Princípios
Termopares são dispositivos que geram corrente elétrica a partir de duas junções de metais diferentes em diferentes temperaturas. Por isso são usados para indicação e controle de temperatura em muitos processos industriais.
O efeito Peltier é o inverso do termopar: uma corrente elétrica é forçada a passar por junções de metais diferentes e uma é aquecida e outra é resfriada.
Os termopares usam metais para as junções e os valores de tensão e corrente são bastante baixos. Mas isto não é muito importante pois a finalidade é apenas medição.
Figura 01
Os dispositivos práticos de efeito Peltier usam semicondutores para uma maior densidade de corrente e, assim, de potência. Em geral o material semicondutor é telureto de bismuto altamente dopado para criar semicondutores tipo P e tipo N. A Figura 01 acima dá o esquema de funcionamento.
Ao circular corrente pelas junções calor é transferido de uma para outra e o dispositivo funciona como um refrigerador sem partes móveis.
Arranjos práticos
Na prática não é usado apenas um par de junções, mas uma série delas para maximizar a potência de resfriamento.
Na Figura 01 as junções são eletricamente ligadas em série e termicamente em paralelo. E várias séries são colocadas em forma de matriz, formando um conjunto ou módulo de aspecto conforme Figura 02.
Figura 02
Figura 03
Comercialmente os módulos são disponíveis em uma variedade de formatos, tensões, correntes, capacidades térmicas.
Um módulo típico pode proporcionar diferenças de temperaturas de algumas dezenas de graus Celsius.
Figura 04
Diferenças ainda maiores podem ser obtidas com associações em cascata conforme Figura 03.
Exemplo de características de um módulo comercial singelo típico de tamanho médio: dimensões 55 x 55 x 4 mm, tensão máxima 31 V, corrente máxima 6 A, potência calorífica máxima 112 W, diferença máxima de temperatura 73ºC.
Aplicações
O conjunto tradicional de refrigeração (compressor, condensador, evaporador) é pouco adequado para equipamentos pequenos. Ocupa razoável espaço, tem partes móveis, a manutenção é especializada.
Os dispositivos Peltier são pequenos, confiáveis, não têm partes móveis e podem ser usados em aplicações de pequena capacidade de refrigeração e pouco espaço, como pequenas geladeiras para automóveis, equipamentos de laboratório, refrigeração de processadores para aumentar o desempenho (overclock).
A potência dissipada por unidade de área é relativamente alta e, em muitos casos, há necessidade de ventilação forçada na junção quente conforme Figura 01 e o conjunto fica parecido com um cooler comum de processador com um módulo Peltier intercalado.
Se o conjunto é instalado no interior de algum equipamento, provavelmente será necessária a instalação de ventilação adicional para evitar aquecimento de outras partes.
Em caso de defeito, o dispositivo a resfriar fica isolado do dissipador e proteções devem existir se o superaquecimento não for tolerado.
Outro aspecto a considerar é a possibilidade de condensação de água. Isso pode ser evitado pela correta seleção do tipo, evitando superdimensionamentos. Uma boa opção seria o uso de sistemas de controle para evitar excesso de resfriamento e, por conseqüência, a indesejável condensação.
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