Universidade Luterana do Brasil Centro Tecnolgico da ULBRA

Douglas Pacheco dos Santos Thomaz de Souza Rocha

O USO DE PASTILHAS TERMOELTRICAS NA RECUPERAO DE ENERGIAS RESIDUAIS

Professor Orientador: Gilmar Sales

Escola ULBRA So Lucas Rua 25 de julho, 550 Bairro: Vargas CEP 93.218-200 Sapucaia do Sul, 2011 .

Dedicamos este trabalho aos nossos pais e nossos mestres que acreditam na capacidade inovadora e visionria do grupo.

Agradecemos

ao

Professor

Orientador Gilmar Sales, pelo apoio e orientao tcnica proposta na construo do projeto, aos nossos pais pelo apoio financeiro prottipo. e moral na elaborao do

Resumo

Nos dias de hoje, toda a pesquisa e dedicao em encontrar formas mais racionais e sustentveis no consumo de energia so vlidas, pois sero o legado que deixaremos para as prximas geraes. Seguindo uma linha de microeconomias de energia, onde o

aproveitamento de parte de uma energia desperdiada pode ser recuperado e usado no prprio local gerador deste desperdcio, apresentamos nossa contribuio para a gerao termoeltrica a partir de uma energia residual, que tanto pode ser em um simples banho domstico como o uso acoplado a uma surdina de um automvel, aproveitando neste mesmo veculo a energia acumulada. As pesquisas mundiais sobre geradores termoeltricos ainda so muito incipientes, mas acreditamos no potencial e no futuro desenvolvimento das tecnologias, a ponto de que no futuro deixemos de ser considerados consumidores inconsequentes de energia.

Sumrio1. Introduo ................................................................................................................. 7 2. Objetivos ................................................................................................................... 8 3. Justificativa ............................................................................................................... 9 4. Referencial Terico ................................................................................................ 104.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 Pastilha Termoeltrica ............................................................................................... 10 Materiais Termoeltricos ........................................................................................... 16 Descries e Especificaes de Pastilhas ................................................................... 18 Desempenho do Mdulo ............................................................................................. 20 Controle de Temperatura .......................................................................................... 22 Efeito Peltier................................................................................................................ 25 Efeito Seebeck ............................................................................................................. 26 Pesquisas de Otimizao ............................................................................................ 27 Utilizao automotiva............................................................................................ 28 Utilizao em processos industriais ...................................................................... 30 Utilizaes avanadas............................................................................................ 31 Utilizao em Iluminao ...................................................................................... 33

4.8.1 4.8.2 4.8.3 4.8.4 4.9 5.1 5.2 5.3 5.4 6 7 8

Tipos de Lmpadas..................................................................................................... 34 Instrumentao Utilizada........................................................................................... 38 Montagem do Prottipo ............................................................................................. 39 Controlador de Carga ................................................................................................ 41 Custos Aproximados................................................................................................... 43 Resultados ................................................................................................................... 43 Concluses ................................................................................................................... 44 Referncias Bibliogrficas ......................................................................................... 45

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ndice de FigurasFigura 1- Pastilha Termoeltrica ..............................................................................10 Figura 2 - Pastilha Termoeltrica Comercial ............................................................11 Figura 3 Separao entre termoelementos ............................................................14 Figura 4 Relao de Qw com dT .............................................................................15 Figura 5 - Esboo de um sistema termoeltrico ........................................................16 Figura 6 Estrutura Cristalina Simplificada...........................................................17 Figura 7 - Grfico Comparativo dos Materiais Termoeltricos ................................18 Figura 8 Diferentes Modelos de Pastilhas .............................................................19 Figura 9 Esboo Construtivo do Mdulo ................................................................20 Figura 10 Balano de Energia ................................................................................21 Figura 11 - Curvas de COP versus dT, Analisadas de acordo com variaes de Z...21 Figura 12 - Comparao Eficincia de Carnot Termoeltrico com o do Ciclo de Compresso a Vapor ..........................................................................................22 Figura 13 - Comparao da Variao de Temperatura Entre um Refrigerador Compressor e um MTE ......................................................................................22 Figura 14 - Distribuio de Temperatura Dentro de um MTE .................................23 Figura 15 - Circuito Eletrnico de Controle de Temperatura...................................24 Figura 16 Conjunto de Termopares Ligados Eletricamente ..................................25 Figura 17 Efeito Seebeck ........................................................................................26 Figura 18 Aplicao do Efeito Seebeck ...................................................................27 Figura 19 - Fluxo de eltrons nos termoelementos ...................................................27 Figura 20 Experincias de Vans equipadas com pastilhas ....................................28 Figura 21 - Diagrama da localizao dos trocadores de calor ...................................28 Figura 22 Prottipos da californiana BSST ..............................................................29 Figura 23- recuperador de calor residual da BSST ...................................................30 Figura 24- Pesquisa de sistema de alta eficincia ar-ar (BSST) ..............................30 Figura 25 - dispositivos para recuperao industrial de calor..................................31 Figura 26- Gerador termoeltrico lquido -lquido ....................................................31 Figura 27 - Funcionamento do "efeito Seebeck". .......................................................32 Figura 28 - prottipo do green TEG ..........................................................................33 Figura 29 Lmpada Fluorescente Tubular ............................................................35 Figura 30 Lmpadas Fluorescentes Compactas ....................................................36 Figura 31- Lmpadas de LEDs..................................................................................36 Figura 32 Lmpadas Halogneas ...........................................................................37 Figura 33 Lmpada Incandecente ..........................................................................37 Figura 34 Multmetro - Ampermetro Digital Minipa ET - 1110 ..........................38 Figura 35 Termmetro Digital Tipo Vareta Minipa ..............................................39 Figura 36 - Aquecedor eltrico simulando chuveiro..................................................39 Figura 37 - montagem do prottipo em bancada ......................................................40 Figura 38 Circuito do Controlador de Carga..........................................................41

1. IntroduoEste trabalho foi feito com intuito de desenvolver tcnicas de gerao termoeltrica atravs da recuperao de energias residuais de processos industriais ou domsticos. Entendemos por energias residuais aquelas que so desperdiadas no nosso dia-a-dia, e que no se traduzem em trabalho til. A inteno foi a criao de um dispositivo que possa analisar a quantidade de energia que se pode recuperar atravs do uso incomum de pastilhas termoeltricas. Incomum pois a quase totalidade dos projetos que fazem uso desta novssima tecnologia de pastilhas (que tambm so chamadas de Pastilhas de Peltier), aplica uma diferena de potencial eltrico nos seus terminais afim de gerar duas superfcies termicamente bem diferenciadas ( uma superfcie fria de um lado da cermica e outra superfcie quente no outro), gerando com isto um fluxo de calor que se comporta como um compressor sem peas mveis. No nosso presente projeto idealizamos o inverso: atravs de uma superfcie quente, que recebeu energia de um processo domstico ou industrial, e que desperdiaria esta energia para o ambiente, queremos gerar uma diferena de potencial e um fluxo de energia eltrica que possa ser armazenada para um uso til. O prottipo tentar provar que a gua quente gerada num banho de chuveiro (eltrico ou gs), poder ser utilizada para converter diretamente o calor em energia eltrica que, aps armazenamento, poder ser utilizado para acender uma lmpada de tecnologia LED para a iluminao do prprio ambiente onde se encontra o chuveiro. A converso de energia trmica em energia eltrica (que alimentar a lmpada LED) se dar pela aplicao de conceitos como o princpio fsico chamado Efeito de Seebeck que utiliza a diferena de temperatura para produzir eletricidade. Queremos demonstrar que as pesquisas neste sentido podero nos levar a formas inovadoras de economia de energia e at de novos conceitos de iluminao para banheiros, j que parte de premissas de sustentabilidade de construes residenciais ecosustentveis.

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2. ObjetivosO projeto denominado O Uso De Pastilhas Termoeltricas Na Recuperao De Energias Residuais tem como objetivo mostrar que podemos recuperar o calor perdido em duas das formas usuais de aquecimento de banhos de conforto na gua de ps-banho pelo esgoto pluvial, ou na chamin de aquecedores gs

para gerar energia eltrica, aplicando alguns conceitos de gerao de energia eltrica a partir do Efeito Seebeck, que uma derivao do Efeito Peltier. Neste a energia trmica gerada pelo chuveiro ser transformada diretamente em energia eltrica atravs de pastilhas termoeltricas chamadas de Pastilhas de Peltier. A diferena de potencial gerada por junes PNP do interior destas placas cermicas faz circular uma corrente eltrica que, se devidamente armazenada em pequenas baterias, poder servir para alimentar a iluminao do ambiente onde est localizado este chuveiro. Em todas as pesquisas realizadas pela internet no foram encontrados projetos semelhantes, o que pode conferir uma caracterstica de ineditismo ao nosso trabalho.

3. JustificativaA escolha desse tema para o projeto se deu principalmente pela leitura do conjunto de dicas encontradas em um e-mail recebido ocasionalmente, falando sobre a gerao de energia eltrica. Este artigo trazia como fonte o site Feira de Cincias, para onde navegamos e retiramos todo o conceito bsico de funcionamento de uma Clula Peltier. Se adotarmos por base o principio fsico conhecido como Efeito Seebeck que diz que quando as extremidades de um fio, eletricamente isolado, so colocadas em diferentes temperaturas h o aparecimento de uma tenso eltrica entre estas pontas e se fizermos com que a diferena de temperatura possa vir de um fluido que contenha energia que seria lanada ao meio ambiente como desperdcio, poderemos desenvolver um projeto que condicione e armazene esta energia e a utilize para propostas mais nobres. Com base nesse princpio parece-nos vivel e economicamente possvel gerar energia eltrica atravs da diferena de temperatura aplicada em uma ou em uma srie de clulas Peltier.

4. Referencial TericoTodo o referencial terico deste projeto est sendo baseado em pesquisas realizadas pela rede mundial de computadores (internet) e em bibliografias especficas tambm encontradas na rede. Foi divido nos seguintes tpicos, distribudos para prospeco de cada um dos componentes do grupo. A base de toda a pesquisa terica envolve a clula termoeltrica descrita abaixo:

Figura 1- Pastilha Termoeltrica S que ao invs de aplicar corrente eltrica nos condutores para ter duas superfcies (uma quente e uma fria) na pastilha, ns iremos inverter o conceito e aplicar duas fontes (a gua fria e a gua quente) de um banho, para ver se conseguimos extrair uma tenso eltrica nas pontas dos condutores, e uma posterior circulao de corrente eltrica num circuito armazenador armazenador de energia (baterias).

4.1 Pastilha TermoeltricaOs aparelhos termoeltricos (mdulos termoeltricos) podem converter energia eltrica em um gradiente de temperatura. Este fenmeno foi descoberto por Peltier em 1834. A aplicao desse fenmeno permaneceu mnima at o desenvolvimento dos materiais semicondutores nos anos 50.

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Com o advento dos materiais semicondutores veio a capacidade de uma grande variedade de aplicaes praticas de refrigerao termoeltrica.

Figura 2 - Pastilha Termoeltrica Comercial Dispositivos termoeltricos podem tambm converter a energia trmica de um gradiente de temperatura em energia eltrica; este fenmeno foi descoberto em 1821 e foi chamado Efeito Seebeck. Como mencionado anteriormente, quando um diferencial de temperatura estabelecido entre as extremidades quentes e frias do material semicondutor, uma tenso gerada; isto , a tenso de Seebeck. Realmente, o efeito de Seebeck um efeito inverso do efeito de Peltier. Baseado neste efeito de Seebeck, os dispositivos termoeltricos podem agir tambm como geradores de energia eltrica. Se o calor fornecido na juno fizer com que uma corrente eltrica flua no circuito uma potncia eltrica gerada. Na pratica, necessrio um grande nmero de termopares conectados eletricamente em srie para formar um mdulo. Geralmente mais de um par de semicondutores so montados juntos para dar forma a um dispositivo termoeltrico (mdulo). Dentro do mdulo, cada um dos semicondutores so chamados termoelementos e um par dos termoelementos chamado um termopar. Para descrever o funcionamento dos mdulos termoeltricos podemos compar-los com os termopares. Os termopares so dispositivos que geram uma corrente eltrica a partir de duas junes de metais diferentes que se encontram a diferentes temperaturas. Devido a esta caracterstica, eles so utilizados para indicao e controle de temperatura em muitos processos industriais. Tal sinal pode ser

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transformado para anlise comparativa de outra grandeza, como temperatura, ou at deformao. Os mdulos termoeltricos funcionam conforme o efeito Peltier e possuem comportamento inverso aos termopares. Nesses mdulos, como previamente descrito, um fluxo de eltrons forado entre as junes dos metais dissimilares, e, conseqentemente, uma regio aquecida e outra resfriada; ou seja, o calor transferido de um lado do mdulo ao outro, o que descreve o funcionamento do dispositivo como um refrigerador sem partes mveis. J os termopares utilizam-se de metais nas junes e os valores de tenso e corrente captados por eles so bastante baixos. Contudo, isso no de grande importncia pois a finalidade apenas medio. Os dispositivos prticos do efeito Peltier, tambm conhecidos como pastilhas termoeltricas, usam semicondutores para uma maior densidade de corrente e, assim, de potncia. Em geral, eles utilizam materiais

semicondutores, como o telureto de bismuto altamente dopado, para criar semicondutores tipo-p e tipo-n. Esses elementos semicondutores so soldados entre duas placas cermicas, eletricamente em srie e termicamente em paralelo. A direo do fluxo trmico pode ser modificada por uma alterao na corrente contnua gerada pela polaridade aplicada entre os plos do mdulo.

Figura 3 Fluxo Trmico Um dispositivo termoeltrico tpico composto por duas carcaas cermicas, as quais servem como estrutura para preservar a integridade mecnica do mdulo e como isolao eltrica para os termoelementos de

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telureto de bismuto tipo-n e tipo-p (que so conectados eletricamente em srie e termicamente em paralelo entre as placas cermicas). Os dispositivos termoeltricos convencionais tm vrias especificaes para vrias aplicaes. As dimenses variam de 3 mm de lado por 4 mm de espessura, at 60 mm de lado por 5 mm de espessura. A taxa de calor bombeado mxima varia de 1 a 125 W. A mxima diferena da temperatura entre o lado quente e frio pode alcanar os 70 C. Os dispositivos em geral contm de 3 a 127 termopares. Existem alguns dispositivos termopares que so dispostos em srie (cascata) funcionando em vrios estgios com a finalidade de obter diferenciais de temperatura maiores (at 130 C). A temperatura mais baixa alcanada na prtica de aproximadamente 100 C. Como o lado frio do dispositivo contrai enquanto o lado quente expande, os aparatos que possuem rea quadrada de lado superior a 50 mm geralmente sofrem estresse trmico induzido (o que pode gerar um curto-circuito em certos pontos na conexo eltrica), assim eles no so comumente utilizados. As reas maiores do que um nico MTE podem ser resfriadas ou terem a temperatura controlada pelo uso de vrios mdulos. Dois tipos de dispositivos termoeltricos multipares comercialmente disponveis so representados na figura abaixo foi originalmente projetado para aplicaes de refrigerao e possui a separao entre os termoelementos significativa. Neste tipo de dispositivo, o termoelementos semicondutor do tipon e o tipo-p so conectados eletricamente em srie por tiras de metal altamente condutoras e so prensados entre placas, as quais agem como condutoras trmicas e isoladoras eltricas. Na figura abaixo tem sido desenvolvido recentemente para a gerao de energia eltrica, sendo construdo compactadamente com uma separao muito pequena entre os

termoelementos com o objetivo de aumentar a potncia obtida por rea. Entretanto, as tiras condutoras do metal no dispositivo anterior no so isoladas e portanto o mdulo no pode ser conectado diretamente ao condutor eltrico, tal como o dissipador de calor metlico. Existem alguns materiais de uso comum na construo da carcaa dos mdulos termoeltricos, por exemplo: o xido de alumnio (Al2O3), nitrito de alumnio (AlN) ou xido de berlio (BeO). O (Al2O3) mais utilizado devido sua relao custo benefcio e a tcnica de fabricao desenvolvida. Os outros

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dois materiais cermicos so melhores condutores trmicos, de cinco a sete vezes melhor que o (Al2O3), mas so mais caros; alm do mais, o xido de berlio (BeO) venenoso. O cobre usado como material condutor eltrico entre os semicondutores postados em paralelo; estes, como previamente descritos, so do tipo-n composto por Bismuto-Telureto-Selenium (BiTeSe) e do tipop, Bismuto-Telureto-Antimnio (BiTeSb). O sistema conectado por solda. As aplicaes do mdulo para gerao de energia exigem uma compactao maior dos termoelementos do que no caso da gerao ou absoro de calor.

Figura 3 Separao entre termoelementos As soldas fornecem a montagem do MTE, elas incluem ligas de antimnio. O ponto de derretimento de uma solda o fator limitante da temperatura da operao do mdulo. Ele representa a temperatura em que ocorre o superaquecimento a qual pode haver dissociao entre as soldas de cobre e semicondutores, e entre as dos prprios semicondutores em si, causando falha na transferncia eltrica e/ou trmica. Para longo da vida do mdulo, a temperatura da operao deve ser mais baixa do que o ponto de derretimento da solda tanto quanto possvel ou procurar utilizar mdulos que possuam solda resistente temperaturas elevadas. Pastilhas termoeltricas so utilizadas em aplicaes pequenas de resfriamento como chips microprocessadores ou at mdias como geladeiras portteis. As pastilhas podem ser empilhadas para se chegar a temperaturas mais baixas, embora alcanar nveis criognicos requer processos muito complexos. Vale ressaltar que cada pastilha tem seu prprio limite mximo da quantidade de calor que ela pode transferir, Qmax. A corrente eltrica associada ao Qmax conhecida como Imax e a voltagem correspondente

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como Vmax. Para se evitar superaquecimento das placas, o uso de dissipadores de calor e ventiladores obrigatrio tanto do lado quente quanto do lado frio. Para a montagem, recomenda-se o uso de pasta trmica entre a placa e o dissipador para que se aumente a eficincia de troca trmica. Na figura abaixo apresenta-se um grfico de um mdulo termoeltrico

convencional, que correlaciona Qw com dT.

Figura 4 Relao de Qw com dT Os dispositivos termoeltricos no podem ser usados

independentemente, eles devem ser conectados com os trocadores trmicos para dissipar o calor, que constituem o sistema termoeltrico. A teoria bsica e a operao dos sistemas termoeltricos foram desenvolvidas por muitos anos. Os sistemas termoeltricos so geralmente microbombas de calor ou os pequenos geradores de potncia (que seguem as leis da termodinmica da mesma maneira que bombas de calor mecnicas, compressores do vapor associados com os refrigeradores convencionais, ou qualquer outro

instrumento utilizado para transferir energia).

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Figura 5 - Esboo de um sistema termoeltrico

4.2 Materiais TermoeltricosPodem-se classificar os materiais em relao ao seu carter macroscpico de ser permissivo ou no de cargas eltricas e,

conseqentemente, calor. Dado esse parmetro, classificam-se os materiais, em geral, em condutores, semi-condutores e isolantes. No mbito

microscpico, a classificao se refere ao comportamento do eltron da camada de valncia do material sob ao de um campo eltrico gerado dada uma diferena de potencial. Obviamente os materiais isolantes possuem os eltrons de valncia fortemente ligados aos seus tomos, e os eltrons dos materiais condutores se deslocam facilmente do seu tomo. Os materiais semicondutores so slidos cristalinos que a 0 K seus eltrons preenchem todos os estados disponveis da banda de energia mais alta, ou seja, a banda de valncia. Eles apresentam uma caracterstica intermediria aos isolantes e semicondutores. Contudo, eles podem ser tratados qumicamente com a adio de impurezas incorporadas a sua estrutura cristalina (dopagem) que aumentam a sua condutibilidade eltrica gerando semicondutores chamados extrnsecos. A dopagem pode, por exemplo, estabelecer um sentido preferencial para o fluxo eltrico, ou seja, o material pode se tornar condutor em um sentido e isolante no outro. Um esboo simplificado da rede cristalina de um material semicondutor exemplificado de

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acordo com a figura abaixo, assim como os sistema de transporte de calor e cargas eltricas.

Figura 6 Estrutura Cristalina Simplificada Em relao aos semicondutores comerciais, h uma classificao em relao temperatura de trabalho dos mesmos. Tal estipulao deve-se a possvel mudana de carter condutor com o aumento da temperatura. Estipula-se para o uso de at 450 K, a aplicao de ligas cristalinas baseadas em antimnio, selnio e telrio. Para uma faixa de operao superior de at 850 K disponibilizam-se semi-metais com ligaes de telureto, e para altas faixas de operao, acima de 1300 K, utilizam-se de ligas de Silcio-Germnio dopadas com Arsnio. Os novos materiais termoeltricos com grande figura de mrito Z podem ampliar as aplicaes dos dispositivos termoeltricos em vrios campos. No h caminho fcil para obter um grande valor de Z , mas h muitas aproximaes plausveis que ainda podem ser tentadas. Venkatasubramanian e pesquisadores associados (Triangle Institute, EUA) relataram no Journal Nature (2005) um ZT = 2, 4 no semicondutores pelcula fina de Bi2Te3/Sb2Te3.3 do tipo-p. Estes materiais parecem alcanar elevados valores de Z.T devido sua estrutura incomum, uma super compactao formada por camadas alternadas de semicondutores Bi2Te3 e Sb2Te3. O registro anterior para Z.T na temperatura ambiente era em torno de 1, alcanado por uma liga semicondutora baseada em Bi2Te3 e em Sb2Te33. A estrutura compactada parece aumentar o transporte de corrente eltrica enquanto inibe o transporte de calor pelos fnons (vibraes quantizadas do cristal), ambos efeitos

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aumentam Z.T. A Figura 2.13 contm um grfico comparativo da eficincia do Bi2Te3 em relao a outros materiais cermicos. Um grande nmero estudos de dispositivos e materiais termoeltricos se baseiam no (Bi, Sb) e (Te, Se) por causa de seu desempenho excelente na refrigerao e na gerao de energia termoeltrica temperatura ambiente. Os termoelementos so geralmente fabricados por blocos sintetizados desses materiais. H, entretanto, algumas dificuldades determinadas e limitaes em fazer mdulos altamente miniaturizados (como a natureza frgil destes materiais). Alm disso, o nmero de pares p/n possvel de ser acoplado em um espao limitado disponvel torna impossvel obter uma tenso relativamente alta na sada para a gerao de energia.

Figura 7 - Grfico Comparativo dos Materiais Termoeltricos

4.3 Descries e Especificaes de PastilhasOs refrigeradores termoeltricos podem ser feitos de diferentes formas e tamanhos, sendo as formas mais comuns da carcaa a retangular e a quadrada. O tamanho usual de um MTE de simples estgio varia entre 3 mm x 3 mm e 60 mm x 60 mm. A limitao de tamanho em 60 mm x 60 mm devido ao estresse trmico que causa a expanso de deformao entre as junes frias e quentes do RTE; tal estresse pode desconectar as soldas. Para obter uma diferena maior de temperatura entre as faces, pode-se construir um sistemas com RTEs de vrios estgios. A disposio dos RTEs de mltiplos

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estgios se faz usualmente na forma de cascata e seis estgios so o limite prtico. Na figura abaixo pode-se observar RTEs de vrios tamanhos.

Figura 8 Diferentes Modelos de Pastilhas A figura que segue abaixo apresenta um exemplo de caractersticas de um mdulo comercial simples. Como previamente citado, ocorre gerao de calor em um material devido s resistncias trmicas de conduo quando impe-se uma corrente eltrica. Este fator ento se torna determinante para a quantidade mxima de calor Qmax transferida por um MTE. A corrente eltrica associada ao Qmax definida como Imax, e a voltagem correspondente como Vmax. Numa situao em que o mdulo se apresenta trabalhando isoladamente do sistema a Imax ele produzir a diferena mxima de temperatura entre os lados quente e frio, definida como dTmax. Os mdulos termoeltricos funcionam corrente direta, DC. Uma fonte chaveada pode ser utilizada, mas suas variaes devem estar limitadas a 10A. A freqncia ideal entre 50 e 60 Hz. A fonte no precisa estar ajustada exatamente aos nveis de Vmax e Imax, embora no seja recomendvel que eles sejam ultrapassados. muito comum, por exemplo, se operar uma pastilha cujo Vmax seja 15.4V com uma fonte de 12V. Caso uma corrente e/ou tenso menores sejam utilizados, a pastilha transferir menos calor em watts.

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Figura 9 Esboo Construtivo do Mdulo

4.4 Desempenho do MduloO funcionamento do mdulo termoeltrico como agente resfriador acontece pela remoo de uma taxa de calor Qc de um lugar ou um aparato a ser resfriado que se encontra uma temperatura Tc. O calor lquido dissipado na extremidade quente a soma do calor lquido absorvido na extremidade fria mais a potncia eltrica aplicada. O coeficiente de performance (COP) usado definir a eficincia de refrigerao definido como o calor lquido absorvido na extremidade fria dividido pela potncia eltrica aplicada, e pode ser definida como:Onde: COP = Coeficiente de Performance Qc = Calor Lquido Absorvido Pin = Potncia de Entrada

eOnde: Pin = Potncia de Entrada Qh = Calor Dissipado Qc = Calor Lquido Absorvido

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Figura 10 Balano de Energia

Sendo assim, o COP representa quantas vezes o calor removido por unidade de potncia de entrada. Usualmente, o valor encontrado para esse fator entre 0.4 e 0.7 para aplicaes com um mdulo comum de simples estgio, ou de nico mdulo. Contudo, COP mais altos podem ser conseguidos via utilizao de mdulos feitos sob medida. Existe uma relao entre o COP, a figura de mrito Z e a diferena de temperatura imposta (dT ), tal relao quantificada no grfico.

Figura 11 - Curvas de COP versus dT, Analisadas de acordo com variaes de Z

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Pode-se comparar a eficincia de um mdulo termoeltrico com o de um compressor refrigerador domstico, tomando como base a mxima eficincia alcanada entre as temperaturas de trabalho: Th e Tc; definida pelo ciclo de Carnot. A Figura 2.18 mostra que um RTE tem uma eficincia de 5-10%, enquanto um compressor refrigerador tem a mxima eficincia em torno de 45%.

Figura 12 - Comparao Eficincia de Carnot Termoeltrico com o do Ciclo de Compresso a Vapor

4.5 Controle de TemperaturaNos refrigeradores-compressores convencionais, em geral, o controle de temperatura conseguido por uma simples operao de ligar e desligar usando um sensor/interruptor de expanso trmica. Este tipo de controle de temperatura causa flutuaes senoidais de temperatura, conforme se vislumbra na figura abaixo:

Figura 13 - Comparao da Variao de Temperatura Entre um Refrigerador - Compressor e um MTE

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A distribuio da temperatura dentro do mdulo representada de acordo com a figura abaixo. Porm, tratando-se de refrigeradores

termoeltricos, essas flutuaes no ocorrem pelas seguintes razes:

Figura 14 - Distribuio de Temperatura Dentro de um MTE

A fim de minimizar a conduo do calor atravs do mdulo, um controle de temperatura que usa a tcnica de PID (derivativo integral proporcional) deve ser empregado. O mtodo permite o RTE operar em modo de grande capacidade de retirada de calor quando um resfriamento rpido necessrio e, tambm, operar em um modo de baixa da capacidade de retirada, quando s se deseja manter a temperatura, de forma a obter um consumo mnimo de energia. Consequentemente, a transferncia de calor atravs do mdulo de Peltier pode ser impedido, assim como o controle exato da temperatura da carcaa pode ser conseguido. Relata-se que a confiabilidade dos MTE pode ser reduzida

significativamente ao impor vrios ciclos de operao devido uma tenso lateral induzida pela contrao no lado frio e pela expanso no lado quente. Dessa forma, o uso do controle PID permite que os mdulos de Peltier operem num modo relativamente baixo de estresse comparada com o modo ligadesliga repetido. Assim, o problema da confiabilidade pode ser minimizado

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Como a capacidade de absoro de calor de um RTE proporcional a potncia de entrada, a taxa de absoro pode ser prontamente controlada alterando a potncia de entrada de seus mdulos. Esta flexibilidade permite aos MTE operarem de duas formas diferentes: um modo de grande capacidade de absoro, quando uma taxa de refrigerao rpida requerida; e um modo de elevado COP, quando se preferir o menor consumo de energia. Alm disso, o controle de PID pode ser prontamente incorporado ao computador para obter-se uma operao de refrigerao programvel. Uma vantagem clara da operao programvel que a temperatura do refrigerador pode ser pr-ajustada e controlada convenientemente para obter um perfil de refrigerao requerido e um grau mais elevado de estabilidade. Um RTE com caractersticas programveis fornece uma facilidade de refrigerao controlvel que pode ser til em uma variedade de aplicaes, em particular, na medicina e na bio-tecnologia.

Os controladores de temperatura so formados por uma srie de placas de circuito conectadas em paralelo que fazem o ajuste de temperatura do mdulo de forma automtica, a abaixo representa um circuito eletrnico de controle de temperatura com oito placas em paralelo.

Figura 15 - Circuito Eletrnico de Controle de Temperatura

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4.6 Efeito Peltier

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O efeito Peltier, responsvel pela refrigerao termoeltrica, trata do surgimento de um gradiente de temperatura entre dois materiais diferentes quando expostos a uma tenso. A refrigerao termoeltrica baseada no efeito Peltier ativada quando uma corrente direta forada atravs de um ou mais pares de materiais semicondutores do tipo-n e do tipo-p. Para obter a operao de resfriamento, a corrente deve passar do material semicondutor tipo-n para o tipo-p. Dessa forma haver uma absoro de calor do ambiente e a temperatura da placa fria Tc diminuir. Em termos de microanlise, o resfriamento ocorre quando eltrons passam do nvel baixo de energia no semicondutor do material tipo-p atravs do condutor interconectado para um nvel de energia mais elevado no material semicondutor tipo-n. O calor absorvido transferido atravs dos materiais semicondutores por transporte eletrnico at a outra juno final que se encontra a temperatura quente Th, sendo liberado medida que os eltrons retornam ao baixo nvel de energia no material tipo-p. A este fenmeno d-se o nome de Efeito Peltier.

Figura 16 Conjunto de Termopares Ligados EletricamenteO transporte eletrnico ocorre ao impor-se uma tenso. Os eltrons, do material que os contm em excesso, fluem para o material que possui carncia eletrnica, gerando um fluxo livre de eltrons (corrente eltrica). Tal comportamento observado semelhante ao dos fluidos de trabalhos em ciclos de refrigerao por

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Artigo Publicado por Diego Henrique Cunha De Souza, no Projeto de Graduao Otimizao Do Uso De Refrigeradores Termoeltricos Em Processos De Refrigerao na Universidade de Braslia.

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compresso ou por absoro. Sendo assim, eles aquecem um lado e refrigeram o outro, sendo necessria a interposio de um isolante trmico entre os mesmos com a finalidade de diminuir a conduo de calor natural gerada pelo gradiente de temperatura.2

4.7 Efeito Seebeck

O Efeito Seebeck, que trata de um segundo fenmeno tambm importante na refrigerao termoeltrica. Quando uma variao trmica estabelecida entre as interfaces mantidas a diferentes temperaturas do material semicondutor, uma fora eletromotriz gerada. A esta fora eletromotora d-se o nome de voltagem de Seebeck, a qual diretamente proporcional variao trmica. A constante de proporcionalidade referida como coeficiente de Seebeck, parmetro muito significativo para a efetividade de um material semicondutor j que avalia entraves impostos pela resistncia passagem de eltrons e fnons, assim como sua interao. Na verdade, esse efeito pode ser observado em qualquer junta de metais dissimilares. Porm, h materiais, como os semicondutores, em que a captao mais eficiente. Na figura abaixo, o efeito Seebeck esboado de maneira simples.

Figura 17 Efeito Seebeck

Uma demonstrao da aplicao do Efeito Seebeck se faz na figura 18, em que dois reservatrios de gua a temperatura diferentes aquecem um mdulo termoeltrico, o qual gera uma diferena de potencial (d.d.p.) que fornece energia a um miniventilador.

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Artigo Publicado por Diego Henrique Cunha De Souza, no Projeto de Graduao Otimizao Do Uso De Refrigeradores Termoeltricos Em Processos De Refrigerao na Universidade de Braslia.

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Figura 18 Aplicao do Efeito Seebeck Uma aplicao relevante do efeito Seebeck ocorre nos termopares, amplamente utilizados na engenharia. Eles obtm uma corrente eltrica devido variao de temperatura da junta bimetlica quando em contato com um corpo, por meio dessa corrente, pode se mensurar a temperatura deste corpo. Outra aplicao interessante a obteno de energia eltrica em veculos espaciais pela diferena de temperatura entre a parte exposta ao sol e a parte sombreada. Na figura 19, esboa-se a passagem dos eltrons nos termoelementos semicondutores que constituem o mdulo.

Figura 19 - Fluxo de eltrons nos termoelementos

4.8 Pesquisas de OtimizaoOs pesquisadores desta rea de conhecimento tem desenvolvido trabalhos para encontrar novos materiais (que aumentem a performance da

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troca trmica) e novas utilizaes para a tecnologia (pesquisa aplicada). Apresentamos a seguir nossa prospeco sobre os principais avanos nesta rea.

4.8.1 Utilizao automotivaSegundo o site de pesquisa de energias alternativas denominado greenoptimistic (www.greenoptimist.com/2011/05/25/bmw-gm-ford-thermeletric) alguns dos maiores fabricantes mundiais de automveis (BMW, Ford e GM) assumiram o compromisso de equipar os carros de teste com o prottipos de dispositivos termoeltricos at o final do vero de 2011 para ver como eles vo se comportar.

Figura 20 Experincias de Vans equipadas com pastilhas

Eles esperam que a eficincia nas SUVs (utilitrios) e sedans equipados com pastilhas peltier podero aumentar em at 5 por cento a economia do carro. Os dispositivos so feitos pela BSST em Irwindale, um manufaturador de pastilhas com sede na Califrnia e pela equipe de P & D global da General Motors.

Figura 21 - Diagrama da localizao dos trocadores de calor

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Utilizando novos materiais, como misturas de hfnio e zircnio, os dispositivos da BSST vo funcionar bem em temperaturas acima de 250 graus Celsius, temperatura que o limite superior de uma pastilha termoeltrica usual de telureto de bismuto. Eficincias de cerca de 40 por cento foram mencionadas, o que denota bem uma tecnologia revolucionria. A abordagem que a GM est usando a de uma outra classe de materiais termoeltricos, chamado skutterudites. Esses so mais baratos que os teluretos e diz-se trabalharem melhor a altas temperaturas. Algumas simulaes de computador ainda rendem potncias to elevadas quanto 350 watts em um Chevrolet Suburban, o que pode melhorar a eficincia do veculo por cerca de 3%. A desvantagem de skutterudites que difcil incorpor-los em dispositivos, como diz o cientista da GM Gregory Meisner: isso acontece por causa do grande gradiente de temperatura e o estresse mecnico sobre o dispositivo de contato termoeltrico. "Neste momento, o dispositivo apenas inserido no sistema de escape", diz Meisner: "A seo de tubo cortado e o dispositivo, que se parece com um silenciador, inserido. Precisamos projetar algo que mais integrado ao sistema do veculo, em vez de um dispositivo add-on. Tenho certeza que com este passo fabricantes de automveis sero capazes de aprender a integrar melhor os dispositivos termoeltricos em todos os tipos de carros. Em poucos anos (Meisner faz estimativas de quatro anos) eles podero ser to familiares a ns como catalisadores so agora.

Figura 22 Prottipos da californiana BSST

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Alguns prottipos da fabricante BSST, que esto na fase de pesquisa prometem um grande avano nesta tecnologia e a miniaturizao dos mdulos3

Figura 23- recuperador de calor residual da BSST O uso em sistemas de recuperao de calor atravs do ar tambm so possveis e esto na fase embrionria de pesquisa:

Figura 24- Pesquisa de sistema de alta eficincia ar-ar (BSST)

4.8.2 Utilizao em processos industriaisAlguns pesquisadores esto desenvolvendo mdulos baseados em Efeito Seebeck para recuperao de calor em fornos industriais e processos onde a energia desperdiada, como dutos e chamins4.

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Segundo site http://www.bsst.com/heating-cooling-electronics.php#liquid_to_air acessado em 23.10.2011

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Segundo site www.engenhalogia.wordpress.com visitado em 22.10.2011

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Figura 25 - dispositivos para recuperao industrial de calor Bem como em processos onde o efluente lquido do processo industrial pode gerar um fluxo de calor com outro efluente mais frio, como este gerador de 180 W da chinesa Thermonamic5, que possui 16 pastilhas ligadas em srie, e produz 96V DC e 3,8 A.

Figura 26- Gerador termoeltrico lquido -lquido

4.8.3 Utilizaes avanadasPara demonstrar o quo avanadas podem ser as aplicaes de microgerao termoeltrica de energia, transcrevemos a reportagem em que um pesquisador ganhou recentemente um prmio internacional pelo seu trabalho, inicialmente acadmico, e que hoje j virou uma patente:

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http://www.thermonamic.com acessado em 22.10.2011

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No dia 16 de setembro de 2009, em Berna (Sua), o engenheiro Wulf Glatz, PhD. pelo Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, recebeu o Swisselectric Research Award 2009 pelo desenvolvimento de microgeradores termoeltricos flexveis. Para evitar confuses: um microgerador termoeltrico funciona segundo um princpio diferente de uma usina termoeltrica. Enquanto esta se utiliza de algum combustvel (gs, carvo, urnio) para, por exemplo, ferver gua e fazer girar uma turbina, o gerador termoeltrico propriamente dito transforma calor em eletricidade sem qualquer processo intermedirio no caso citado, o aquecimento da gua. O efeito Seebeck causado pelo aumento de portadores de carga (eltrons livres ou imperfeies em arranjos atmicos, como defeitos Frenkel, por exemplo) em metais e materiais semicondutores em funo do aumento de temperatura e sua posterior difuso, devido ao gradiente trmico.

Figura 27 - Funcionamento do "efeito Seebeck".

No

entanto,

a

grande

contribuio

de

Wulf

Glatz

ao

amadurecimento da tecnologia de geradores termoeltricos foi a de conceber e construir um dispositivo pequeno, verstil, flexvel (facilidade de aplicao) e sem partes mveis (baixos custos de manuteno), cujo prottipo j era dez vezes mais barato e 30 vezes mais eficiente do que

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as mquinas atualmente existentes. Ao substituir a liga de nquel-cobre (Ni-Cu) utilizada por uma de telureto de bismuto (Bi2Te3), a gerao de potncia eltrica observada foi duas vezes maior do a maior potncia j observada em dispositivos segundo esse princpio. Para fazer seu projeto chegar ao mercado, o inventor j fundou sua companhia a greenTEG. Por ora, seu produto no funciona em faixas de temperatura como a do corpo humano. No entanto, tal objetivo encontra-se entre os prximos a serem alcanados, juntamente com a possibilidade de se reverter o processo transformando eletricidade diretamente em calor (fenmeno conhecido como efeito Peltier).

Figura 28 - prottipo do green TEGSistemas como o de Wulf Glatz consistem, portanto, em uma das mais promissoras formas de gerao de energia no-poluente. Soma-se a isso o fato de o greenTEG resfriar ambientes ao sequestrar calor, gerando ao invs de gastar energia para faz-lo. Alm disso, sua motivao um exemplo bem sucedido da extenso de um projeto inicialmente acadmico ao mercado6.

4.8.4 Utilizao em IluminaoSegundo exaustivas pesquisas pela rede internet, o uso de geradores termoeltricos para utilizao em iluminao ainda no existe como6

Extrado de http://engenhalogia.wordpress.com/2009/10/05/efeito-termoeletrico/ acessado em 25.10.2011

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metodologia cientfica, portanto, passamos a rever alguns tpicos do tema Iluminao, para fundamentar a nossa aplicao presente. A iluminao numa casa responsvel por cerca de 10 a 15% do consumo de eletricidade total da habitao, o que corresponde a uma emisso anual de 450g de CO2 equivalente (450 000 000 000 g)7. A escolha da iluminao correta para cada diviso, tendo em conta o tipo de atividades que se realizam em cada espao, muito importante para um maior conforto e um consumo mais racional de energia, traduzindo-se numa reduo da fatura da luz, ao final do ms. O uso de lmpadas tecnologicamente mais eficientes permite poupar dinheiro, por consumir menos energia, e ao poupar energia estaremos preservando o ambiente. A mudana do tipo de lmpadas utilizadas cada vez menos restringida, graas adaptao das novas lmpadas ao sistema das incandescentes. Atualmente obrigatria a presena da etiqueta de eficincia energtica nas embalagens das lmpadas, como forma de distinguir as lmpadas que so mais eficientes (do ponto de vista energtico), das que so menos eficientes. tambm muito importante reparar na sua classificao quando tm a designao de ecolgicas/econmicas, pois existem no mercado lmpadas com esta designao que tm uma baixa eficincia energtica (classe D ou at menos). preciso ter tambm ateno potncia de lmpadas que indicada para cada luminria, sob pena de degrad-los rapidamente. prefervel utilizar menos lmpadas, mas com maior potncia: uma lmpada de 100 Watts consome a mesma energia que 4 de 25 Watts, mas produz aproximadamente o dobro da luz. No entanto a melhor opo a utilizao de uma lmpada fluorescente compacta que, com uma menor potncia, atinge o mesmo grau de iluminao.

4.9 Tipos de Lmpadas8Lmpadas fluorescentes

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Extrado do artigo publicado no blog Sala de Estar em Junho de 2008 e acessado em 15.10.2011Artigo Publicado no Site http://www.ecocasa.pt em Outubro de 2009 e acessado em 15.10.2011

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As lmpadas fluorescentes podem ser classificadas de acordo com o seu formato: as mais vulgares so geralmente utilizadas nas cozinhas e designam-se por Lmpadas Fluorescentes Tubulares. As Lmpadas

Fluorescente Compactas no so mais do que uma lmpada fluorescente miniaturizada que se destina a substituir as vulgares lmpadas incandescentes. Tubulares Estas lmpadas so muito utilizadas, pois proporcionam uma boa iluminao com pouca potncia e baixo consumo energtico, sendo as mais adequadas para locais com necessidades de longa iluminao. Estas lmpadas tm uma elevada eficcia e um perodo de vida muito elevado (cerca de 12.000 horas), permitindo economizar energia em at 85 %, dependendo do modelo e da potncia.

Figura 29 Lmpada Fluorescente Tubular Compactas As lmpadas fluorescentes compactas apresentam as mesmas

vantagens das tubulares e tm uma instalao compatvel com as roscas tradicionais usadas para as lmpadas incandescentes. So especialmente recomendadas quando se necessita de utilizao contnua por perodos de tempo superiores a 01 hora. Existem lmpadas indicadas para zonas de descanso (branco quente) e outras adequadas para zonas de atividade (branca fria). Estas lmpadas tm um nmero elevado de horas de utilizao, de 6 a 15 mil horas, e j esto preparadas para um nmero elevado de ciclos de ligar e desligar.

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Figura 30 Lmpadas Fluorescentes Compactas Dodos Emissores de Luz (LEDs) A reduo do consumo de energia eltrica na iluminao passa indiscutivelmente pela utilizao de LEDs. Atualmente j existem LEDs com potncias equivalentes s lmpadas incandescentes. Estas lmpadas tm um preo mais elevado que as lmpadas fluorescentes compactas, mas tm um perodo de vida muito superior (20 a 45 mil horas em oposio a 6 a 15 mil horas).

Figura 31- Lmpadas de LEDs Lmpadas de halognio As lmpadas de halognio tm tido uma melhoria na sua eficincia energtica. Atualmente j existem lmpadas 20 a 60% mais eficientes que as tradicionais, e com um tempo de vida til tambm superior que pode atingir as 5.000 horas de utilizao. Estas lmpadas tm um funcionamento semelhante ao das lmpadas incandescentes. No entanto, apresentam a vantagem de conseguirem recuperar o calor libertado pela lmpada, reduzindo a necessidade de eletricidade para manter a sua iluminao. Estas lmpadas emitem uma claridade constante. Outra vantagem deste tipo de lmpadas, quando comparadas com as lmpadas incandescentes, a possibilidade de orientao da emisso de luz segundo diversos ngulos de abertura.

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Figura 32 Lmpadas Halogneas

Lmpadas Incandescentes Este tipo de lmpada est ainda muito presente nas habitaes. Este . no entanto o tipo de iluminao com menor eficincia luminosa (15 lm/W) e com o menor tempo de vida mdia (cerca de 1 000 horas).

Figura 33 Lmpada Incandecente A sua baixa eficincia em relao aos restantes tipos de lmpadas devese ao fato de converterem a maior parte da eletricidade (90 a 95%) em calor e apenas uma percentagem muito reduzida (5 a 10%) em luz. Da ficarem bastante quentes muito pouco tempo aps terem sido acesas. A sua elevada ineficincia conduziu a que a Unio Europeia aprovasse uma diretiva com o objetivo de retirar estas lmpadas do mercado. Este processo teve incio em 2009 com o seguinte calendrio de proibio de venda:Lmpadas acima de 80W proibidas a partir de 1 de Setembro 2009; Lmpadas acima de 65W proibidas a partir de 1 de Setembro 2010; Lmpadas acima de 45W proibidas a partir de 1 de Setembro 2011; Lmpadas acima de 7W proibidas a partir de 1 de Setembro 2012.

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Partimos de experincias pesquisadas na internet (de boa eficincia porm elevadas temperaturas) para projetar esse nosso conjunto, onde o objetivo essencial reaproveitar qualquer energia trmica residual para gerar energia eltrica e avaliar se este aproveitamento vivel termo

economicamente. A montagem inicialmente concebida para simulao (um circuito hidrulico com chuveiro eltrico, um ralo coletor e um bombinha de recirculao), foi substituda no incio das montagens, pois no se tornava prtica para alteraes de temperaturas e vazes. No seu lugar criamos um dispositivo hidrulico com 02 compartimentos, para fazer circular dois sistemas hdricos de temperaturas dissimilares (um simulando a gua quente e outro simulando a gua fria). Futuras alteraes de quais fludos usar, como aproveitar os gases exaustos de aquecedores gs, podem fazer as pastilhas terem um desempenho ainda melhor.

5.1 Instrumentao UtilizadaTodos os testes esto sendo realizados ao decorrer da construo do prottipo com auxilio de multmetro/ampermetro e termmetro digital onde est sendo coletado dados de tenses, corrente e temperatura e analisando o comportamento da pastilha em relao a variao de temperatura.

Figura 34 Multmetro - Ampermetro Digital Minipa ET - 1110

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Figura 35 Termmetro Digital Tipo Vareta Minipa Aquecedor eltrico para elevao das temperaturas da gua quente, utilizado por aquaristas e adquirido em loja do ramo

Figura 36 - Aquecedor eltrico simulando chuveiro

5.2 Montagem do ProttipoA metodologia usar um pequeno kit construdo em tubos de alumnio (um para a gua fria de entrada e outro para a gua quente residual) e conexes pneumticas comerciais, como forma de estabelecer o lado frio e o lado quente da clula de Peltier. A clula dever ficar rigidamente fixada entre duas placas planas de alumnio, formando a juno termoeltrica requerida pela tecnologia Peltier, registrar os passos para construo e montagem do prottipo e coletar dados sobre o comportamento da pastilha termoeltrica com diferentes temperaturas e demonstrar dados das variaes de tenses e corrente de acordo com as temperaturas aplicadas na pastilha. Utilizamos uma bomba de recirculao retirada de uma processadora de anlises clnicas velha, como forma de manter homognea a gua no circuito quente, simulando a fonte de energia residual.

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Montamos e adaptamos (reforamos a capacidade de corrente) de uma fonte de corrente contnua existente, como forma de alimentar a bomba de recirculao de gua quente residual. Alternativamente, utilizamos uma fonte de alimentao de CPU que gerasse 12 VDC e com uma boa capacidade de corrente (10 A), para experimentar a alimentao de uma das 03 clulas de Peltier compradas, para que a mesma gerasse duas superfcies com diferenas de temperaturas significativas, para apropriar os dados de tenso e corrente das outras 02 clulas restantes.

Figura 37 - montagem do prottipo em bancada

Na foto podemos ver as 03 pastilhas Peltier entre os 02 tubos de alumnio (trocadores de calor) e as tubulaes que levam os fludos frio e quente aos seus respectivos circuitos. Ao fundo aparece o sistema de circulao e bombeamento de gua quente, com a resistncia simulando uma fonte de aquecimento, o termmetro mergulhado no banho, a bomba de 24 VDC e sua respectiva fonte de alimentao. Em primeiro plano aparece a medio da tenso eltrica gerada pelas pastilhas e uma fonte chaveada 12 VDC que usamos para injetar tenso em uma das pastilhas (a central), para

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experimentar se a mesma gerava um fluxo de calor e frio para aumentar a diferena de temperatura que estvamos tendo (para mais de 65 C). O mdulo trocador do nosso projeto est apoiado sob um bloco de gelo o que garantiu temperaturas na parte fria em torno de 15 a 20 C, similares as encontradas em gua corrente no nosso clima.

5.3 Controlador de CargaEste dispositivo9 destina-se sobretudo a proteger as baterias, regulando a carga especifica e atuando de modo a proteger a bateria de sobrecargas. utilizado entre a fonte de energia (mdulos fotovoltaicos, painis fotovoltaicos) e as baterias. Quando a bateria fica com a carga mxima, o regulador de carga desvia a corrente com origem na fonte de energia (pastilhas Peltier) para outra utilizao ou simplesmente evita que as baterias continuem a carregar.

Figura 38 Circuito do Controlador de Carga No estgio atual do projeto tivemos que adquirir os microprocessadores deste circuito no mercado internacional (Farnell Newark) pois no foram

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Circuito Publicado no Site http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/22/36/ em Outubro de 2007.

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encontrados no mercado local. Isto fez com que a etapa de regulao ficasse para uma continuao do projeto, j que a demora na chegada dos componentes (greve dos correios) impediu a validao do circuito, projetado inicialmente para painis solares. Como inicialmente cremos que as tenses obtidas ainda no ultrapassaro os 10-12 VDC, no teremos perdas significativas nos resultados esperados.

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5.4 Custos AproximadosNo se pode medir exatamente os custos envolvidos num projeto deste tipo, no s por envolver alguns componentes j adquiridos para experincias anteriores, bem como por saber que uma pesquisa cientfica envolve custos de montagem que no existiro em um projeto de uso comercial da tecnologia. S para constar, descrevemos alguns dos valores at agora desembolsados:

Material Tubo de Alumnio Componentes Eletrnicos Componentes Eletrnicos Controladores Farnell Pastilha Peltier Aquecedor de Aqurio Lmpada LED Total

Quantidade 1,50 Metro divs divs divs 3 Unidades 1 Unidade 1 unidade

Local Ferro Velho Severo Roth Radional Farnell Mercado Livre Aquarista Severo Roth

Valor R$ 15,00 R$ 21,50 R$ 23,50 RS 32,50 R$ 90,00 R$ 13,50 R$ 12,00 R$ 208,00

6 ResultadosConseguimos atravs do sistema prottipo tenses de at 7,0 VDC e correntes de at 800 mA. Estes parmetros foram para uma diferena de temperatura em mdia de 65C. Estes valores j so suficientes para alimentar um circuito elevador de tenso DC-DC que possa alimentar uma ou mais baterias instaladas no controlador de carga mencionado no captulo 5.3 . Nossa projeo (baseada nos grficos apresentados no referencial terico) a de que, em aquecedores gs, com o mdulo colocado na sada dos gases da chamin (parte quente) e a parte fria na rede de alimentao dgua do aparelho , as tenses iro chegar a 14,5 V e as correntes podero passar dos 2.200 mA.

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7 ConclusesTodos os dados extrados da experimentao prtica, mesmo que ainda em fase de desenvolvimento, nos levam a crer na plena possibilidade de, em futuro muito prximo, seja possvel disseminar a utilizao de mdulos microgeradores de energia termoeltrica para uso domstico, como forma de garantir uma melhor eficincia no uso da energia. Em indstrias que possuem processos onde existem gerao de calor e por consequncia o seu desperdcio, tambm vemos uma fonte potencial de uso de um economizador baseado neste nosso projeto. Nos casos de automotiva e eletrnica embarcada, as prprias montadoras de automveis j esto com suas unidades de pesquisa e desenvolvimento trabalhando nesta linha de inovao, o que nos d certeza da plena viabilidade tcnica e econmica desta idia de economizadores energticos baseados na microgerao termoeltrica.

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8 Referncias Bibliogrficas Conceito do Princpio Fsico Efeito Seebeck, extrado de http://www.professandofisica.com/category/efeito-seebeck/. Dia 20/09/2011 s 19:33.

Conceito de Pastilha Peltier, extrado de http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_08.asp. Dia 23/09/2011 s 14:40.

Conceito de Iluminao, extrado de http://www.ecocasa.pt. Dia 14/10/2011.

Sitio da empresa http://www.thermonamic.com acessado em 22.10.2011 Artigo Publicado por Diego Henrique Cunha De Souza, baseado no seu projeto de graduao Otimizao Do Uso De Refrigeradores Termoeltricos Em Processos De Refrigerao na Universidade de Braslia.

Acessos ao site http://www.bsst.com/heating-cooling-electronics.php#liquid_to_air acessado em 23.10.2011

Site denominado www.engenhalogia.wordpress.com visitado em 22.10.2011