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Ciclo de Palestras Sobre Controle Térmico de Satélites
RefrigeradoresRefrigeradoresTermo-elTermo-eléétricos (TEC)tricos (TEC)
Dr. Valeri VlassovDivisão de Mecânica Espacial e Controle - DMC
Ciclo de Palestras Sobre Controle Térmico de Satélites
INPE-2003
Ciclo de Palestras Sobre Controle Térmico de Satélites – Thermoeletric Coolers - Dr. Valeri Vlassov - 01/09/2003
O que é o TEC?
• TEC – “ThermoElectroc Cooler
• Uma bomba de calor sem partes móveis – uso doefeito Peltier para bombear calor.
• Efeito Peltier – Quando corrente elétrica passaatravés do contato de dois diferentes condutores,uma diferença de temperatura se forma entre eles.
Ciclo de Palestras Sobre Controle Térmico de Satélites – Thermoeletric Coolers - Dr. Valeri Vlassov - 01/09/2003
Cronologia do invento
• 1834 – Jean Charles Athanase Peltier (França)descobriu o efeito de mudança de temperatura aopassar corrente através de 2 materiais diferentes.Fez conclusão errada: que a corrente fraca nãoobedece o lei de Ohm.
• 1838 – Emil Lenz explicou o fenômeno edemonstrou o efeito inverso.
• 1909 – Altenkitch desenvolveu a teoria básica
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Tipos de TEC
Two Section TEC
Square with hole TEC
Round with hole TEC
Oblong TEC
Multistage TEC
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Micro TEC
Two-section TEC
Standard TEC
Center Hole TEC
Multi-stage TEC
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Micro TEC
Two-section TEC
Standard TEC
Center Hole TEC
Multi-stage TEC
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Vantagens
• Não tem partes móveis
• Vida útil de mais de 100,000 horas deoperação (>11 anos).
• Não tem líquido.
• Permite controle com alta precisão ( de +-0.05 oC)
• Reversível (aquecimento-resfriamento)
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Desvantagens
• Baixa efetividade (COP~ <1) – Uso do TEC érazoável só para fluxos de calor baixos.
• Baixa eficiência em temperaturas baixas
• ∆T ótimo ~ 80..120 oC
• Umidade pode causar corrosão eletrolítica e entãodegradação e danificação do TEC.
• Solda nas junções impõe restrições na temperatura(~<120 oC)
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Um elemento de TEC
De web.me.unr.edu (*.ppt, Venkat Narla)
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Conexão elétrica dos elementos
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A vista do interior
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Materiais
Tipo n: Bismuth Telluride Selenium (BiTeSe) compoundTipo p: Bismuth Telluride Antimony (BiTeSb) compound
Conductor - Copper
Ceramic plate (Al2O3)
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Distribuição de temperatura
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COP – “Coefficient Of Performance”
TKRIITsQ cc ∆⋅−−⋅⋅= 25.0
IVPi ⋅=
i
cP
QPOC =..
Peltier effect Flows back to cold junction Conduction heat due to temp. diff.between junctions
s – coeficiente de Seebeck
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Parâmetros principais de TEC
∆Tmax – diferença de temperatura máxima quando Q=0
Qmax – fluxo de calor máximo quando ∆T=0
Imax – corrente elétrico quando ∆T= ∆Tmax
Vmax – voltagem quando I= Imax e Q=0
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Curvas de Performance
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Curvas de PerformanceTemperature Difference vs. Current
0
20
40
60
80
100
0 0.2 0.7 1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 3.7 4.2
Current (Amp)
Tem
pera
ture
Diff
eren
ce
(K)
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Características do TEC devários estágios
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Figura de mérito
KZ
⋅=
ρα 2
tyConductivi Thermal K
yResistivit Electrical
tcoefficienSeebeck where
==
=ρ
α
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Temperature Difference vs. Figure of Merit
55
60
65
70
75
80
85
2.30E-03 3.20E-03
Figure of merit Z (1/K)
Tem
per
atu
re D
iffe
ren
ce
(K) At 303 K
At 293 K
cTZT ⋅=∆2
1max
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Z-meter
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Linhas de aplicação
• Resfriamento abaixo de temperaturade ambiente local
• Controle preciso de temperatura deobjeto
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Portable Cool Box
Beverages cooler
Water fountain cooling
Compact Refrigerator
COMMERCIAL
Black body ref.
CCD/LED/Infrared Detector
Night Vision Equipment
MILITARY / AEROSPACE
Dehumidifier
Cold plates
Heat Exchangers
INDUSTRIAL
Dew point hygrometer
Solidification point ref.
Ice point ref
Oil Pour point app
SCIENTIFIC
Blood Analyzers
Tissue Prep
DNA Research
MEDICAL
APLICAÇÕES PARA TEC
De web.me.unr.edu (*.ppt, Venkat Narla)
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Testes típicosThe minimal set of tests-• Mechanical Shock test• Vibration test• Shear force test• High temperature storage test• Temperature cycle endurance test
Failure Criteria-• Drop in TEC maximum cooling capacity below specified
rating• Increase in TEC resistance. (5% or higher)
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Aplicações espaciais
Visible detector cooling
CCD cooling
IR detector cooling
x-ray detector cooling
radiation shield cooling
black-body reference
UV detector cooling
laser interferometers
control element in VCHP e LHP
thermal cyclers
blood sample freezing
food refrigeration
O TEC está sendo usado no Hubble SpaceTelescope, Space Shuttle, ISS e vários satélites dedefesa, meteorologia, ciência e tecnologia
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Aplicações no INPE: VCHP
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Aplicações no INPE: ExperimentoSensor de Estrelas
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Fornecedores nos USA
www.kryotherm.ruKryotherm Engineering
www.thermoelectric.comThermoelectric Cooling America
www.tellurex.comTellurex
www.tetech.comTE Technology
www.hitech.comHitech Technologies
www.melcor.comMelcor
www.marlow.comMarlow Industries
www.ferrotec-america.comFerrotec America
Web-siteCompany
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Mais fornecedores
Fandis Italy http://www.fandis-tm.com Huayu China http://www.huayutec.com Hui Mao Cooling China http://www.huimao.com Komatsu Electronics Japan http://www.komatsu-electronics.com Kryotherm Russia http://www.kryotherm.spb.ru Osterm Russia http://www.zts.com/osterm Qinhuangdao Fulianjing China http://www.fulianjing.com RMT Ltd Russia http://www.rmtltd.ru SCTB NORD Russia http://www.sctbnord.com SIREC sri Italy http://www.sirec-it.com Supercool AB Sweden http://www.supercool.com Taihuaxing Trading China Thermion Ukraine http://www.zts.com/thermion
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Custo de TECs comerciais
$ 151.70$ 34.50Multi-stage4
$ 39.50$ 15.50Micro3
$ 25.10$ 18.70Center Hole2
$ 52.60$ 14.30Standard1
MaximumMinimum
Cost (in US Dollars)TypeN
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