Efeito Peltier

Trabalho Interdiscilinar Dirigido

INTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA

(Efeito Peltier) 

CURSO: Engenharia da Computação                Professor TIDIR: Élcio 

Amanda Dias Moreira, Marcelino Menezes dos Santos Neves. 

1.     Introdução

Existe uma preocupação mundial em relação ao meio ambiente. A conservação de recursos naturais é algo fundamental para a sociedade, pois destes recursos é algo prejudicial a todos, o que causa impactos ambientais e acontecimentos catastróficos devido a reação da natureza.

Observando equipamentos modernos, percebe-se uma grande preocupação com a conservação de energia. A cada ano as empresas são obrigadas a criar e aprimorar métodos para conservar energia, visando sempre a economia de energia.

Estudos sobre as propriedades físicas são feitos sempre visando reduzir o consumo de energia de tais equipamentos, para que os recursos naturais para geração de energia sejam utilizados da melhor forma.

Sabe-se que o gasto de energia em sistemas de refrigeração nos equipamentos, tanto industriais quanto residenciais é alto. A questão é: Como conservar energia sem prejudicar o meio ambiente?

Pensando neste problema foi procurada na Física uma solução, segundo Fialho (2008), Jean Peltier descobriu que se uma corrente elétrica quando se passa entre dois metais distintos, pode se gerar ou absorver calor, dependendo do sentido da corrente para se definir qual o tipo de reação ira acontecer.

O objetivo deste trabalho é verificar como o efeito Peltier pode contribuir com a eficiência energética dos equipamentos que possui sistemas de refrigeração, diminuindo a temperatura sem utilizar movimento mecânico ou gás, mas sim com um equipamento eletrônico e sem agredir o meio ambiente.

1. 2.    Revisão bibliográfica 

2.1.        Efeito Peltier

Para que se compreenda o Efeito Peltier é preciso saber quais foram as descobertas que levou a este processo.

Pode-se dizer que é um efeito termoelétrico, pois segundo Fialho (2008,p.78) “Quando dois metais ou semicondutores dissimilares são conectados e as junções mantidas a diferentes temperaturas, quatro fenômenos ocorrem simultaneamente: o efeito Seebeck, o efeito Peltier, o efeito Thompson e o efeito volta.”

Thomas Seebeck, em 1821, descobriu que num circuito fechado, formado por dois condutores diferentes, forma uma diferença de temperatura criando o Efeito Seebeck (FIALHO,2008).

Em 1934 o físico Jean Charles Athanase Peltier descobriu que o calor pode ser gerado ou absorvido de acordo com o sentido que a corrente passa entre os metais, assim criando o Efeito Peltier (FIALHO,2008).

Em 1854 Thompson concluiu com base na leis de Seebeck e de Peltier, que a condução de calor tinha, onde os fios metálicos de um par termoelétrico, cria uma distribuição por igual de temperatura em cada fio, dando origem ao Efeito Thomson.

E o efeito de volta explica a experiência de Peltier da seguinte forma, “Quando dois metais estão em contato com um equilíbrio térmico e elétrico, existe entre eles uma diferença de potencial que pode ser da ordem de volts” (FIALHO,2008,p.23).

O Efeito Peltier descreve a capacidade de um equipamento em transformar uma corrente elétrica em absorção de calor, que pode ser observado em pastilhas termoelétricas.

As pastilhas termoelétricas de efeito Peltier em geral utiliza o material semicondutor telureto de bismuto que é altamente dopado para criar semicondutores do tipo P e tipo N, assim um dos materiais passam a ter facilidade de receber elétrons e o outro facilidade para doar elétrons.

Esses elementos semicondutores são soldados entre duas placas cerâmicas, eletricamente em série e termicamente em paralelo.

Ao se aplicar uma corrente em um destes materiais, os elétrons começam a migrar de um material para o outro, desta forma uma das superfícies se resfria e a outra se aquece.

Se trabalhar com a superfície que se resfria pode ser aplicado em sistemas de refrigeração, como filtros eletrônicos, refrigeradores portáteis e outros.

2.2.        Circuito Elétrico e Microcontrolador 

O circuito elétrico tem a função de controlar a célula Peltier utilizando um microcontrolador.

O circuito elétrico é uma sequência de componentes numa trilha que permite a passagem de corrente elétrica e alimentada por um gerador de energia. Assim se obtém infinitas funções para várias finalidades, desde sistemas mais simples como fotocélula, fonte, sirene e etc, até circuitos mais complexos como limitador de velocidade, router remoto, roteador, etc. Ou seja, o circuito elétrico é nada mais que um sistema elétrico (NILSON,RIEDEL).

O circuito eletrônico combinado a um microcontrolador pode controlar temperaturas, enviar dados, acionar cargas, etc, o que depende do microcontrolador do programa utilizado.

O microcontrolador de forma geral tem pinos para conexão externa de entrada e saída, alimentação, clock e sinais de controle. Os pinos de entrada e saída são denominados portas, normalmente estas portas têm oito linhas para serem capazes de transferir 8 bits inferiores e a outra para 8 bits superiores. As portas podem ser apenas de entrada e saída ou programáveis de entrada e saída.

2.3.        Conservação de energia

Em diversas sociedades, especialmente no mundo industrializado, presenciaram uma pequena revolução nos conceitos e na compreensão do papel que desempenham na utilização de energia nas duas últimas décadas. A maior parte das nações desenvolvidas compreende que o desenvolvimento sustentável pode ocorrer sem que se causem danos irreversíveis ao meio ambiente e sem que usem excessivamente os recursos. A conservação de energia agora é a abordagem quando se procura atender às demandas de uma população e de uma economia crescente (HINRICHS,2003).

Diz que em um sistema isolado a energia é conservada. A energia não surge do nada. Se o sistema isolado ou fechado for o próprio universo, então a lei da conservação e energia estabelece que a energia total do universo é uma constante e permanecerá assim. Dentro deste sistema isolado, certamente irão ocorrer transformações ou conversões da energia de uma forma para outra, como por exemplo, de energia potencial para energia cinética (HINRICHS,2003).

O Efeito Peltier junto a um controlador conserva energia absorvendo o calor, uma forma inteligente e importante para várias pesquisas e desenvolvimento de muitos equipamentos.

3.1. Materiais e Métodos 

O estudo foi feito por teoria dos efeitos termoelétricos, como podem ser aplicados no mercado.

Primeiramente foram verificadas as teorias e experiências dos cientistas que descobriram e testaram o efeito Peltier.

Utilizamos uma monografia escrita por Denis Rosa Mello Campos e Thiago da Cunha de Oliveira, cujo tema é “Controlador de temperatura microprocessado utilizando Célula Peltier”, para entender melhor da parte aplicada do efeito Peltier.

Foram analisados gráficos e dados de pesquisas universitárias e livros.

4. Resultados experimentais 

Verificando o efeito Peltier em produtos no mercado e experimentos acadêmicos, pode-se verificar um grandes vantagens sobre os outros equipamentos em relação a economia de energia.

O bebedouro eletrônico em relação ao bebedouro a compressor ele economiza 40% de energia.

Também pode-se encontrar o efeito termoelétrico nas adegas, uma adega termoelétrica para 6 garrafas consome por volta de 75w, enquanto a compressor consome 0,085 kW/h.

5. Conclusão 

Conclui-se que o efeito Peltier atende muitas necessidades para conservar a energia de uma forma significativa. Percebe-se facilmente que abrange todas as matérias.

Química contribuiu para perceber que a escolha dos metais semicondutores como o ferro, cobre e bismuto eles tem propriedades que vão de condução de energia a absorção de calor quando estão trabalhando juntos.

Algoritmo contribuiu porque a pastilha Peltier precisa ser controlada de certa forma, e então utilizando um microcontrolador e um programa eficiente em linguagem C, C++ e Assembly, um programa feito próprio para PIC fabricado na empresa Microchip.

A matéria de introdução à engenharia colaborou com estudo teórico do efeito Peltier, a analisar a linha do tempo dos efeitos termoelétricos, a entender melhor a importância dessa descoberta e as necessidades e fundamentos que levaram a descoberta do efeito Peltier.

Cálculo é importante no estudo deste efeito devido à necessidade de calcular a relação de temperatura e corrente, por exemplo, calcular quantidade necessária de temperatura para gerar tal corrente, também é importante para comparar dados de eficiência da pastilha Peltier.