Le celle di Peltier
Cosa sono?
Le celle di Peltier sono definibili semplicemente delle pompe di calore, esteticamente simili ad una mattonella molto sottile. La funzione delle due superfici varia, una ha la funzione e lo scopo di trattenere il calore, mentre l’altra lo emette. In maniera più semplicistica si potrebbe dire che durante il loro funzionamento una faccia si raffredda mentre l’altra si riscalda. Andiamo a vederne il processo nello specifico.
Cella di Peltier: funzionamento
Come sopra descritto il ruolo principale di questo prodotto è la conversione del calore. Queste infatti assorbono il calore dalla superficie del corpo che invece si vuole raffreddare, riversandolo poi nell’altra faccia della stessa. Ponendo il lato freddo della cella su una superficie calda, questa verrà raffreddata grazie a dei ponti termici presenti nella cella che ne assorbono il calore andando poi a trasferirlo nella propria superficie. I ponti termici utilizzati all’interno sono pressocchè di due tipologie: o adesivi termoconduttivi, i quali funzionano egregiamente ma sono comunque considerati la soluzione più semplice, rispetto invece all’utilizzo di fogli di grafite, utilizzati quando si vuole la garanzia di un lavoro eccellente sotto ogni punto di vista ed una garanzia di un migliore trasferimento termico (scopo principale delle celle). Le celle di Peltier hanno un funzionamento sofisticato e delicato in quanto il processo di scambio termico richiede un equilibrio che se non mantenuto potrebbe portare a delle conseguenze. Il principio alla base di questo vi è che il calore emesso deve essere uguale a quello ricevuto, non uno più rilevante dell’altro altrimenti si va incontro a degli scompensi di funzionamento. Ma vediamo nel dettaglio cosa significa quanto appena detto. Se il valore di emissione di calore della sorgente termica cambia (che sia aumentare o diminuire), così ugualmente dovrà cambiare la ricezione effettuata dalla cella. Emissione e ricezione sono due processi che dovranno andare di pari passi. Questo equilibrio sarà tenuto sotto controllo e portato avanti grazie a dei rilevatori di temperatura presenti all’interno del circuito della cella. Le due conseguenze che si possono verificare quando questo equilibrio viene a mancare sono:
- La produzione di calore diminuisce o cessa, portando poi la temperatura in pochi attimi al di sotto del punto di congelamento
- La produzione di calore aumenta portando il lato caldo della cella a temperature elevate, portando così a "bruciarsi", danneggiarsi e smettere di funzionare. Questo ha poi la conseguenza di intaccare anche le parti che dovevano essere raffreddate, rompendole a loro volta
L'effetto Peltier avviene quando la corrente elettrica si muove tra due parti metalliche messe in contatto tra loro, grazie a cui si ha così un trasferimento di calore. Questo è il principale effetto per cui funzionano queste celle, da cui per altro prendano anche il nome, nel prossimo paragrafo vedrai citato un altro effetto per cui funzionano e grazie al quale vengono utilizzati in determinati ambiti.
Dove si utilizzano
Questo piccolo ma efficiente prodotto può essere utilizzato in tutti quegli ambiti in cui si intende raffreddare celermente quantità minime di materiale. Alcuni esempi pratici sono le CPU dei computer, molto spesso surriscaldate in base alle tempistiche e intensità di utilizzo, così come i piccoli frigoriferi portatili. Un utilizzo molto ampio nel mercato lo trovano anche nell’ambito medico, grazie alla capacità che hanno di congelare, ad esempio, campioni biologici. Trovano ampio utilizzo anche tra i pannelli solari, per la funzione di reversibilità che hanno in quanto grazie all’effetto Seebeck (in cui una differenza di temperatura genera una differenza di potenziale) si riesce ad ottenere una differenza di 60° tra il lato riscaldato e l’altro.
Come si identificano
Quasi la totalità delle celle di Peltier presentano su di un lato (quasi sempre quello caldo) una serie di scritte, le quali hanno lo scopo di rappresentarne le caratteristiche principali, in maniera ovviamente sintetica. L’identificatore è così trovabile: TEX#-NNNAA.
In cui TE significa Thermo Electric, mentre la X è o la lettera C o la lettera S, per cui la C sta ad indicarne una dimensione media mentre la S una dimensione small. L’asterisco rappresenta il numero di stadi, quasi sempre 1. Le tre "N" indicheranno invece il numero di elementi presenti nella nostra cella di interesse, mentre le due "A" ne indicheranno la potenza nominale in ampere.
I suoi limiti
Uno dei limiti più rilevanti di queste celle lo si può evincere grazie agli esempi di utilizzo sopracitati, come hai potuto vedere infatti il campo di utilizzo è ridotto a piccoli materiali e situazioni. Questo perché la loro efficienza di lavoro è ridotta o quanto meno il calore che viene poi dissipato è considerevolmente maggiore rispetto a quello che viene trattenuto dalla stessa. Per tale motivo si lega il secondo suo grande limite: avendo bisogno di un sistema di raffreddamento (dissipatori, radiatori o head pipe) quando viene scelto di utilizzare le celle di Peltier per un sistema termico, le dimensioni dello stesso dipendono poi dal metodo di raffreddamento scelto tra gli esempi fatti, molto spesso di dimensioni e pesi superiori in relazione alle celle.
