Ar condicionado 12V feito em casa

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  • #46013
    GustavoN
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    Buenas pessoal, Depois das conversas sobre ar condicionado 12V no outro tópico eu resolvi montar um pequeno ar condicionado feito em casa ontem a noite, só pra estudar um pouco melhor o conceito e os problemas na prática. O resultado é um ar condicionado 12V que consome em torno de 100W, ~85W em duas placas peltier, e mais uns ~25W para os ventiladores. Claro, esse baixo consumo comparado a um ar condicionado tradicional também se traduz em uma capacidade de refrigeração bem menor, mas é provável que esse modelo consiga afetar o ambiente de forma perceptível enquanto mantendo um consumo mais aceitável para um trailer. Aqui vai uma descrição do experimento. Princípio de funcionamento Placas peltier são dispositivos semicondutores que tem um modo de funcionamento muito simples: quando corrente é aplicada através dela para um lado, uma das superfícies aquece e a outra resfria. Se a corrente é aplicada para o lado oposto, as superfícies que aquecem e resfriam se invertem. A diferença de temperatura é suficiente para congelar água que esteja em contato com a superfície fria, e suficiente para se auto-destruir no lado quente, portanto é necessário dissipar o calor eficientemente e controlar o nível de aquecimento. Com as duas superfícies de temperaturas opostas tão próximas uma da outra, o principal desafio ao utilizar essas placas é afastar o calor e o frio das superfícies vizinhas de forma eficiente sem que nesse processo uma anule a outra. Fazer esse processo corretamente é a chave entre o sistema funcionar ou não. Nesse projeto as placas são utilizadas para resfriamento, então é utilizada uma caixa de isopor para armazenar e direcionar o ar gerado pela superfície fria enquanto o grande calor gerado pela superfície quente é dissipado e afastado da caixa sem direcionamento específico. Isso permite o direcionamento do ar frio para o interior do veículo através de tubulação termicamente isolada enquanto o sistema com um todo fica localizado na parte externa para dissipação do calor. Material utilizado no experimento

    • Duas placas peltier de 6A
    • Um dissipador de calor grande
    • Um dissipador com ventilador (eficiente!)
    • Um ventilador pequeno (potente!)
    • Pasta termal
    • Uma caixa pequena de isopor
    • Uma fonte de 12V com capacidade adequada

    ATENÇÃO Como se trata de um forum público é importante alertar sobre algumas questões. Esses componentes não são LEGOs.. eles não foram feitos para serem seguros, mas sim para fazer parte de um sistema que leva segurança em consideração. Ao fazer um experimento simples como esse, sem qualquer isolamento físico, sensor de temperatura, controle de corrente, fusível, etc, existe um grande risco de que coisas dêem errado, potencialmente muito errado, o que pode levar a incêndios, explosões, e grandes queimaduras. Por exemplo, no meu sistema as placas peltier se limitaram a 3.5A naturalmente nos 12V, o que com o sistema de refrigeração que usei manteve a temperatura sob controle. É possível que placas similares cheguem mais próximas dos 6A com menos tensão, o que iria aumentar muito a temperatura do conjunto. Outro fator a ser cuidado é a própria refrigeração. Cada ventilador e dissipador de calor tem uma capacidade diferente de refrigeração. Eu só fiquei sabendo que o meu conjunto funcionaria corretamente porque monitorei de perto a tensão, a corrente, e todas as temperaturas. Também é muito importante cuidar a própria fiação utilizada para conectar os diversos componentes. 10A é suficiente para queimar pequenos fios, o que também pode ocasionar um incêndio. Não usem o dedo para saber se está quente! Componentes eletrônicos podem esquentar o suficiente para fazer queimaduras sérias antes mesmo que o cérebro consiga avisar o dedo para sair dalí. Finalmente, se alguém for reproduzir o experimento, não o deixem ligado sozinho. Ele pode parecer funcionar, mas é fácil alguma coisa dar errada depois de algum tempo. Montagem do experimento 1. O dissipador de calor foi colocado dentro da caixa de isopor: [attachment=6249] 2. A tampa da caixa foi recortada e adaptada para que o segundo dissipador com o ventilador fossem encaixados: [attachment=6252][attachment=6253] 3. As laterais da caixa foram recortadas em lados opostos para encaixar o ventilador pequeno e fazer a saída de ar frio: [attachment=6259] 4. O conjunto final foi montado aplicando-se pasta termal de ambos os lados das duas placas peltier e colocando-as entre os dissipadores: [attachment=6262] Resultado Uma foto termal do experimento funcionando: [attachment=6260] E aqui, baixando em alguns graus a temperatura da minha mão: [attachment=6261] Embora promissores os testes empíricos, por enquanto o equipamento não passa de um brinquedo. Na noite seguinte fiz alguns testes um pouco mais científicos conectando o equipamento a uma caixa de isopor: [img]http://portal.macamp.com.br/forum/attachment.php?thumbnail=6343[/img] O melhor que eu consegui medir foi um resfriamento de 1°C em 8 segundos, o que parece muito, mas não é. A caixa tem um tamanho de 245 x 355 x 134mm, o que dá um volume de 0,011654m³. A 1atm e 20°C o ar tem uma densidade em torno de 1,205kg/m³ e um calor específico de 1005J/(kg K). Como a caixa tem em torno de 0,012m³ de ar ela tem uma massa de 1,205 x 0,012 = 0.01446kg ou 14.46g de ar, e o calor específico diz que para resfriar 1kg de ar em 1°C são necessários 1005J. Se o dispositivo resfriou 14.46g de ar em 1°C, então a energia utilizada foi 1005 x 0,01446 = 14,5323J em 8 segundos, ou 14,5323 x 60 / 8 = 109J/min. 1 BTU é em torno de 1055J, e a convenção utilizada pelos ar condicionados é na verdade o BTU/h. Então o dispositivo tem uma capacidade vagamente em torno de 109J x 60 / 1055J = ~6.2BTU/h, o que é muito próximo de nada. Valeu a brincadeira, mas tem que melhorar umas duas ordens de magnitude pra ser útil.

    #61607
    leandrovaranda
    Participante

    O Odair uma vez escreveu sobre umas placas de controle que serviriam para esse controle que você deseja. Eram Arduíno ou algo assim. Com esse teste que fez chegou a afetar a temperatura da sala?[hr] https://www.youtube.com/watch?v=j_PY3i4o7BA Isso me deu umas idéias, o seu sistema pode funcionar muito melhor PELTIER-DIY-FOR-KEEP-TANK-WATER-COLD-TEMPERATURE-CONTROL-FITTINGS.jpg PELTIER-DIY-FOR-KEEP-TANK-WATER-COLD-TEMPERATURE-CONTROL-FITTINGS.jpg http://pt.aliexpress.com/item/PELTIER-DIY-FOR-KEEP-TANK-WATER-COLD-TEMPERATURE-CONTROL-FITTINGS/1676110785.html?isOrig=true#extend Ligando dessa forma o lado quente em um pequeno “radiador” ( http://pt.aliexpress.com/item/Free-Shipping-240mm-Aluminum-Computer-Radiator-Water-Cooling-Cooler-for-CPU-LED-Heatsink-New/32399135566.html?isOrig=true#extend ) embaixo do trailer ou outro local onde se tem sombra garantida, teria uma maior eficiência geral, quanto mais água mais calor pode ser perdido. Free-Shipping-240mm-Aluminum-Computer-Radiator-Water-Cooling-Cooler-for-CPU-LED-Heatsink-New.jpg Aumentaria uns 0.5A de uma bomba ( http://pt.aliexpress.com/item/Free-shipping-water-pump-12V-0-5A-for-Computer-water-cooling-Sloar-system-art-spring-Equipment/2054640306.html )para a água circular, mas ganharia a vantagem de poder montar o resfriamento do sistema mais longe da parte fria do sistema. Para medir a temperatura da água: http://pt.aliexpress.com/store/product/LCD-Digital-Display-Screen-Temperature-Detector-For-Water-Cooling-3-Way-Flow-Meter/1357631_32380882967.html?isOrig=true#extend LCD-Digital-Display-Screen-Temperature-Detector-For-Water-Cooling-3-Way-Flow-Meter.jpg Dá para ligar um ou 2 coolers no “radiador” para garantir o vento.

    #61619
    GustavoN
    Bloqueado

    Buenas Leandro, Não medi a mudança de temperatura ambiente, mas com certeza ela subiu relativo ao que estava antes, pois o dispositivo estava inteiro dentro da sala. Como usual, para o sistema funcionar para resfriamento é necessário existir troca de calor com um ambiente externo (por exemplo, a geladeira na verdade esquenta a cozinha). Quanto ao sistema de controle, estou acostumado a brincar com eletrônica e microcontroladores. Vários eletrodomésticos da casa (aquecedor, cafeteira, brinquedos, luzes, etc) são modificados de formas diversas. Para um controle mais bobo de temperatura dá pra fazer só com componentes simples analógicos. Para algo mais elaborado provavelmente usaria um microcontrolador attiny85 ou atmega328p, que custam 1 ou 2 dólares cada. Grande abraço, Gustavo

    #61626
    leandrovaranda
    Participante

    Passei batido nesse detalhe quando fiz a pergunta (pior que eu já sabia disso). Pelas fotos térmicas parece que o ar que saia de dentro da caixa estava mais frio que a temperatura externa e pareceu que a parte quente subiu muito a temperatura de uma foto para a outra. Eu modifiquei minha resposta acima para um mini projeto de como melhorar essa questão da influência da parte quente na parte fria. Até mesmo para os testes creio que vai ser útil poder levar a parte quente para fora da sala. Boa sorte e boas idéias.

    #61627
    GustavoN
    Bloqueado

    Nesse projeto o equipamento inteiro fica fora do trailer, Leandro. Só o ar refrigerado é enviado para dentro. Quanto aos testes, seria muito pouco interessante ligar esse sistema em uma sala grande e repleta de massa termal. O teste mais relevante que eu preciso fazer para levar o projeto em frente é ligar a saída do equipamento em uma caixa térmica com temperatura e tempo monitorados. Com isso fica fácil fazer uma estimativa mais precisa de eficiência, até mesmo em BTUs. Mas antes disso valer a pena os problemas óbvios precisam ser arrumados. Quanto aos dissipadores, sim, muitos modelos disponíveis graças a indústria da refrigeração de CPUs. Mas eu gostaria muito de evitar resfriamento a água, se eu conseguir, para simplificar o sistema e mantê-lo portátil. Abraço e boa noite, Gustavo

    #61628
    Edintruder
    Participante

    Um amigo meu fez um sistema assim para refrigeração do PC dele. Em escala pequena de demanda ela dá conta, mas numa demanda maior ela é ineficiente. Mas na medida que a tecnologia avança, em breve teremos algo mais eficiente. Creio que hoje o uso de fluidos seja o mais eficiente em termos de energia elétrica x energia térmica. Podemos perceber que um AC aquecendo o ambiente consome muito menos que uma estufa, por exemplo e é muito mais eficiente. O problema é justamente o esforço de comprimir esses fluídos que demandam uma potência e consumo elétrico custa muito caro para dispôr num trailer. Porém, se usar o sistema peltier junto com um sistema de interclima que umidifica o ar, mas com água gelada, a eficiência sobe bastante. O problema é retirar essa umidade do interior do ambiente. Aqui no RS, aonde a umidade é sempre elevada, é um problema constante para problemas respiratórios sem dizer que cria muito mofo e bolor.

    #61638
    GustavoN
    Bloqueado

    Buenas Ed, A questão da eficiência é um pouco relativa nesse caso. Eu toparia usar um sistema menos eficiente energeticamente desde que ele tivesse um impacto perceptível no ambiente e ficasse abaixo de um determinado nível de consumo. Nesses termos a margem de trabalhao ainda é grande pois o sistema está a menos de 1/7 do que consome um pequeno ar condicionado de janela e já é capaz de produzir diferenças de temperatura claramente observáveis. Mesmo desconsiderando os vários ajustes que devem ser feitos antes de testes mais científicos de capacidade, esse sistema poderia ser multiplicado por três para triplicar a capacidade de refrigeração, e ainda assim o consumo ficaria em torno de 25A. O maior desafio nesse caso é manter a motivação para levar o projeto até o fim, quando existe uma alternativa que apesar de consumir 60A funciona muito bem. Vamos ver até onde vai. Quando vieres aqui te apresento o que tiver. Grande abraço, Gustavo

    #61639
    Capt.A330
    Participante

    A eficiência dos sistemas de refrigeração vem evoluindo, não tanto quanto gostaríamos, mas avança, e na medida que forem baixando de preço, vão ter, logicamente, mais mercado, como no caso do ar cond. inverter, que já representa um bom avanço ante os antigos. Futuramente, penso em instalar um ar cond. inverter no Guanaquito…isso se o Gustavo não inventar primeiro algo melhor em 12 volts, do tipo dum “inverter 12v”; tenho fé que consegue… Abraços Gustavo! Dardo.

    #61672
    GustavoN
    Bloqueado

    Buenas Dardo, Só se eu achar alguma luz no fim do túnel.. por enquanto não consegui nada promissor, nem em termos de compressor e nem mesmo com as placas peltier. Hoje a noite ao invés de fazer os ajustes resolvi fazer um teste um pouco mais científico para ver do que se trata. Conectei o dispositivo a uma caixa de isopor conforme a imagem: [attachment=6343] O melhor que eu consegui medir foi um resfriamento de 1°C em 8 segundos, o que parece muito, mas não é. A caixa tem um tamanho de 245 x 355 x 134mm, o que dá um volume de 0,011654m³. A 1atm e 20°C o ar tem uma densidade em torno de 1,205kg/m³ e um calor específico de 1005J/(kg K). Como a caixa tem em torno de 0,012m³ de ar ela tem uma massa de 1,205 x 0,012 = 0.01446kg ou 14.46g de ar, e o calor específico diz que para resfriar 1kg de ar em 1°C são necessários 1005J. Se o dispositivo resfriou 14.46g de ar em 1°C, então a energia utilizada foi 1005 x 0,01446 = 14,5323J em 8 segundos, ou 14,5323 x 60 / 8 = 109J/min. 1 BTU é em torno de 1055J, e a convenção utilizada pelos ar condicionados é na verdade o BTU/h. Então o dispositivo tem uma capacidade vagamente em torno de 109J x 60 / 1055J = ~6.2BTU/h, o que é muito próximo de nada. Valeu a brincadeira, mas tem que melhorar umas duas ordens de magnitude pra ser útil.

    #61676
    Edintruder
    Participante

    Gustavo, na prática cada pastilha peltier tem meio BTU?

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