Células o módulos de Peltier, variación de temperatura

[charlyled]

Estoy realizando mi proyecto sobre el tema y la verdad es que me he documentado bastante, y el caso es que no he debido de entender algún concepto ya que como ya sabréis el peltier puede alcanzar una variación de temperatura entre la cara caliente y la cara fría máxima, por ejemplo 70 ºC.

El caso es que si yo quiero alcanzar una temperatura determinada en la cara fría (ya sea para enfriar o calentar dada la bidireccionalidad del componente) no se que corriente debo hacer pasar por este. Tras revisar varios datasheet he observado que hay varias curvas en las que se muestra la variación de temperatura en función del voltaje, de la corriente o incluso del calor disipado, pero cualquiera de estas curvas me sirve si considero fija la temperatura en una de las caras...

En resumen que si yo quiero fijar una temperatura en la cara fría del peltier al final como lo hago? ¿fijando la temperatura en la cara caliente con la ayuda de un disipador asistido con un ventilador?, es un poco retorcido no?

PD: Para realizar el control de temperatura utilizo un integrado que me servirá para sensar la temperatura ambiente en la cara fría, que a su vez mediante un microcontrolador dará una consigna a una fuente de tensión regulable que será la encargada de alimentar el peltier.

Muchas gracias de antemano a todos y lo siento si me he expresado de forma confusa en alguno de los puntos, ante cualquier duda díganmelo.

Un saludo a la comunidad, siempre de gran utilidad.

 

[penrico]

He tenido la suerte de usar celdas peltier, y entender como funcionan. Así que voy a tratar de responder tu pregunta:

¿Cuanta corriente es necesaria para llevar a una cierta temperatura?. Lo primero que debes entender que temperatura está directamente asociado con potencia. Si hay algo que está caliente, es porque algo está generando potencia y lo está calentando. Ahí está la clave. Tienes que saber cuanta potencia está liberando lo que está calentado la cosa que queréis enfriar. Luego, para que tu celda peltier lo enfríe, la potencia que tiene que tener la celda, tiene que ser obligatoriamente mayor que la potencia que está calentando. Si no es así, no va a enfriar nada, si no que va a terminar tu celda calentándose del lado caliente por arriba de la temperatura máxima.

Por ejemplo, si tu generador de calor tiene 5W de potencia, tu celda peltier tiene que ser de 8W o más, por lo menos.

Luego, si tu celda peltier es de 15V, y de 8W, por ejemplo, la corriente que vas a necesitar en los 15V será de casi 533mA.

Otra cosa muy importante: La celda peltier, no es que haga magia ni nada por el estilo. Lo que hace, es conducir la potencia del dispositivo que estás queriendo enfriar, desde el lado frío al lado caliente. Además, la celda peltier posee su propia potencia que también la intentará poner sobre el lado caliente. Por ende, esto significa que la celda peltier, tendrá sobre el lado caliente, la suma de las dos potencias: 5W+ 8W. Esas potencias, las tenes que disipar al ambiente. Por ello, tenes que poner si o sí un buen disipador y un cooler del lado caliente que saque el calor de ese lado. Si no, se comienza a calentar el lado caliente, y el salto térmico entre el lado caliente y el lado frío se mantiene. Por lo tanto, se te termina calentando el lado frío.

Ahora, si lo que queréis enfriar no tiene potencia, como puede ser el caso de una heladerita. La celda peltier, terminará si o si enfriando lo que le pongas. No importa cuanta potencia, lo que cambiará, será la velocidad que tomará para realizar el enfriamiento.

Espero haber aclarado alguna de tus dudas.

 

[charlyled]

Ok, muchas gracias por la información, tu respuesta está acorde con lo que tenía entendido sobre el peltier, el caso es que el elemento a enfriar es un LED, y realmente no se cuanta potencia va a disipar en calor (podría intuir que será la gran mayoría de la potencia consumida por el dispositivo), el problema es que de esta forma perdería algo de precisión en el control y dado que el propósito del proyecto es la caracterización del LED, en función de varios parámetros no podría realizar esta aproximación, para que te hagas una idea este proyecto es una parte de uno más global, que será capaz de variar la corriente del led (manteniendo cte la temperatura) y vicebersa y otras caracterizaciones más.

El caso es que he pensado que tampoco necesito realmente saber las temperaturas en sí (sólo el rango de trabajo), ya que el control de temperatura lo voy a realizar con otro integrado que a su vez controlará la fuente DC regulada, es decir, que necesito más friio le doy más chicha a la fuente, que necesito menos pues menos chicha... y al final la precisión del control dependerá del microcontrolador y de la fuente que diseñe.
¿Que te parece la idea?, tiene buena pinta no?.

Enlazando con el tema y sin propósito de abusar de tu amabilidad quería preguntarte por una sugerencia sobre la fuente regulada, el caso es que los diseños que he manejado son para manejar la regulación mediante sistemas mecánicos como potenciómetros o swiches, pero en mi caso como te he dicho voy a utilizar un microcontrolador, entonces he pensado en diseñar la fuente con tiristores (en vez del clásico puente de diodos) y manejar el disparo de estos mediante el micro, pero claro me surgen problemas como la independencia de masas, o los tiempos muertos que provoco si no coloco un diodo en antiparalelo (además del que por sí llevan normalmente los propios tiristores), y claro si obro así quizás tenga problemas con la disipación del calor de la fuente (que irá montada físicamente en otra disposición diferente al sistema peltier) e incluso podría tener problemas de tamaño.... nose quizás son demasiadas dudas, pero agradecería tu opinión sobre el tema.

Nuevamente muchas gracias, un cordial saludo.

 

[penrico]

Te recomiendo que para la fuente, uses un transistor MOSFET, y controles la cantidad de energía que le vas a dar a la celda, mediante PWM, el cual te lo da directamente el microcontrolador. Así, el MOSFET va a disipar una potencia mínima y te asegurás una muy buena regulación en la carga.

No es necesario que filtres el PWM, ya que la misma celda, que controla temperatura hará el trabajo del filtro pasabajos y llegará a la temperatura promedio dependiendo del ciclo últil del PWM que estés colocando.

 

[DOSMETROS]

OK , si te sirve para redondear los buenísimos datos de Pernico, funciona exactamente como una "bomba de calor" o "bomba de frio" reales , ya que es reversible.

Solo bombean calor (sumado al calor propio generado por la bomba). . . PERO ESE CALOR DEBE IR A ALGÚN LADO , o sea disipador + ventilador obligado sinó se queman.

Y necesitás la potencia necesaria para lograrlo.

Saludos !

 

[saraa]

hola buenas noches¡¡¡
Estoy trabajando con la celula peltier y se me han presentado varios problemas y aun no se como solucionarlos me podrían ayudar¡¡ .bueno unos de los problemas es el control de la temperatura, se calienta demasiado que el calor le gana al frio, ya utilice disipadores grandes y ventiladores pero no enfría lo suficiente la célula es de 12v y 90watts,le he puesto resistencias para limitar la corriente pero no han funcionado se calienta mucho.

 

[DOSMETROS]

Necesitás un enorme disipador con un muy buen ventilador para disipar esos 90 Watts !

Poné fotos a ver que tal

Saludos !

 

[octavio2]

No hagas mucho caso de la potencia nominal que indica el fabricante,si la celula peltier es de 12v obtendras mejores resultados entre 2 y 6 voltios.La celula peltier es como una resistencia,si doblas la intensidad el calor generado se multiplica por 4 pero solo bombea el doble de calor.
Tambien debes poner pasta termica entre la celula y el radiador para minimizar todo lo posible la resistencia termica.Y lo mas importante: no la conectes al reves,porque entonces calentara en vez de enfriar.

 

[saraa]

No hagas mucho caso de la potencia nominal que indica el fabricante,si la celula peltier es de 12v obtendras mejores resultados entre 2 y 6 voltios.La celula peltier es como una resistencia,si doblas la intensidad el calor generado se multiplica por 4 pero solo bombea el doble de calor.
Tambien debes poner pasta termica entre la celula y el radiador para minimizar todo lo posible la resistencia termica.Y lo mas importante: no la conectes al reves,porque entonces calentara en vez de enfriar.

gracias por tu respuesta.el objetivo que tengo es hacer que la célula enfrié lo mas que se pueda,ya lo probamos con 6 volts pero enfría muy lento,he visto varios vídeos de las células y hay algunas que hacen escarcha¡¡ tienes alguna idea de como lograr eso??? tengo 2 células pensaba en poner las dos caras que enfrían juntas y en medio de ellas un disipador para así aumentar la potencia frigorífica y en las caras calientes otros disipadores,crees que estaría bien??

 

[octavio2]

Se puede hacer hielo con una sola si evitas que el lado caliente pase de 30 grados,prueba a usar pasta termica y a sumergir el radiador en agua fresca.Con 5 voltios deberia hacer hielo,si metes mas potencia solo conseguiras calentar mas el radiador.Si no obtienes buenos resultados con una placa tampoco lo haras con dos.Ademas la segunda celda deberia ser al menos 4 veces mas potente que la primera.Si no te funciona,pon una foto con el montaje.

 

[aquileslor]

No se el uso que le quieres dar. Yo he usado frigistores de 4v y he llegado hasta 20 grados bajo cero, pero en lugar del disipador le he construido un sistema de circulación de agua corriente. Es lo mas eficiente que he encontrado. Fijate que ya hasta en las computadoras se está utilizando el sistema de circulación de agua o refrigerante.

 

[saraa]

Se puede hacer hielo con una sola si evitas que el lado caliente pase de 30 grados,prueba a usar pasta termica y a sumergir el radiador en agua fresca.Con 5 voltios deberia hacer hielo,si metes mas potencia solo conseguiras calentar mas el radiador.Si no obtienes buenos resultados con una placa tampoco lo haras con dos.Ademas la segunda celda deberia ser al menos 4 veces mas potente que la primera.Si no te funciona,pon una foto con el montaje.

esta bien, así la probare,la pila ala que lo conectare es de 12volts(la de el automovil),lo voy a reducir a 5volts solo falta algo,para que pueda variar la temperatura fría,que tipo de control me recomiendas?

No se el uso que le quieres dar. Yo he usado frigistores de 4v y he llegado hasta 20 grados bajo cero, pero en lugar del disipador le he construido un sistema de circulación de agua corriente. Es lo mas eficiente que he encontrado. Fijate que ya hasta en las computadoras se está utilizando el sistema de circulación de agua o refrigerante.

lo que quiero hacer es un tipo clima,pero se ha dificultado el control de temperatura,cuando conecto las células ya con los disipadores uno de cada lado,el calor le gana al frió y si reduzco mucho la corriente, casi no enfría.

 

[aquileslor]

El disipador de calor debe ser enorme y el del frio chico, pues el rendimiento de los frigistores es bajísimo.
Producen mucho calor y poco frio. Además necesitas una buena aislación térmica entre uno y otro. Yo uso telgopor.

 

[octavio2]

esta bien, así la probare,la pila ala que lo conectare es de 12volts(la de el automovil),lo voy a reducir a 5volts solo falta algo,para que pueda variar la temperatura fría,que tipo de control me recomiendas?
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si tienes 2 o 3 celulas peltier iguales,puedes conectarlas en serie y asi te ahorras el convertidor de corriente.
Si sabes electronica te recomiendo un regulador electrónico
puedes usar un diodo como sensor,y un microcontrolador con adc para leer el diodo y pwm para regular la potencia.

 

[saraa]

Lo arme como me dijiste¡¡ conecte primero una celda a 5 volts con amperes con sus dos disipadores,la cara caliente llego a 23grados y la cara fría bajo hasta 10grados¡¡ intente con varios voltajes desde 2 hasta 6 volts,y donde mejor enfriaba fue en los 5v,si quiero que llegue hasta cero grados,tengo que aumentar la corriente?? puedo usar los mosfet de potencia para controlar la corriente???

 

[octavio2]

la cara caliente llego a 23grados y la cara fría bajo hasta 10grados¡¡

Hay algo que falla ,deberia enfriar mucho mas,o la celula peltier es mala o algo esta mal en el montaje,si pones una foto a lo mejor vemos el fallo.Si,los mosfets de potencia estan hechos para estas cosas de potencia ,pero necesitas un convertidor dc-dc ,si le aplicas directamente pulsos de 12v el rendimiento sera mas bajo.

 

[Sebastian1989]

Hola, actualmente yo estoy usando unos módulos peltier para enfriar o congelar un liquido por lo que creo que te puedo orientar un poco.

Lo primero que debemos saber es que modulo estas usando para leer su hoja de datos y ver bien sus características eléctricas y térmicas, te dejo un link con varios modelos para ver si identificas el tuyo.
http://www.bkbelectronics.com/pdf files/TEC1-127120-50.pdf

Lo otro que debes saber es que yo no estoy de acuerdo con los que dicen que hay que alimentarlos con 5V mas o menos ya que yo he trabajado con los peltier modelo tec1-12706, tec1-12709 y tec1-12715 y en todos estos he observado y medido que la diferencia de temperatura máxima se encuentra con la corriente máxima, esto se debe a que el peltier esta siempre absorbiendo calor del aire, te dejo un link a una hoja de datos que tiene algunos gráficos.
http://www.hebeiltd.com.cn/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf
Los tres modelos de peltier que te nombre funcionan a máximo 15.4V pero lógicamente nunca es recomendable acercarse a los limites máximos por lo que yo los alimento con 12V o 13.8V.

Por ultimo pero no menos importante es el disipador, el disipador tiene que ser capaz de transferir el calor generado por el peltier al aire para que la temperatura de la cara caliente sea la menor posible, para el modelo tec1-12706 te sirve un disipador de pentium 4 pero para los otros necesitas algo mas grande, yo para el tec1-12715 uso este:http://www.coolermaster.com/product.php?product_id=6728 .
Siempre recuerda poner la pasta térmica entre el modulo peltier y el disipador.

Una vez que tenga el peltier con un buen disipador y alimentado con el voltaje correcto este empezara a enfriar a lo tonto y dependiendo del modelo podrás obtener obtener varios grados bajo cero.

Para el control de temperatura habría que saber la precisión que tu necesitas ya que por ejemplo el primer circuito de control de temperatura que hice fue con unos operacionales y un lm35 y para la salida de potencia use un mosfet, este circuito tenia una histeresis de 2°C app. y con un potenciometro ajustaba la temperatura a la que debía llegar. Si necesitas mayor precisión puedes usar un microcontrolador y con una salida PWM tener implementado un PID.

Espero que algo de esta info. te ayude.

 

[saraa]

Hola, actualmente yo estoy usando unos módulos peltier para enfriar o congelar un liquido por lo que creo que te puedo orientar un poco.

Lo primero que debemos saber es que modulo estas usando para leer su hoja de datos y ver bien sus características eléctricas y térmicas, te dejo un link con varios modelos para ver si identificas el tuyo.
http://www.bkbelectronics.com/pdf files/TEC1-127120-50.pdf

Lo otro que debes saber es que yo no estoy de acuerdo con los que dicen que hay que alimentarlos con 5V mas o menos ya que yo he trabajado con los peltier modelo tec1-12706, tec1-12709 y tec1-12715 y en todos estos he observado y medido que la diferencia de temperatura máxima se encuentra con la corriente máxima, esto se debe a que el peltier esta siempre absorbiendo calor del aire, te dejo un link a una hoja de datos que tiene algunos gráficos.
http://www.hebeiltd.com.cn/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf
Los tres modelos de peltier que te nombre funcionan a máximo 15.4V pero lógicamente nunca es recomendable acercarse a los limites máximos por lo que yo los alimento con 12V o 13.8V.

Por ultimo pero no menos importante es el disipador, el disipador tiene que ser capaz de transferir el calor generado por el peltier al aire para que la temperatura de la cara caliente sea la menor posible, para el modelo tec1-12706 te sirve un disipador de pentium 4 pero para los otros necesitas algo mas grande, yo para el tec1-12715 uso este:http://www.coolermaster.com/product.php?product_id=6728 .
Siempre recuerda poner la pasta térmica entre el modulo peltier y el disipador.

Una vez que tenga el peltier con un buen disipador y alimentado con el voltaje correcto este empezara a enfriar a lo tonto y dependiendo del modelo podrás obtener obtener varios grados bajo cero.

Para el control de temperatura habría que saber la precisión que tu necesitas ya que por ejemplo el primer circuito de control de temperatura que hice fue con unos operacionales y un lm35 y para la salida de potencia use un mosfet, este circuito tenia una histeresis de 2°C app. y con un potenciometro ajustaba la temperatura a la que debía llegar. Si necesitas mayor precisión puedes usar un microcontrolador y con una salida PWM tener implementado un PID.

Espero que algo de esta info. te ayude.

holaa¡¡ buenas noches¡¡.
gracias por su respuesta,que bueno que me dijo de esos disipadores,la placa que estoy usando es tec1-12709 ,cuando la conencte a 12v con 7.5 apmeres,el calor le gano al frio,pero igual y fue porque no se disípo bien el calor,estuve preguntando por los disipadores y solamente estan en mercado libre ,usted donde los compro?.encuanto ala temperarura no es tan importante la exactitud,con que la pueda regular esta muy bien,puedo usar cualquier cicuito de control de temperatura con los optocopladores y el lm35?? o cambia segun sean los valores de las variables a controlar ??

 

[saraa]

holaa¡¡ buenas noches¡¡.
gracias por su respuesta,que bueno que me dijo de esos disipadores,la placa que estoy usando es tec1-12709 ,cuando la conencte a 12v con 7.5 apmeres,el calor le gano al frio,pero igual y fue porque no se disípo bien el calor,estuve preguntando por los disipadores y solamente estan en mercado libre ,usted donde los compro?.encuanto ala temperarura no es tan importante la exactitud,con que la pueda regular esta muy bien,puedo usar cualquier cicuito de control de temperatura con los optocopladores y el lm35?? o cambia segun sean los valores de las variables a controlar ??

como te parece este circuito??

 

[Sebastian1989]

Los disipadores de pentium 4 los compre por mercadolibre.
El circuito que pusiste esta pensado para temperaturas altas y no tiene histeresis, ¿a que temperatura necesitas que llegue el peltier?