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Jorge Castilho Cabrita, Engenheiro Electrotécnico (IST)/ Professor do Ensino Secundário
lições
LIÇÕES DE ELECTRICIDADE
{CAPITULO II · corrente contínua Jorge Castilho Cabrita, Engenheiro Electrotécnico (IST)/ Professor do Ensino Secundário
14º. PARTE
Termoelectricidade - 9ª parte : Módulos, geradores e refrigeradores termoeléctricos; Piroelectricidade.
O artigo de hoje termina o sub-capítulo sobre Termoelectricidade. Apresentam-se os módulos termoeléctricos e a sua aplicação em geradores e refrigeradores termoeléctricos. Por fim, uma referência à Piroelectricidade.
29.4› TEM - THERMOELECTRIC MODULES (MÓDULOS TERMOELÉCTRICOS) Os primeiros TEM foram apresentados na década de 1960. Utilizam materiais semicondutores. Um TEM é constituído por termopares ligados electricamente em série e termicamente em paralelo (entre dois substratos cerâmicos) (figura 94).´
Figura 94 . Módulo termoeléctrico: constituição
Na figura 95 mostra-se um aspecto geral do TEM.
Figura 95 . Módulo termoeléctrico: vista geral
Os substratos destes TEM são quadrados em que as dimensões dos lados podem variar entre 3 mm e 60 mm, não podendo ultrapassar este valor, devido aos esforços térmicos a que ficam sujeitos. Um valor corrente é 40 mm, sendo a espessura 3,3 mm. São componentes de muito pequenas dimensões.
Se for mantida uma diferença de temperaturas entre a face superior e a inferior, o TEM produz energia eléctrica (funcionamento como gerador). Se for aplicada uma tensão entre os seus terminais, o TEM transfere calor de uma face para a outra (funcionamento como refrigerador). As vantagens dos TEM são a não existência de peças móveis, a ausência de ruído, de vibrações, as pequenas dimensões, o pouco peso, possibilidade de arrefecimento abaixo da temperatura ambiente (ao contrário dos dissipadores usuais), possibilidade do mesmo módulo servir para aquecer e arrefecer, possibilidade de apenas arrefecer uma parte dum equipamento, possibilidade de funcionar como aquecedor/refrigerador ou como gerador, o ser amigo do ambiente (por não usar químicos usados noutros sistemas de refrigeração). Têm o inconveniente de manipularem pequenas quantidades de energia. No entanto, a reunião de módulos permite manipular grandes quantidades de energia. Em termos de potência, há equipamentos manipuladores de miliwatt (Watt é uma unidade de potência1 - ver ponto 31) a milhares de Watt. Os TEM utilizam-se em aplicações militares, médicas, industriais, domésticas, científicas, em telecomunicações. 1
1 Watt = 1 Joule / segundo (1 W = 1 J / s)
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do exterior. Por estas razões, só é normalmente usado em "overclocking"3.
Figura 96 . Arrefecimento de CPU (efeito Peltier)
O lado frio do TEC é colocado em contacto com a CPU e o calor é transferido para o lado quente e daqui para o exterior através de dissipador e de ventilador. Podem, no entanto, surgir problemas com este dispositivo. Um deles resulta da possível condensação de água no lado frio que pode danificar os circuitos e originar curto-circuitos. Se houver uma avaria do ventilador, dar-se-á o sobreaquecimento da CPU, pois o TEC isola-a termicamente PUB
b) Bombas de calor 4 de estado sólido Esta designação é dada aos TEC usados para estabilizar a temperatura, por exemplo, de um detector. Para isso, o calor é retirado de um local para outro, para arrefecer esse local ou acontece a operação inversa, para aquecer o local, por inversão da polaridade da tensão aplicada. Nesta utilização constitui o controlador de temperatura mais preciso, atingindo a precisão de ±0,1 ºC, além de ser simples e fácil de usar. Outros exemplos de aplicação: mini frigorífico/aquecedor para viagens, almofada frio/quente para o assento do automóvel. Os TEC são TEM usados para arrefecimento ou controlo de temperatura: › menor manutenção, pelo facto de não
terem peças móveis; › capacidade de funcionamento por períodos prolongados; › não utilizam produtos que possam prejudicar o ambiente ou que necessitem de ser substituídos; › podem ser instalados em qualquer posição; › ocupam menos espaço; › controlo de temperatura de precisão (fracções de ºC); › um arrefecedor pode transformar-se em aquecedor por simples troca das polaridades da fonte.
30› PIROELECTRICIDADE Existem cristais, como a turmalina, que têm a propriedade de se polarizarem quando submetidos a variações de temperatura. O aumento da temperatura origina o aparecimento de cargas eléctricas negativas e positivas nas extremidades de um eixo do cristal. A turmalina, depois de electrizada por aumento da temperatura, atrai cinzas, poeiras ou corpos leves. Esta propriedade é designada por piroelectricidade. Há dois tipos de piroelectricidade : primária (com um só par de pólos, como na turmalina) e secundária (com vários pares de pólos, como no quartzo). 3
Modo de funcionamento da CPU com frequência
superior à nominal. 4
Bomba de calor é a designação dada a um equipa-
mento que transfere o calor de um local para outro, podendo fazer inversão do sentido da transferência.
BIBLIOGRAFIA DE TERMOELECTRICIDADE [1] Fundamentos de Eletrotécnica 1 - Arnold - EPU - 1975 [2] Les thermocouples - Dominique Ottello [3] Thermoelectric effects in metals : thermocouples - Safa O. Kasap - 1997 - 2001 [4] Instrumentação electrónica. Métodos e técnicas de medição - Aurélio Campilho - FEUP - 2000 [5] Thermocouple technical data - Athena [6] Temperature sensors - Walt Kester, James Bryant, Walt Jung [7] Instrumentos de medição elétrica - Raul Peragallo Torreira - 1978 - Hemus