¿Por qué un enfriador Peltier se calienta cuando se enfría con hielo?

En esta publicación , la pregunta presenta un problema de un enfriador Peltier que se calienta después de operar por un tiempo. La explicación fue que el enfriador Peltier solo puede mantener una diferencia de temperatura fija entre el lado frío y el lado caliente. Debido a esto, a medida que el calor se toma del lado frío y se deposita en el lado caliente, la temperatura del lado caliente comienza a aumentar. Debido a que el enfriador solo puede mantener una diferencia fija entre los lados, si la temperatura del lado caliente comienza a aumentar, también lo hace la temperatura del lado frío. Entonces, para enfriar el lado frío, es necesario disipar el calor del lado caliente.

Esa es mi reinterpretación enrevesada, pero creo que entendí la idea. En última instancia, necesito una forma de expulsar el calor generado por el enfriador Peltier. He visto a muchas personas invertir en grandes disipadores de calor con múltiples ventiladores, pero tengo poco dinero: PI me preguntaba si el hielo funcionaría bien. El calor generado sería, al igual que en un disipador de calor, succionado desde el lado caliente del enfriador. Entonces, después de algunos preparativos, tomé mi dispositivo y golpeé el lado caliente sobre un trozo de hielo. Desafortunadamente, surgió el mismo problema: la temperatura bajó hasta el punto en que pequeñas gotas de nieve comenzaron a precipitarse en la placa fría; sin embargo, pronto empezó a calentarse, derritiendo la nieve y, con ella, mi esperanza. no entiendo ¿Los disipadores de calor utilizados en esta aplicación estarán a temperaturas más altas que el hielo? ¿Cómo es que las personas que usan disipadores de calor alcanzan temperaturas más bajas en lugar de cuando el dispositivo se enfría con hielo? Además, si los disipadores de calor están a temperaturas más altas que el hielo, entonces esto no se alinea con la especificación del diferencial de temperatura del enfriador Peltier, lo que supongo que significa que la unidad podría estar defectuosa. Pero tengo la sensación de que mi comprensión de cómo funcionan estas unidades es incorrecta. Cualquier ayuda sería apreciada:)

Si no se crea agua tibia en el hielo y se cierra la brecha, eso ayudaría. Pero los refrigeradores de CPU usados ​​​​podrían ser gratuitos si tuviera acceso a los antiguos AMD
No sé dónde vives, pero si hay un sitio de recolección de desechos cerca, ciertamente puedes obtener disipadores de calor decentes y tantos refrigeradores como necesites, gratis. Además, Greta estará orgullosa de ti (bueno, esto también depende de cuánto tiempo planees dejar funcionando tu artilugio).

Respuestas (3)

Todavía tienes que asegurar el acoplamiento térmico al hielo. Una vez que su hielo se derrite, forma una capa delgada de agua, que es más cálida hacia su elemento TEC. El hielo en sí mismo es un aislante térmico decente (mira los iglús), por lo que el calor del agua no tiene adónde ir (al menos no lo suficientemente rápido). Y las capas de agua crean un gradiente con la parte más cálida en su superficie TEC, lo que consume su presupuesto térmico.

El enfriamiento por aire forzado funciona mejor a pesar de la peor conductividad térmica del aire (a diferencia del agua) y las temperaturas más altas que el hielo simplemente porque pueden garantizar que el aire caliente se elimine.

Creo que podría ser más efectivo intentar usar solo un baño de agua como refrigerante en lugar de poner TEC directamente sobre hielo. De esa manera, el calor se mezcla con todo el baño calentándolo gradualmente. Las capas de agua más cálidas junto al TEC deberían "empujar" su calor hacia las capas más frías (a través de las corrientes de convección) y este proceso no se bloquearía por las propiedades aislantes del hielo. Aún mejor, si pudiera colocar un ventilador para hacer circular el agua. Si tiene acceso a grandes cantidades de agua destilada, tampoco tiene que preocuparse por un cortocircuito, a menos que el agua se ensucie lo suficiente como para comenzar a conducir.

Tomé mi dispositivo y golpeé el lado caliente sobre un trozo de hielo.

Bien. ¿Y cómo se aseguró de que el lado caliente continuara en contacto con el hielo? A menos que haya montado el TEC de modo que el lado caliente se vea forzado a entrar en contacto (cargado por resorte o por gravedad), el lado caliente se calentó, derritió la parte superior del hielo y el agua fluyó. Ahora el lado caliente no está haciendo contacto, por lo que se calienta mucho y le sigue el lado frío.

Al alimentar un peltier con voltaje (o corriente), se calienta debido a las pérdidas resistivas. El material BiTe (generalmente en la mayoría de los peltiers) es resistivo y funciona como una resistencia (visto como Rm a continuación en el modelo de circuito peltier)

ingrese la descripción de la imagen aquí
Fuente: https://www.researchgate.net/publication/50406971_TESTING_AND_SIMULATION_OF_SOLID_STATE_HEATING_AND_COOLING/figures?lo=1

El problema es que el peltier genera calor, pero el peltier también mueve el calor del lado frío al lado caliente. Esto significa que el calor que genera el peltier termina en el lado caliente junto con el calor que extrae del lado frío.

Sin embargo, el calor debe ir a alguna parte (un peltier es parte de un circuito térmico más grande). Esto significa que necesita un disipador de calor grande (el aire no es un buen conductor de calor).

Esto también significa que el deltaT generado por el peltier está controlado por el lado caliente. Por ejemplo:

Si un disipador de calor (y el lado caliente del peltier) está a 30 °C y el deltaT (calculado a partir de la hoja de datos) es de 20 °C, entonces podría ejecutar el lado frío a 10 °C.

Si un disipador de calor (y el lado caliente del peltier) está a 10 °C y el deltaT (calculado a partir de la hoja de datos) es de 20 °C, entonces podría ejecutar el lado frío a -10 °C.

Si un disipador de calor (y el lado caliente del peltier) está a 30 °C y el deltaT (calculado a partir de la hoja de datos) es de 35 °C, entonces podría ejecutar el lado frío a -5 °C.

Esto supone que el disipador de calor puede mantener una temperatura constante y no calentarse cuando el peltier vierte calor en él.

Si usa un disipador térmico, debe tener grasa térmica adecuada (lo más delgada posible) entre el peltier y el disipador térmico.

Ya veo, gracias por la respuesta! Noté que al final dijiste que la grasa térmica debería ser lo más delgada posible. ¿Está diciendo que las capas más gruesas de grasa térmica reducen la transferencia de calor adecuada? ¡¡Gracias de nuevo!!
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