Análise de um condicionador de ar automotivo utilizando o efeito termoelétrico

Abstract

Resumo: Este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo de viabilidade técnica da utilização de módulos termoelétricos para condicionamento de ar automotivo, com ênfase ao sistema de resfriamento. O sistema termoelétrico de refrigeração baseia-se no efeito descoberto por Jean Charles Athanase Peltier em 1834, onde uma corrente elétrica flui na junção de dois materiais semicondutores de propriedades diferentes fazendo com que haja um gradiente de temperatura na junção dos materiais. Os módulos termoelétricos são fabricados por materiais semicondutores selados entre duas placas e, conforme o sentido que a corrente flui, uma superfície da placa torna-se aquecida e a outra resfriada. A refrigeração proveniente dos fenômenos termoelétricos surgiu como uma alternativa aos meios convencionais de refrigeração, pois não gera impactos ambientais, não produz barulho, não possui partes móveis, podendo ser montado em variadas posições de acordo com a necessidade, além de ocupar um volume pequeno em comparação com os outros sistemas. Os efeitos termoelétricos e suas aplicações são apresentados neste estudo, assim como o modelo matemático do sistema de refrigeração, que permite determinar o desempenho do sistema. Dissipadores de calor comercialmente disponíveis são analisados para determinação da melhor troca térmica para o sistema e protótipos são montados para a obtenção de resultados experimentais de um refrigerador, a fim de verificar sua viabilidade e funcionalidade.

Abstract: This paper aims to present a technical feasibility study of the use of thermoelectric modules for automotive air conditioning, with emphasis on the cooling system. The thermoelectric cooling system is based on the effect discovered by Jean Charles Athanase Peltier in 1834, where an electric current flows at the junction of two semiconductor materials of different properties so that there is a temperature gradient at the junction of the materials. The thermoelectric modules are manufactured by semiconductor material sealed between two sheets and, as the current flows, a plate surface becomes heated and the other cooled. Thermoelectric cooling from phenomena like Peltier effect has emerged as an alternative to conventional cooling systems, it does not generate environmental impact, do not produce noise, has no moving parts, the system can be mounted in various positions according to the need, and occupies a small volume in comparison with other systems. Thermoelectric effects and their applications are presented in this study, as well as the mathematical modeling of the cooling system, which determines system performance. Heat sinks commercially available are analyzed for determining the best heat transfer to the system and prototypes are assembled to obtain the experimental results for a refrigerator in order to verify its feasibility and functionality.