Celle di Peltier

[Kagliostro]

Ricordati di prevedere un agitatore

K

[WallaWalla]

Per l'agitatore ok va bene. Per quanto riguarda la coibentazione anche, nel senso che posso coibentare tutte le pareti del contenitore esclusa quella a contatto con la cella.
Ma per il dimensionamento della cella quindi? Come faccio a capire quale cella, con quali specifiche scegliere?

[IsidoroKZ]

Due conti a spanne. 1 mm di lastr di acciaio ha una capacita` termica uguale a circa 0.8mm di acqua, il che vuol dire che l'energia necessaria per scaldare acqua+contenitore e` praticamente uguale a quella dell'acqua.

Avevi gia` calcolato che ti servivano circa 130W termici. A causa della dispersione potrebbero servirne abbastanza di piu`, diciamo 180W (ma e` un numero a caso, non ho fatto nessun conto).

Provo a vedere queste celle. Ho preso quel modello perche' ha un lato di 47mm e sul fondo del contenitore ce ne stanno 4.

La loro potenza e` di 72W e il massimo salto di temperatura di 74K, il che vuol dire che per ogni kelvin di differenza fra le temperature delle due facce si perde 1W circa.

La resistenza termica della parete d'acciaio e` trascurabile, probabilmente il salto di temperatura attraverso l'acciaio e` di 0.3K o giu` di li`, dipende dall'acciaio.

4 celle da 72W fanno 288W, a noi servono 180W, vuol dire che abbiamo 100W da sprecare per la conduzione interna delle celle, che vuol dire 25W per cella cioe` la massima differenza di temperatura fra le due facce deve essere di 25K circa.

Dato che il fondo del contenitore e` a circa 0C, l'altra faccia delle celle al massimo puo` andare a 25C. Se l'aria e` a 20C, hai un salto di temperatura di 5K per dissipare da un'area di 1dm^2 una potenza pari a 4x(13.1Ax8.8V+45W)=640W. Nella parentesi c'e` la potenza elettrica che entra piu` quella termica che arriva da dentro la scatola, supposta costante.

E quindi serve un dissipatore con resistenza termica di 5K/640W=7.8mK/W che mi pare decisamente MOLTO piccola, cose da blocco di rame con fluido che circola dentro.

Mi sa che in questo modo non sia fattibile Forse mettendo delle celle anche intorno alle pareti laterali, oppure facendo un contenitore basso e largo ce la si puo` fare.

[WallaWalla]

Ho capito grazie mille.
Quindi, se non sbaglio (con i calcoli che hai fatto come esempio) il problema sarebbe andare a disperdere il calore generato sul lato caldo della cella. Perché dovrei usare un dissipatore con un rapporto K/W molto basso che si può realizzare solo andando a usare un raffreddamento liquido congiunto ad un dissipatore adeguato.

[Orso71]

Non è una domanda semplice. Il calcolo che hai fatto in [1] non tiene conto della dispersione di calore attraverso la coibentazione, ma questo è un parametro che non puoi tralasciare. Considera che come hai supposto inizialmente, la faccia interna della cella non può avere una temperatura molto inferiore allo zero, altrimenti fai uno spessore di ghiaccio che non rimuovi più. Il delta termico favorevole sarà di pochi gradi, mentre quello sfavorevole (dovuto alla temperatura esterna) di qualche decina di gradi. Se tu volessi tralasciare le dispersioni dovresti averle almeno cento volte inferiori all'apporto favorevole e avere quindi un isolamento termico tre ordini di grandezza superiore alla resistenza termica tra cella e liquido. Molto difficile.
Considera che ti sei posto il traguardo di portare una sostanza alla temperatura limite tra due fasi. E' una delle cose più difficili da ottenere.

[Orso71]

Se vuoi un sistema che funzioni davvero, la cosa è ben più complessa. Ti serve uno scambiatore di calore liquido solido, in pratica un blocchetto piatto di rame con all'interno una serpentina sempre in rame che garantisca scambio termico. Sulle due superfici maggiori due celle con relativi dissipatori. Un serbatoio coibentato e una pompa di circolazione. A questo devi aggiungere un controllore (probabilmente un PID) per rendere il ciclo il più veloce possibile. Pensa che se tutti i sistemi di refrigerazione sono fatti così un motivo ci deve essere.

[WallaWalla]

Per quanto riguarda il fluido io ho inizialmente considerato l'acqua ma non necessariamente devo utilizzare questo fluido. Per me è importante avere un fluido che abbia una temperatura di 0°C quindi usarne uno che a questa temperatura non abbia un cambio di fase andrebbe benissimo, anzi meglio. Ad esempio avevo visto questa soluzione: Galden PFPE che non dovrebbe ghiacciare a 0°C.

In ogni caso essendo ignorante in materia e avendo solo studiato per un esame di termodinamica all'università, non pretendo di inventare nulla di eccezionale! Volevo solo capire se questa cosa poteva essere fattibile o è meglio che rinunci già in partenza

Grazie comunque..

[Orso71]

Allora cambia tutto! Se usi un glicole qualsiasi e mandi la cella sotto zero si può fare. Guarda ciò che ha scritto IsidoroKZ sul bilancio energetico. Mi sa che di potenza te ne serve tanta.

[WallaWalla]

Due conti a spanne. 1 mm di lastr di acciaio ha una capacita` termica uguale a circa 0.8mm di acqua, il che vuol dire che l'energia necessaria per scaldare acqua+contenitore e` praticamente uguale a quella dell'acqua.

Avevi gia` calcolato che ti servivano circa 130W termici. A causa della dispersione potrebbero servirne abbastanza di piu`, diciamo 180W (ma e` un numero a caso, non ho fatto nessun conto).

Provo a vedere queste celle. Ho preso quel modello perche' ha un lato di 47mm e sul fondo del contenitore ce ne stanno 4.

La loro potenza e` di 72W e il massimo salto di temperatura di 74K, il che vuol dire che per ogni kelvin di differenza fra le temperature delle due facce si perde 1W circa.

La resistenza termica della parete d'acciaio e` trascurabile, probabilmente il salto di temperatura attraverso l'acciaio e` di 0.3K o giu` di li`, dipende dall'acciaio.

4 celle da 72W fanno 288W, a noi servono 180W, vuol dire che abbiamo 100W da sprecare per la conduzione interna delle celle, che vuol dire 25W per cella cioe` la massima differenza di temperatura fra le due facce deve essere di 25K circa.

Dato che il fondo del contenitore e` a circa 0C, l'altra faccia delle celle al massimo puo` andare a 25C. Se l'aria e` a 20C, hai un salto di temperatura di 5K per dissipare da un'area di 1dm^2 una potenza pari a 4x(13.1Ax8.8V+45W)=640W. Nella parentesi c'e` la potenza elettrica che entra piu` quella termica che arriva da dentro la scatola, supposta costante.

E quindi serve un dissipatore con resistenza termica di 5K/640W=7.8mK/W che mi pare decisamente MOLTO piccola, cose da blocco di rame con fluido che circola dentro.

Mi sa che in questo modo non sia fattibile Forse mettendo delle celle anche intorno alle pareti laterali, oppure facendo un contenitore basso e largo ce la si puo` fare.

Prima di tutto mi scuso con il ritardo della mia risposta.
Poi in merito ai calcoli che hai effettuato, [user]Isidoro KZ[/user], ho solo un piccolo dubbio. Nel momento in cui vai a calcolare la resistenza termica del dissipatore sostanzialmente le 4 celle come una cella sola, in quanto fai 5K/640W. Siccome però il salto di temperatura di 5K è di ogni cella non sarebbe più giusto fare il calcolo sulle singole celle? Ovvero 5K/(13.1x8.8+45) o analogamente moltiplicare il tuo risultato per il numero delle celle. In questo modo dovrei trovare la resistenza termica e quindi il dissipatore da applicare ad ogni cella.

Grazie, Emanuel