Resumo

Esse projeto se baseia no estudo dos fenômenos termoelétricos, que expressa a transformação direta de energia térmica, a partir de um gradiente de temperatura, em energia elétrica, o contrário também procede, dando destaque ao efeito Peltier, que consiste na geração de um gradiente de temperatura na junção de dois materiais condutores distintos quando percorridos por uma corrente elétrica. O objetivo principal é apresentar a construção das pastilhas termoelétricas usadas comercialmente, sua aplicação assim como suas vantagens e desvantagens em sistema de refrigeração, Durante o processo será mostrada a eficiência do sistema e como melhorar seu desempenho dissipando o calor gerado da melhor maneira possível.

Palavras chave: Termoeletricidade, efeito peltier, pastilha termoelétrica.

Referências:

[1]<http://www.sabereletronica.com.br/artigos/1610-caixa-trmica-para-bebidas-efeito-peltier-parte-1>. Acesso em: 11 setembro 2015.

[2]<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAe3v0AD/refrigeradores-termoeletricos?part=2>. Acesso em: 12 setembro 2015.

[3<http://www.termopares.com.br/teoria_sensores_temperatura_termopares_efeito_peltier/>. Acesso em: 12 setembro 2015.

[4]< http://www.peltier.com.br/index.php?url=faq>. Acesso em: 20 setembro 2015.

Continuação...

Neste 2° semestre daremos continuidade ao estudo dos fenômenos termoelétricos. No semestre passado vimos que na junção de dois matérias condutores distintos submetidos a um gradiente de temperatura gerava uma ddp em seus terminais (Efeito Seeback). Agora iremos estudar o inverso, aplicando uma tensão nos terminas de dois metais diferentes ira produzir uma diferença de temperatura em suas junções (Efeito Peltier). Entenderemos melhor como isso ocorre durante este semestre.

tipos de termopares

São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite de erro maior.

Experimento

Procedimento para montagem do experimento

     Materiais utilizados:

Figura 1 - Montagem do protótipo

•  Fio de cobre

• Fio de constantan

•   Multímetro Digital

•  Termômetro 

•  Gelo

•  Fonte de calor (vela)

   

 

 

     Montagem:

•     Unir os metais cobre e constantan torcendo uma de suas pontas formando uma junção,     chamada de junção de medida que deverá ser aquecida com uma fonte de calor (vela).

•     A outra ponta  é ligada ao  instrumento de medição (multímetro) formando outra junção chamada junção de referência submetida a uma temperatura constante de zero graus (utilizamos gelo).

•       Com avariação  da temperatura (por aproximação da vela) da junção de medida, os valores de tensão são anotados os resultados.

                                   

Medição de Temperatura com Termopares

Quando submetemos um condutor metálico a um gradiente térmico em suas extremidades, a extremidade mais quente terá uma energia cinética maior e fará com que os elétrons dessa região se desloquem para o lado mais frio, gerando uma diferença de potencial (ddp) elétrico entre as extremidades do condutor na ordem de alguns milivolts (mV). Essa ddp depende da natureza dos condutores e da temperatura das extremidades.

 Quando o gradiente de temperatura é linear, a diferença de potencial elétrico  depende apenas do material e das temperaturas  e , (), formalmente representado pela fórmula:

                                                         

onde

 S é o coeficiente termodinâmico de Seebeck (mV/°C).

  é a diferença de temperatura  e.

 é a diferença de potencial elétrico usualmente medido em milivolts. 

Agora se considerarmos dois matérias condutores diferentes A e B unidos pela junção J1 e j2 formando circuito fechado, quando submetidos a diferentes T1 e T2, os elétrons de um metal tendem a migrar para o outro ocorrendo uma circulação de corrente elétrica.

 Se abrirmos o circuito em qualquer ponto e possível observar uma fem conhecida como tensão de seebeck. Mas para utilizarmos o par termoelétrico como medidor de temperatura podemos considerar o circuito abaixo 

Os metais A e B estao unidos pela junção J1 chamada de junção quente ou  junção de medição. A extremidade do metal A é unida ao instrumento de medição pela junção J3 e a extremidade do metal B é unida ao instrumento de medição pela junção J2. O ponto onde os fios se conectam ao instrumento de medição é chamado de  junção fria ou de  junção referência. Desde que as junções J2 e J3 estejam a mesma temperatura elas nao interferem na medição podendo ser consideradas uma unica junção.Assim considerando:

onde SA e SB são os coeficientes de Seebeck dos metais A e B, T1 e T2 representam a diferença de temperatura na junção dos materiais. Os coeficientes de Seebeck são não-lineares e dependem da temperatura absoluta, material, e da estrutura molecular. Se os coeficientes de Seebeck podem ser considerados efetivamente constantes numa certa gama de temperatura, a fórmula acima pode ser aproximada por:

Desse modo é possível obter-se energia elétrica usando-se uma fonte de calor.

Efeito Seeback

THOMAS JOHANN SEEBECK

Nasceu em 9 de Abril de 1770, no seio de uma abastada família germano-báltica de comerciantes em Reval (atualmente Tallin capital da Estónia). Formou-se em medicina em 1802 na universidade de Göttingen, tendo optado por dedicar-se à física. Em 1821, descobriu um dos efeitos termoelétrico que leva seu nome, efeito seebeck,  e é neste princípio que se baseia o funcionamento do termopar. Thomas Johann Seebeck faleceu em 10 de Dezembro de 1831.

EFEITO SEEBECK

O efeito Seebeck foi observado pela primeira vez em 1821 quando o físico  Thomas Johann Seebeck estudava fenômenos termoelétricos. Thomas Johann Seebeck descobriu (acidentalmente) que um circuito fechado constituido de dois metais diferentes, com junções em temperaturas diferentes, desviava o ímã da bússola. Seebeck inicialmente acreditava que isto devia-se ao magnetismo induzido pela diferença de temperatura. No entanto, foi rapidamente percebido que uma corrente elétrica estava sendo induzida.  

O efeito seebeck, descreve a geração de uma força eletromotriz (f.e.m.) a partir de dois materiais condutores distintos quando submetidos a uma diferença de temperatura entre suas junções, em um circuito aberto, a tensão gera pode ser medida (na ordem de mV), esta tensão é chamada tensão de Seebeck, que aumenta à medida que a diferença de temperatura entre suas junções é aumentada.

                                                            

TERMOPAR

Baseado no efeito seebeck, o termopar é diferente da maioria dos outros sensores de temperatura, uma vez que sua saída não está diretamente relacionada à temperatura, mas sim ao gradiente de temperatura, ou seja, da diferença de temperatura entre suas junções. O termopar é formado de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas. Os fios são unidos em um extremo ao qual se dá o nome de junção quente ou  junção de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de f.e.m., fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente. O ponto onde os fios se conectam ao instrumento de medição é chamado de  junção fria ou de  junção referência. Quando a temperatura da junção de referência (T2) é mantida constante, verifica-se que a f.e.m. térmica é uma função da temperatura da junção de medição (T1). Esta característica permite utilizar o par termoelétrico como um termômetro.

                                         

                                         

Referencias:

·        http://www.ni.com/white-paper/7108/pt/

·        http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAI-sAA/termopares

·        http://www.termopares.com.br/teoria_sensores_temperatura_introducao/

·        http://www.eq.uc.pt/~lferreira/BIBL_SEM/global/termopares/2.html

Abstract

Thermocouple

Thermoelectricity

       Energy is the ability to any body produce  work, action or movement. In the case of Electric Energy is caused by the movement of electrons in a conducting material, this movement occurs when there is a potential difference (ddp). One of the ways of obtaining electric energy conversion and through other forms of energy.

       The thermoelectricity studies the effects of the transformation of Thermal Energy for Electric Energy and vice versa. A thermoelectric device when there is a temperature difference it will generate an electromotive force (or voltage), and when there is a ddp creates a temperature difference. In thermoelectricity we found three effects:

• Seebeck Effect: This effect describes the generation of an electromotive force (mV order) there because of the temperature difference  two metals or  metal alloys contact . Through the thermal conduction this effect is able to transform Thermal Energy for Electric Energy.
•  Peltier Effect: The Peltier effect is the reverse of the Seebeck effect, which consists in producing a temperature gradient in two junctions of conductive (or semiconductor) of different materials when subjected to a potential difference in a closed circuit.
• Thomson Effect: The Effect Thomson was inspired in a theoretical approach to unify the Seebeck and Peltier effects, it describes generally  the ability of a metal subjected to an electric current and a temperature gradient to produce cold or heat.

     This project will addresses the functioning of the thermocouples, based on the Seebeck effect and used as temperature sensors, being of great use in industry.