Como selecionar um dissipador para módulo de resfriamento Peltier

Se o calor do lado quente não for removido, Th sobe e o TEC precisa bombear calor através de um ΔT maior. Qc disponível e COP caem, o lado frio pode não atingir o alvo e o controlador pode permanecer na saída máxima.

O calor resultante também aquece o gabinete, o que pode elevar a temperatura de entrada do dissipador e criar uma realimentação. Por isso, dissipador, ventilador, duto e abertura de exaustão devem fazer parte do ponto de operação do TEC.

Comece pela carga exigida no lado frio à temperatura pretendida e obtenha Pin no ponto de operação selecionado do TEC. Não use cegamente a corrente nominal do módulo nem substitua a carga térmica do dispositivo por Qcmax.

Se vários TECs compartilham um dissipador, some o Qh de cada módulo e considere cargas desiguais. Inclua outros componentes ao verificar a temperatura do ar dentro do gabinete.

Defina a pior temperatura de entrada do dissipador, Tamb, e não apenas a temperatura da sala. Em um dispositivo fechado, o ar de entrada pode já estar aquecido por fontes, óptica ou exaustão recirculada.

Escolha Th,max a partir do ponto de desempenho do TEC e da margem necessária no lado frio. Th menor favorece a capacidade, mas exige dissipador maior ou mais fluxo de ar. Th maior pode reduzir o hardware, porém aumenta ΔT e pode consumir a margem de operação.

Para o dimensionamento preliminar, divida a elevação permitida de temperatura no lado quente por Qh. O resultado é a resistência total máxima entre a cerâmica quente do TEC e o meio de resfriamento.

Esse total pode incluir material de interface, placa de montagem ou espalhador, base do dissipador, aletas e convecção com o ar. A resistência de catálogo do dissipador pode omitir alguns desses elementos e ser informada para outra vazão.

O método adequado depende da densidade de Qh, volume, orientação, ruído, manutenção e ambiente. A convecção natural dispensa ventilador, mas normalmente precisa de mais área e caminho vertical livre. O ar forçado aumenta a convecção, mas adiciona ruído, poeira e vida útil do ventilador.

Heat pipes ou câmaras de vapor podem espalhar o calor de uma pequena área do TEC para um campo maior de aletas. Placas líquidas transportam alta densidade até um radiador remoto, mas acrescentam bomba, tubos, vedações, compatibilidade do fluido e controle de vazamentos. Nenhum método é universalmente melhor.

A direção das aletas deve favorecer o caminho de ar pretendido. Defina onde o ar frio entra, onde o ar quente sai e se a descarga pode retornar à admissão. O ponto útil do ventilador é a interseção da curva pressão-vazão com a resistência do sistema, e não a vazão livre impressa na etiqueta.

Grades, filtros, aberturas estreitas, curvas e aletas muito próximas aumentam a resistência. Vários ventiladores podem oferecer vazão, pressão ou redundância, mas caminhos de desvio precisam ser vedados. Altitude elevada reduz a densidade do ar; ambiente quente reduz a margem de temperatura. Por isso, a área superficial sozinha não seleciona o dissipador.

Use uma camada de interface fina e contínua para preencher irregularidades microscópicas sem criar uma almofada isolante espessa. Confirme a planicidade da base e distribua a carga de aperto pela face do TEC.

Cargas pontuais, parafusos inclinados ou placas empenadas podem trincar a cerâmica ou criar resistência térmica local. Placa de montagem, fixadores e base do dissipador fazem parte da pilha térmica e mecânica e devem ser verificados em conjunto. Não existe torque ou planicidade universal para todo TEC e conjunto.

A maioria das falhas vem de uma condição de contorno otimista ou da omissão de uma parte do caminho térmico.

Use o cálculo para filtrar conceitos e depois valide o sistema completo.

Um dissipador com boa especificação de catálogo ainda pode falhar quando o ventilador enfrenta alta resistência ou a descarga quente recircula. Baseie a seleção em Qh, Th permitida e pior condição de entrada, e então meça o conjunto final.

A Arkmex pode analisar em conjunto ponto de operação do TEC, interface, dissipador, ventilador, duto ou circuito líquido. Forneça carga térmica, temperaturas-alvo e volume de instalação para uma avaliação de sistema.