Peralatan pendingin dan kompleks untuk pendinginan udara adalah elemen yang sangat diperlukan dalam kehidupan sehari-hari. Namun, desain volumetrik standar berdasarkan zat pendingin tidak cocok untuk aplikasi seluler, misalnya dalam kantong lemari es. Dalam kasus seperti itu, perangkat berdasarkan efek Peltier digunakan, yang akan kita bahas secara rinci dalam materi ini.
Elemen Peltier atau pendingin termoelektrik didasarkan pada termokopel dua elemen dengan konduktivitas tipe p dan n, yang dihubungkan oleh pelat tembaga komutasi. Bagian-bagiannya biasanya terbuat dari bismut, telurium, antimon, dan selenium. Perangkat tersebut digunakan dalam sistem pendingin untuk aplikasi domestik, dan mereka juga memiliki kemampuan untuk menghasilkan energi.
Isi
Apa itu
Fenomena dan istilah Peltier menunjukkan penemuan yang dibuat pada tahun 1834 oleh ilmuwan Prancis Jean-Charles Peltier. Inti dari penemuan ini adalah bahwa panas secara konstan dilepaskan atau diserap di area di mana ada kontak antara dua konduktor yang berbeda arah, di mana arus listrik mengalir.
Teori klasik menjelaskan fenomena ini sebagai berikut: elektron ditransfer antar logam melalui arus listrik, dipercepat atau diperlambat, tergantung pada perbedaan potensial kontak pada konduktor logam dengan tingkat konduktivitas yang berbeda. Elemen peltier dengan demikian berkontribusi pada transformasi energi kinetik menjadi energi panas.
Pada konduktor kedua, efek sebaliknya terjadi, di mana pengisian energi diperlukan berdasarkan hukum fisika dasar. Situasi ini terjadi karena proses osilasi termal, akibatnya logam konduktor kedua didinginkan.
Dengan bantuan teknologi modern dimungkinkan untuk membuat modul Peltier dengan efek termoelektrik maksimum.
Desain dan prinsip operasi
Modul Peltier modern adalah konstruksi dengan dua pelat isolator, dengan termokopel terhubung dalam urutan yang ketat di antara keduanya. Diagram standar elemen ini untuk pemahaman yang lebih baik tentang fungsinya ditunjukkan pada gambar.
Penunjukan elemen desain:
- A - kontak, di mana koneksi ke catu daya dibuat;
- B - permukaan panas;
- C - sisi dingin;
- D - konduktor tembaga;
- Semikonduktor sambungan-E;
- Semikonduktor tipe-F.
Elemen dibuat sedemikian rupa sehingga kedua permukaan bersentuhan dengan sambungan p-n atau n-p, berdasarkan polaritas. Kontak p-n dipanaskan dan suhu n-p diturunkan. Hasilnya adalah perbedaan suhu DT di ujung elemen. Efek ini berarti bahwa energi panas, yang bergerak di antara elemen-elemen modul, mengatur rezim suhu tergantung pada polaritasnya. Perlu juga dicatat bahwa jika polaritasnya dibalik, permukaan panas dan dingin berubah.
Karakteristik teknis
Parameter teknis elemen Peltier mengasumsikan nilai berikut:
- Kapasitas pendinginan (Qmax) - dihitung berdasarkan batas arus dan perbedaan suhu antara ujung modul. Satuan ukurannya adalah Watt;
- batas perbedaan suhu (DTmax) - diukur dalam derajat, karakteristik ini diberikan untuk kondisi optimal;
- Imax - daya pembatas arus listrik yang diperlukan untuk memberikan perbedaan suhu yang lebih besar;
- Umax - tegangan pembatas yang diperlukan untuk arus listrik Imax untuk mencapai perbedaan suhu maksimum DTmax;
- Resistansi - resistansi internal perangkat, diukur dalam ohm;
- COP adalah faktor efisiensi atau efisiensi modul Peltier, yang mencerminkan rasio daya pendinginan terhadap daya yang dikonsumsi. Tergantung pada fitur perangkat, untuk perangkat murah angkanya berada di kisaran 0,3-0,35, untuk model yang lebih mahal bervariasi hingga 0,5.
Keuntungan dari elemen Peltier seluler adalah ukurannya yang kecil, reversibilitas proses, serta kemungkinan menggunakannya sebagai generator listrik portabel atau lemari es.
Kerugian dari modul ini adalah biaya tinggi, efisiensi rendah dalam 3%, konsumsi daya tinggi dan kebutuhan untuk terus-menerus menjaga perbedaan suhu.
Aplikasi
Bahkan dengan mempertimbangkan faktor efisiensi yang rendah, pelat dalam modul Peltier banyak digunakan dalam pengukuran, perangkat komputasi, serta pada peralatan rumah tangga portabel. Berikut adalah daftar perangkat di mana model merupakan bagian integral:
- unit pendingin portabel;
- generator listrik kecil;
- kompleks pendingin di PC dan laptop;
- pendingin untuk pemanasan dan pendinginan air minum;
- penurun kelembapan.
Bagaimana menghubungkan
Anda dapat menghubungkan modul Peltier sendiri, tidak memerlukan banyak waktu dan tenaga. Anda perlu menerapkan tegangan DC ke kontak output, yang ditentukan dalam manual instruksi perangkat. Kabel merah terhubung ke plus, dan hitam - ke minus.Perhatikan bahwa membalikkan polaritas akan membalikkan permukaan yang dipanaskan dan didinginkan.
Sebelum menghubungkan, disarankan untuk memeriksa pengoperasian elemen. Salah satu cara sederhana dan andal untuk menguji perangkat adalah metode taktil: untuk melakukan ini, sambungkan perangkat ke sumber arus listrik dan sentuh kontak yang berbeda. Unit yang berfungsi dengan baik akan memiliki kontak hangat dan kontak dingin.
Anda juga dapat memeriksa dengan multimeter dan korek api. Untuk melakukan ini, sambungkan probe ke kontak perangkat, pegang pemantik di satu sisi dan amati pembacaan multimeter. Jika elemen Peltier bekerja dalam mode standar, proses pemanasan akan menghasilkan arus listrik di satu sisi dan pembacaan tegangan akan ditampilkan di layar multimeter.
Cara membuat elemen Peltier dengan tangan Anda sendiri
Elemen peltier tidak dapat dibuat di rumah karena biayanya yang murah dan perlunya pengetahuan khusus untuk membuat elemen yang bisa diterapkan. Namun, dengan tangan Anda sendiri, Anda dapat merakit generator termoelektrik seluler yang efektif, yang akan berguna di rumah pedesaan atau dalam perjalanan berkemah.
Untuk menstabilkan tegangan listrik, Anda perlu membuat sendiri konverter standar pada chip IC L6920. Diperlukan untuk memasok tegangan 0,8-5,5 V ke input perangkat, dan pada output akan menghasilkan 5 V, nilai ini cukup untuk mengisi baterai perangkat seluler dalam mode standar. Jika perangkat Peltier elektronik standar digunakan, maka perlu membatasi batas suhu permukaan yang dipanaskan hingga 150 derajat. Untuk memudahkan pengontrolan suhu, disarankan menggunakan panci berisi air mendidih, maka model tidak akan dipanaskan di atas 100 derajat.
Pelat Peltier banyak digunakan untuk mendinginkan peralatan rumah tangga modern, di AC, efektivitas perangkat telah terbukti khususnya untuk menstabilkan rezim termal dan mendinginkan prosesor yang kuat.Berdasarkan elemen Peltier, lemari es bergerak yang efisien sering dibuat di rumah untuk pondok musim panas atau mobil, menyalakan radiator. Karena reversibilitas proses, elemen buatan sendiri digunakan dalam peran pembangkit listrik kecil bergerak di daerah tanpa sumber listrik.
Artikel terkait:
