• Roger Stout
3 anos
Categorias: Artigos, Refrigeradores, Design, Destaque, Dissipadores de Calor

contos de Fadas… máquinas de movimento perpétuo… Nem todos os contos de fadas são máquinas de movimento perpétuo, mas todas as máquinas de movimento perpétuo, certamente são contos de fadas. Antes de entrar em detalhes dos refrigeradores termoelétricos, no entanto, parece apropriado definir o palco para esta categoria particular de contos de fadas.

Existem dois tipos clássicos de máquinas de movimento perpétuo, chamadas (não tão criativamente) de máquinas do tipo 1 e do tipo 2 (ou igualmente criativamente, máquinas do tipo 1 e do tipo 2). Máquinas tipo 1 são as mais provavelmente imediatamente familiares para você. Eles violam a Primeira Lei da termodinâmica, que afirma que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada de uma forma para outra. Tipicamente, máquinas de tipo 1 envolvem algum tipo de mecanismo de rotação que através de um design aparentemente inteligente consegue sempre ter o torque gerado em uma direção constante (ou talvez alterne a direção, mas com uma média favorecendo uma direção). Na ausência de fricção (ou carga), eles se moveriam para sempre sem qualquer adição de energia. Máquinas tipo 1 são tão fáceis de obter que o escritório de Patentes dos EUA não aceitará pedidos para máquinas deste tipo sem um modelo de trabalho. Nos casos raros é fornecido, a” inteligência ” invariavelmente reside em esconder uma pequena fonte de energia em algum lugar, e o trabalho do oficial de patentes é ser mais inteligente do que o inventor e encontrá-lo! Os exemplos mais flagrantes de máquinas de tipo 1 são onde o inventor realmente afirma estar dirigindo uma carga, mesmo que não há fonte de energia para a máquina. Exemplos mais sorrateiros não escondem o fato de que eles têm uma fonte de energia, eles simplesmente afirmam entregar mais energia do que eles recebem. Por exemplo, alguns anos atrás me pediram para avaliar o “gerador de energia livre zero-jogging”, que alegou entregar mais energia elétrica para fora, do que a condução de turbina eólica colocado dentro. (Neste caso, eu acredito que o inventor não foi intencionalmente enganador, mas ele era lamentavelmente ignorante de como medir a energia elétrica!as máquinas do tipo 2 são mais subtis. Eles violam a Segunda Lei da termodinâmica, que afirma que a entropia não pode ser reduzida (em um sistema fechado). Entropia é um conceito um pouco difícil de entender, muito menos quantificar, mas muitas vezes pode ser cozido na simples observação de que o calor nunca pode fluir passivamente de um lugar mais frio para um lugar mais quente. Se isso parece estar a acontecer, ou perdeste algo crucial, ou então tens uma máquina de movimento perpétuo tipo 2 de boa fé. Lembro-me (embaraçosamente) de um exame no meu primeiro curso de Termodinâmica. Foi-nos pedido que avaliássemos uma coisa curiosa chamada “tubo vórtice”.”Em um vórtice de tubo, o ar comprimido é fornecido na base de uma T-em forma de tubo, e, surpreendentemente, o ar frio sai um ramo de T, e o ar quente sai do outro ramo do T. eu estava desconfiado, o suficiente para perceber que isso implicava que, de alguma forma, a energia de movimento “para cima”, a partir da temperatura do fluxo de entrada para o mais quente de saída do ramo. A declaração do problema foi muito específica, e incluiu taxas de fluxo de massa e temperaturas e pressões, então eu continuei a fazer os cálculos mostrando que, embora nenhuma energia líquida estava sendo criada, a Entropia líquida das correntes de ar transbordantes era menor do que a entropia da Corrente de ar recebida, provando assim a sua impossibilidade. Acontece que os tubos de vórtice são reais! Cometi um erro de cálculo, embora o professor tenha sido generoso o suficiente para me conceder crédito parcial por pelo menos pensar em procurar uma violação da 2ª Lei. O que quero dizer é que a Segunda Lei tem de ser considerada sempre que se está a tentar “bombear” energia de um lugar frio para um lugar mais quente.

entra nos refrigeradores termoeléctricos (ou TEC). Estes são Engenhocas inteligentes que usam o efeito Peltier bem estabelecido. São como termopares invertidos. Deve tê-los visto em algum lugar na forma de um refrigerador de cerveja ou algo parecido. Eles obviamente funcionam (e foram patenteados). Uma das coisas mais interessantes sobre eles é que eles não têm partes móveis e podem ser totalmente silenciosos. Você aplica eletricidade nos terminais do dispositivo, e um “lado” do gadget fica frio (o “dentro”, no caso de uma geladeira RV), enquanto simultaneamente o outro lado (ou fora) fica quente. Obviamente, se a temperatura do seu ambiente circundante estiver algures entre esses dois extremos de temperatura, o calor irá necessariamente fluir do lado quente para o ambiente, e o calor irá fluir para o lado frio do dispositivo a partir do ambiente (ou o que quer que esteja a tocar, por exemplo, a sua cerveja). Se estás a prestar atenção, vais concluir duas coisas.: 1) Esta pode ser uma maneira realmente inteligente de resfriar eletrônicos sem ter que usar ventiladores ou refrigerantes líquidos; e 2) se isso não está violando a Segunda Lei, há algum item crítico que ainda não nos preocupou a considerar (e pode nos morder no final).

Aqui está esta coisa: chama-se a eficiência Carnot de um motor de calor. Na aplicação, ele dá-lhe uma avaliação rápida, com base nas temperaturas envolvidas, da quantidade de calor extra que você terá que adicionar a um sistema de refrigeração, a fim de mover parte desse calor de um lugar mais frio para um lugar mais quente. (Na verdade, é o que lhe permite evitar violar a 2ª Lei). Por uma questão de argumento, pode acontecer que para mover 1W para fora de uma junção, você tem que adicionar um adicional 1 W, O que significa que o seu último heatink tem que rejeitar 2 W para o meio ambiente em vez do original 1 W. De onde vem a energia extra? Através daqueles terminais eléctricos bonitos e silenciosos. Volts aplicados vezes que amperes fornecidos é igual a energia extra que não estava lá antes.aí está o problema! Claro, você pode criar um cooler Peltier miniatura e baixar a temperatura de junção (Tj, o “interior” de um componente eletrônico) para algo mais fresco do que o ambiente circundante, ou mesmo – não vamos ser gananciosos – apenas torná-lo mais baixo do que era sem o cooler! O problema é que, quando você ligar o refrigerador, você estará adicionando energia ao sistema geral para obter esse Tj mais baixo. Do ponto de vista de um analista térmico de macro-escala, esta é geralmente a coisa errada a fazer, porque mais frequentemente do que não, você já estava tendo problemas para tirar todo o calor de seu sistema em primeiro lugar. (De fato, esse problema é porque seu Tj era mais quente do que você queria começar com.) Por exemplo, sua resistência de placa PC pode ter que ser 2x menor do que era antes (maior afastador de calor, maior Ventoinha, etc.), para rejeitar o calor adicionado pelo refrigerador, a fim de obter o Tj inferior. Mas se você pudesse fazer isso, então você deveria ter feito isso – em outras palavras, sem adicionar o refrigerador – e você teria baixado seu Tj um monte de qualquer maneira!

Agora eu posso pensar em algumas situações em que um TEC pode ser uma excelente escolha, mas você precisa estar muito seguro de seus cálculos. A primeira é, quando você tem uma concentração muito pequena, localizada, de calor e você pode dar ao luxo de descer a temperatura desse ponto à custa de aquecer tudo o resto em torno dele apenas um pouco. O segundo é, quando você realmente precisa controlar a temperatura de um dispositivo específico dentro de um sistema eletrônico, por exemplo, um sensor de imagem (onde a chamada “corrente escura” é um problema grave e sobe rapidamente com a temperatura). Neste último caso, você tem que ter alguma margem no “orçamento térmico” do seu sistema, porque de uma perspectiva de sistema você vai ter que se livrar de algum calor extra.

meu conselho é pensar muito cuidadosamente sobre se um TEC é realmente a coisa certa para o seu problema de resfriamento eletrônico. E usá-lo para refrescar a sua cerveja pode não ser a melhor escolha, também, se você vai estar tentando pensar cuidadosamente sobre o resfriamento de seus eletrônicos! Tu é que decides!