¿Se pueden encadenar los dispositivos Peltier para crear una diferencia de temperatura mayor? Como montar uno encima de otro para aumentar la diferencia máxima de 60 grados C a 120 grados.
Sí, y esto se hace regularmente. Sin embargo, existen límites en lo que se puede lograr, tanto basados en los límites de los dispositivos individuales (temperatura mínima y máxima) como en efectos como la resistencia térmica total a través del stack. Eventualmente se llega al punto en el que la "fuga inversa" de calor a través del stack (que aumenta con la diferencia de temperatura de extremo a extremo) iguala la capacidad del stack para eliminar calor.
Otro problema es la relativa ineficiencia de los dispositivos Peltier. Típicamente, el flujo de calor que sale del lado caliente de cada dispositivo es del orden de 3 a 5 veces el calor que entra en el lado frío. A medida que apilas dispositivos, cada uno necesita ser mucho más grande que el anterior, lo que conlleva problemas de tamaño (que también vuelve al problema de fuga de calor).
¿Este problema seguiría presente al utilizar correctamente los Peltiers para calentar en lugar de enfriar?
Supongo que va en ambas direcciones. Simplemente está relacionado con la conductividad térmica del módulo...
Para bombear calor, la fuga inversa no importará tanto, pero alcanzarás la temperatura de la unión bastante pronto con múltiples etapas. Parece poco económico usar elementos Peltier apilados para calentar (un resistor es mucho más simple) a menos que tengas algunos ahorros energéticos muy críticos que lograr. Puedes ahorrar quizás un 20% de la energía recolectando del entorno.
Por supuesto, sin embargo debido a la eficiencia miserable, es típico apilarlos en tamaño creciente, como etapas de cohete, de modo que el más grueso se encarga del flujo de calor de todos los demás.
Foto de aquí.
Definitivamente pueden ser en cascada, pero el problema es que la etapa caliente podría tener una capacidad de transferencia de calor mucho mayor que la fría.
Por lo que yo sé, los termoeléctricos más efectivos tienen un factor de transferencia de ~100%, es decir, consumen energía y producen 1 W de calor por cada 1 W transferido desde el lado frío (las neveras con compresor tienen alrededor del 300%, transfieren 3 W de calor por cada 1 W de potencia).
Supongamos que necesitas transferir aproximadamente 1 W de calor desde tu dispositivo. Entonces, la etapa más fría podría producir 2 W de calor en su extremo caliente, y todo su calor debería ser transferido por la siguiente etapa. La siguiente etapa producirá 4 W de calor. Luego 8 W y así sucesivamente.
Los peltiers en cascada deberían lucir así:
Me pregunto para qué se usa el dispositivo que se muestra en la imagen. ¿Tienes más datos al respecto? Se ve bastante bonito.
Fotodiodos de bajo ruido para contadores de fotones individuales APD. También sensores/imagenadores IR térmicos. Encontré una lista: tec-microsystems.com/about-us.html
Apilar directamente módulos Peltier es problemático en la práctica. La disipación de calor requerida es considerable. Se puede pensar en un conjunto en serie (apilados) de Peltier dentro de un sistema como una máquina que debe ser 'puesta en marcha'.
Si la disipación de calor es demasiado considerable, tarda una eternidad en iniciar el calentamiento/enfriamiento. Esto se compensa fácilmente utilizando un ventilador con el disipador de calor, y luego reduciendo la velocidad del ventilador al arrancar.
Aunque no logro entender la ventaja del calentamiento basado en Peltier, aparte de en un sistema que alterna entre calentamiento y enfriamiento para la misma tarea.
Los elementos resistivos son más duraderos y fácilmente controlados que los Peltier para el calentamiento, porque pueden ser ciclados muchas veces.
El diseño que usé para múltiples módulos Peltier apilados fue un 12706 entre un disipador de calor/ventilador en el lado de salida y una barra de cobre terminada con el doble del ancho del 12706, en la descarga.
En el otro lado de la barra de cobre había (2) 12706 en paralelo, mecánicamente, y un disipador de calor/ventilador de aluminio pesado en el lado de descarga final.
Los elementos Peltier individuales (TEC) se conectaron en paralelo. Conduje el conjunto en paralelo de 12706 con un máximo de 15ADC, 12VDC, PSU lineal disciplinado con resistencia térmica (RTD), voltaje constante.
Las PSU lineales son ineficientes en sí mismas. Por lo tanto, las SMPS disciplinadas por RTD (>90% de eficiencia) son una opción más eficiente.
Ese sistema era para enfriamiento (alcanzando -12C en una temperatura ambiente de habitación), pero si lo inviertes, también funcionará para calentamiento. Los elementos Peltier no deben calentarse por encima de la temperatura de la soldadura utilizada para fabricarlos. Una experimentación descuidada o inexperta puede llevar fácilmente a esto.
Solo debes asegurarte de dos cosas: que no disipas demasiado calor del lado caliente, porque la transferencia de calor depende de la diferencia de temperatura de los dos lados. Esa propiedad de los módulos TEC tiene limitaciones idiosincráticas.
Si el lado caliente no está suficientemente caliente, el sistema no transferirá calor y el consumo de energía será bajo. Y también que la transferencia de calor no se vuelva parasitaria y salga por el lado frío, convirtiendo todo el conjunto en un calentador. Eso puede derretir la soldadura en el módulo TEC (Peltier).
Descubrí que la especificación más útil en un módulo TEC es el rango óptimo de temperaturas en los lados caliente y frío. Todo lo demás, excepto la entrada eléctrica, se puede derivar por experimentación. Pero si intentas obtener el deltaT especificado usando temperaturas incorrectas altas y bajas, es posible que no obtengas la capacidad completa de transferencia de calor del módulo.
Gran parte de la ventaja obtenida con módulos TEC de calidad es que funcionan con el diferencial de temperatura nominal desplazado hacia abajo. Un delta de 66C puede ser 44C-100C, o 0C-66C.
No todos los módulos TEC con deltaT >= 66C operarán bien a delta 0C-66C, o menos. Pueden ofrecer la mayor transferencia de calor a delta 44C-100C. Normalmente, cuanto más frío se pone el lado frío, más deseable es el sistema.
También es necesario aplicar compuesto interfaz de transferencia térmica entre los módulos TEC y lo que enfrentan. Ningún módulo TEC hace contacto directo con la atmósfera. Siempre hay algo en cada lado de los módulos Peltier.
Fui 'incapaz' de obtener resultados satisfactorios al apilar directamente un 12712 en el lado caliente de un 12706.
Hey Awesome14, Este fue una respuesta increíble - ¡gracias! Necesito alcanzar -20 grados en el lado frío a temperatura ambiente. ¿Tienes alguna sugerencia sobre cómo lograr eso?
@Mark, logré llevar un solo módulo 12706 a -34.7 grados y dos módulos conectados en cascada a -43.2 grados. Logré esto utilizando agua fría para enfriar el lado caliente con un bloque de enfriamiento de aluminio. La clave es asegurarse de eliminar el calor en el lado caliente. Además, agregar hielo al depósito de agua hace una gran diferencia, pero puede que no sea muy práctico, dependiendo de la aplicación. Sin hielo, logré bajar la etapa única a -25 y la cascada a -29.5. Aquí hay videos de los dos experimentos: tinyurl.com/6jdebuwd, tinyurl.com/s6xx5xmy
El módulo Peltier consume más corriente bajo un delta bajo porque la diferencia de temperatura crea su propio voltaje y la diferencia de potencial entre su fuente y el módulo Peltier disminuye. Además, son más eficientes con un delta bajo, por lo que con un voltaje constante, un delta bajo combinará una mayor eficiencia y una corriente más grande para bombear mucho más calor.
Sí. Se pueden etapar múltiples Peltiers de etapa única, si se presta debida atención a los flujos eléctricos y térmicos. Verás que los dispositivos de múltiples etapas generalmente tienen áreas físicas decrecientes para las etapas más frías. Esto se debe a que tienes una cantidad decreciente de "frio" disponible en cada etapa sucesiva, ya que las etapas más calientes antes de ellas tienen que bombear tanto la energía térmica de las etapas más frías como las pérdidas resistivas eléctricas de las etapas más frías.
Debido a la baja eficiencia de los enfriadores Peltier con respecto a la entrada eléctrica, una etapa fría debe operarse a una entrada eléctrica sustancialmente menor que la etapa más caliente que la está enfriando. Es fácil inundar la etapa más caliente con energía térmica de la entrada de CC de la etapa más fría y no obtener enfriamiento neto en absoluto.
Estoy principalmente interesado en el calor generado, por lo que si apilase dos dispositivos peltier baratos de 60W como [estos][1], ¿no sería capaz de lograr el doble de dT, pero aún así alcanzaría alrededor de +100C, ¿verdad? [1]: ebay.com/itm/…
@joaocandre - En este momento necesitas decirnos lo que REALMENTE quieres lograr y tratar de evitar la muerte por 1000 incrementos cuando el requisito real y lo que se indica no coinciden bien. ¿Qué estás tratando de lograr? ¿Estás tratando de hacer una bomba de calor, un enfriador, un ...? ¿Qué tipo de dT deseas? ¿Cuáles son las temperaturas ambiente y de salida deseadas? ¿Por qué?
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Los módulos Peltier funcionan de manera más eficiente con un delta menor. Por lo tanto, creo que apilarlos podría aumentar la eficiencia ya que cada uno tendrá una diferencia de temperatura más pequeña. Solo tienes que tener en cuenta que generan más calor en el lado caliente de lo que absorben en el lado frío, así que no olvides aumentar la escala a medida que apilas. Aquí tienes una fuente útil: meerstetter.ch/customer-center/compendium/…