogos y residentes de zonas remotas. Para alimentar unidades de distribución de gas, equipos de estaciones meteorológicas, etc. se utilizan grandes y potentes instalaciones estacionarias alimentadas por combustible de alta temperatura.

Para enfriar el procesador

Hace relativamente poco tiempo, estos módulos comenzaron a utilizarse en sistemas de refrigeración de CPU de ordenadores personales. Teniendo en cuenta la baja eficiencia de los termoelementos, los beneficios de tales estructuras son bastante dudosos. Por ejemplo, para enfriar una fuente de calor con una potencia de 100-170 W (correspondiente a la mayoría de los modelos de CPU modernos), necesitará gastar entre 400 y 680 W, lo que requiere la instalación de una fuente de alimentación potente.

El segundo problema es que un procesador descargado liberará menos energía térmica y el módulo puede enfriarlo por debajo del punto de rocío. Como resultado, comenzará a formarse condensación, que seguramente dañará la electrónica.

Quienes decidan crear un sistema de este tipo por su cuenta deberán realizar una serie de cálculos para seleccionar la potencia del módulo para un modelo de procesador específico.

Con base en lo anterior, utilizar estos módulos como sistema de enfriamiento de la CPU no es rentable, además, pueden provocar fallas en los equipos de cómputo.

La situación es completamente diferente con los dispositivos híbridos, donde los módulos térmicos se utilizan junto con refrigeración por agua o aire.

Los sistemas de refrigeración híbridos han demostrado su eficacia, pero su elevado coste limita el círculo de sus admiradores.

Aire acondicionado basado en elementos Peltier.

En teoría, un dispositivo de este tipo será estructuralmente mucho más sencillo que los sistemas de control climático clásicos, pero todo se reduce a un bajo rendimiento. Una cosa es enfriar un pequeño volumen de un refrigerador y otra enfriar una habitación o el interior de un automóvil. Los acondicionadores de aire que utilizan módulos termoeléctricos consumirán más electricidad (3-4 veces) que los equipos que funcionan con refrigerante.

En cuanto a su uso como sistema de control climático del automóvil, la potencia de un generador estándar no será suficiente para operar dicho dispositivo. Reemplazarlo por equipos más eficientes provocará un consumo importante de combustible, lo que no es rentable.

En los foros temáticos, periódicamente surgen discusiones sobre este tema y se consideran varios diseños caseros, pero aún no se ha creado un prototipo funcional completo (sin contar el aire acondicionado para un hámster). Es muy posible que la situación cambie cuando los módulos con una eficiencia más aceptable estén ampliamente disponibles.

Para agua de refrigeración

El elemento termoeléctrico se utiliza a menudo como refrigerante para enfriadores de agua. El diseño incluye: un módulo de refrigeración, un controlador controlado por termostato y un calentador. Esta implementación es mucho más sencilla y económica que un circuito compresor, además, es más fiable y fácil de operar. Pero también existen ciertas desventajas:

• el agua no se enfría por debajo de 10-12°C;
• el enfriamiento lleva más tiempo que su homólogo de compresor, por lo que un refrigerador de este tipo no es adecuado para una oficina con una gran cantidad de empleados;
• el dispositivo es sensible a la temperatura exterior, en una habitación cálida el agua no se enfriará a la temperatura mínima;
• No se recomienda la instalación en habitaciones polvorientas, ya que el ventilador puede obstruirse y el módulo de refrigeración puede fallar.

Secador de aire basado en elementos Peltier.

A diferencia de un acondicionador de aire, la implementación de un deshumidificador mediante elementos termoeléctricos es bastante posible. El diseño es bastante simple y económico. El módulo de refrigeración reduce la temperatura del radiador por debajo del punto de rocío, como resultado, la humedad contenida en el aire que pasa a través del dispositivo se deposita sobre él. El agua sedimentada se descarga en un tanque de almacenamiento especial.

A pesar de la baja eficiencia, en este caso la eficiencia del dispositivo es bastante satisfactoria.

¿Como conectar?

No habrá problemas para conectar el módulo, se debe aplicar un voltaje constante a los cables de salida, su valor está indicado en la hoja de datos del elemento. El cable rojo debe conectarse al positivo y el cable negro al negativo. ¡Atención! Al invertir la polaridad se invierten las posiciones de las superficies enfriadas y calentadas.

¿Cómo comprobar la funcionalidad del elemento Peltier?

El método más sencillo y fiable es el táctil. Es necesario conectar el módulo a la fuente de voltaje adecuada y tocar sus diferentes lados. Para un elemento de trabajo, uno de ellos será más cálido y el otro más frío.

Si no tienes una fuente adecuada a mano, necesitarás un multímetro y un encendedor. El proceso de verificación es bastante sencillo:

1. conectar las sondas a los terminales del módulo;
2. lleve el encendedor encendido a uno de los lados;
3. Observamos las lecturas del dispositivo.

En el módulo de trabajo, cuando se calienta uno de los lados, se genera una corriente eléctrica, que se mostrará en la pantalla del dispositivo.

¿Cómo hacer un elemento Peltier con tus propias manos?

Es casi imposible fabricar un módulo casero en casa, sobre todo porque no tiene sentido hacerlo, dado su coste relativamente bajo (entre 4 y 10 dólares). Pero puedes montar un dispositivo que te resulte útil en una caminata, por ejemplo, un generador termoeléctrico.

Para estabilizar el voltaje, es necesario ensamblar un convertidor simple en el chip IC L6920.

La entrada de dicho convertidor recibe un voltaje en el rango de 0,8 a 5,5 V, y en la salida producirá 5 V estables, que es suficiente para recargar la mayoría de los dispositivos móviles. Si se utiliza un elemento Peltier convencional, es necesario limitar el rango de temperatura de funcionamiento del lado calentado a 150 °C. Para evitar la molestia del seguimiento, es mejor utilizar una olla con agua hirviendo como fuente de calor. En este caso se garantiza que el elemento no se calentará por encima de los 100 °C.

El elemento Peltier es un convertidor de tipo termoeléctrico. Utiliza el efecto Peltier, lo que significa que el paso de corriente conduce a diferentes temperaturas en diferentes lados del elemento.

El elemento Peltier utiliza dos placas de materiales semiconductores, siendo la diferencia los niveles de energía de los electrones. El paso de la corriente hace que uno de ellos se enfríe y el segundo se caliente.

Entre las ventajas de los elementos Peltier se encuentran su funcionamiento silencioso (contienen partes móviles) y la ausencia de líquidos y gases en el diseño. Pero tienen una baja eficiencia, lo que limita su uso.

A partir de elementos Peltier se fabrican minifrigoríficos, por ejemplo, para coches que tienen poco espacio para alojar electrodomésticos convencionales. Se encuentran en los diseños de cámaras digitales, espectros infrarrojos y láseres de diodo.

Con elementos Peltier, es fácil fabricar su propio aire acondicionado. Es cierto que su uso para estos fines es bastante controvertido debido a su elevado consumo energético, incomparable con la cantidad de frío que se genera.

Pero si la pregunta no es sobre el ahorro de energía, sino sobre el deseo de familiarizarse con el diseño y el principio de funcionamiento del elemento, la capacidad de hacer una artesanía útil, entonces puede comenzar. Van a una tienda de radios y compran 4…8 elementos Peltier.

Al regresar a casa, determinan sus lados "calientes" y los conectan a un radiador que eliminará el calor. Es mejor si es de aluminio y tiene una gran cantidad de aletas que aumentan la transferencia de calor. El aterrizaje se realiza mediante adhesivo termofusible, lo que mejora la transferencia de calor.

El dispositivo resultante se coloca en el cristal de la ventana con el radiador instalado mirando hacia afuera. En esta posición, el aire exterior más frío lo enfriará.

El lado “frío” de los elementos Peltier se coloca hacia la habitación en la que se quiere enfriar el aire. Se le adjunta un ventilador, por ejemplo, tomado de una computadora, donde enfría el procesador. Colóquelo de manera que el aire ambiente sea dirigido por el compresor a la placa convertidora.

Los elementos Peltier pueden enfriar el aire de una habitación, pero consumirán mucha electricidad. El hecho es que en los dispositivos casi la mitad se desperdicia, convertida en calor disipado en la atmósfera.

Los dueños de mascotas peludas saben que el verano es una época aterradora, especialmente para los hámsteres. Si la casa tiene un sistema de control de clima, mejor, pero si no, ¡puedes ponerle cubitos de hielo a tu mascota o instalar tu propio aire acondicionado para el hámster! En este artículo le diremos cómo ensamblar un dispositivo de este tipo con medios improvisados ​​​​y un elemento Peltier.

El elemento Peltier es un dispositivo sencillo, pero muy interesante. En apariencia, es una pequeña placa de cerámica con semiconductores diferentes en su interior, pero si pasa corriente a través de ella a lo largo de dos contactos, un lado comenzará a enfriarse y el otro comenzará a calentarse. Esto también funciona en la dirección opuesta: si calienta un lado y enfría el otro, el ED generará corriente.

Para ensamblar el dispositivo necesitará:
1. Elemento Peltier.
2. Radiador para el procesador.
3. Enfriador.
4. Pasta térmica.
5. Fuente de alimentación (en este artículo se utiliza una fuente de alimentación de 5V 1A, pero es mejor elegir una fuente de alimentación para los parámetros nominales del Elemento Peletier: 12V, luego aumentará la eficiencia del dispositivo).

Dónde encontrar y cómo seleccionar componentes:
Los elementos Peltier no son difíciles de encontrar; se venden en muchas tiendas de radioaficionados y mercados de radio. También puede realizar pedidos en Internet, por ejemplo, en eBay o Aliexpress utilizando la palabra clave "Peltier". El segundo método es más rentable, ya que los pellets de las fábricas del Reino Medio le costarán mucho menos (los elementos para este artículo se encargaron a China, un lote de 5 piezas cuesta alrededor de 10 dólares). En nuestro caso utilizamos TEC1-12706 40x40mm, la corriente óptima para ello es de 12V (aunque aumentar a 15-16V no es crítico) de 0 a 6A.

Los componentes restantes fueron retirados de la computadora vieja y encontrados "en los contenedores" y, si no los tiene, puede comprarlos a bajo costo en el mercado de la radio. Por último, pero no menos importante, la eficiencia de la refrigeración depende del radiador: cuanto más grande sea, mejor. Experimentalmente se derivó una regla: es óptimo si el área inferior del radiador es el doble del área del radiador electrónico y la altura es de 4-5 cm; dicho radiador no es demasiado grande, pero disipa bien el calor. (en el mercado de la radio esto costará 50 rublos). Enfriador: uno pequeño, extraído de la tarjeta de video, será suficiente. La fuente de alimentación, como ya se ha mencionado - mejor que 12V, pero también 5V/1A (antiguo cargador de teléfono) - mostró un rendimiento excelente.

Proceso de construcción:
Por lo general, el nombre (12706) está impreso en el lado frío del ES y el lado cálido está vacío. Puedes comprobar los laterales conectando el elemento a la fuente de alimentación, observando la polaridad.
1. Lubrique generosamente el lado caliente del Elemento Peltier con pasta térmica e instale el radiador sobre él, presionando firmemente.

2. Exponga los contactos “+” y “-” del enfriador, alarguelos si es necesario; simplemente gírelos con dos cables más grandes y aísle (con termorretráctil o cinta aislante) las juntas. El termorretráctil es un tubo que se contrae fuertemente cuando se calienta. Algo muy conveniente.

3. Usando alambre, bridas o sujetadores especiales, instale el enfriador en la parte superior del radiador (el aire fluirá hacia el radiador y se dispersará hacia los lados).

4. Ahora, conecte los contactos del enfriador y el elemento Peltier juntos, y no confunda la polaridad: el lado que no está presionado contra el radiador debe enfriarse, mientras que el enfriador debe girar.

El proceso de instalación recae sobre tus hombros y depende completamente de los parámetros del hogar de tu mascota. Es importante que el radiador esté colocado en el exterior; de lo contrario, el calor no se disipará bien y permanecerá en el interior. Instalarlo en la jaula es más fácil, simplemente puedes pasar el radiador a través de los pasadores, como en la foto de abajo. Si tiene un terrario, tendrá que improvisar; por ejemplo, instale un refrigerador adicional "para soplar" y cambie el circuito de alimentación (encienda los refrigeradores desde una fuente de alimentación separada), luego la eficiencia aumentará significativamente. El margen de modificación es enorme y el consumo de energía del dispositivo mencionado en este artículo es de aproximadamente 5-6W.

Después de conectarlo, la temperatura del lado frío era notablemente baja, y después de un par de minutos se formó condensación; en el calor de 30+, a tu mascota peluda seguramente le gustará esta cosa nueva :)