jueves, 6 de octubre de 2016

Generar frío con una Célula Peltier cerámica TEC1-12706


Hoy continuamos con nuestro aprendizaje dentro del mundo de la electrónica y por supuesto siempre con ARDUINO UNO, generando frío a partir de una célula Peltier. Está célula será controlada mediante dos pulsadores, uno para su encendido/apagado en el modo manual, donde la Célula Peltier se irá enfriando paulatinamente hasta llegar a la temperatura mínima límite (depende de la potencia con la que la alimentemos la célula), y el otro pulsador para entrar en el modo PID en el que la Célula Peltier trabajará de manera automática para mantener la temperatura de su cara fría entre unos rangos predefinidos (entre 16 y 18°C aproximadamente). La medida de dicha temperatura la realizaremos mediante el sensor de temperatura DS18B20, que montaremos sobre la cara fría de la Célula, además todo el proceso podrá ser visualizado a través de un display LCD 2004. Sin más preámbulos comenzaré analizando todos los componentes de los que necesitamos para realizar este curioso proyecto, además de mostraros la manera de enlazarlos y programarlos a través de nuestro ARDUINO.

Célula Peltier cerámica TEC1-12706

Una Célula Peltier o enfriador termoeléctrico (TEC) es un dispositivo capaz de generan una diferencia de temperatura entre sus caras cuando circula una corriente a través de él, es decir, una de sus caras se enfría (absorbe calor), mientras que la otra se calienta (emite calor). El papel de cada cara depende del sentido de la corriente, de hecho, es posible invertir el flujo de calor invirtiendo el sentido de la corriente, aunque nosotros la vamos a alimentar directamente sin invertir sus polos, es decir, polo positivo de la célula al positivo de la fuente de alimentación y el negativo al negativo. En consecuencia, puede ser utilizada para enfriar, por debajo de la temperatura ambiente, a objetos que se encuentren en contacto con su cara fría, siendo ideal en controles de temperatura como el que se desarrolla en este POST. Como dato deciros que internamente está formada por múltiples celdas de materiales N y P ubicadas entre sus dos caras cerámicas. Habitualmente se emplea Telurio y Bismuto como semiconductores y óxido de aluminio para las placas cerámicas, aunque no voy a entrar a analizar su comportamiento termodinámico en profundidad el día de hoy.

Funcionamiento de la célula Peltier

Esta célula Peltier, para su correcto funcionamiento debe ser alimentada mediante una fuente de 12VDC y 8,5A (100W), puesto que tiene que generar la suficiente potencia para alimentar los 60W aproximados que consume la célula, además de poder alimentar el ventilador del disipador que también trabaja a 12V. Dado que la célula consume una cantidad considerable de corriente hay que tener en cuenta que la fuente de alimentación  tenga la corriente suficiente, si no, no va a funcionar la célula con su máxima eficiencia. Como Arduino únicamente nos suministra salidas de 5VDC y unos pocos miliamperios, tendremos que utilizar un módulo relé de 5VDC junto con Arduino para poder controlar la potencia de la fuente de alimentación y de esta manera controlar el comportamiento de la célula Peltier (ON/OFF).

Célula Peltier con disipador, ventilador y sonda de temperatura

El problema nos surge ahora, es decir, para hacer funcionar una célula Peltier debemos dar salida al calor generado en la cara caliente, para lo cual deberemos de instalar un sistema de disipación. Cómo mínimo, debemos ubicar un disipador con ventilador en el lado caliente (el lado de la serigrafía TEC1-12706, es el lado frío). No hagáis funcionar una célula Peltier sin un sistema de disipación, puesto que elevará su temperatura rápidamente y se fundirá en pocos segundos, además las temperaturas alcanzadas son suficientemente altas para ser peligrosas al contacto. Para que exista una transferencia de calor correcta entre la célula y el disipador, es muy conveniente utilizar pasta térmica entre ambos componentes. Las caras de la celda están fabricadas en un material cerámico especial, que es un buen aislante eléctrico y buen conductor del calor, pero que es relativamente frágil mecánicamente, por lo que no debe ser sometido a golpes ni grandes esfuerzos. A continuación se destacan algunas de las características más relevantes de esta célula Peltier.

Características célula Peltier TEC1-12706

Las bajas temperaturas alcanzadas en la cara fría pueden dar lugar a la condensación de agua. Esta agua puede dañar los elementos que deseamos refrigerar, sobre todo en el caso de componentes electrónicos, por eso he optado por instalar el sensor de temperatura DS18B20 puesto que resiste eficientemente la humedad y la corrosión. El sensor de temperatura DS18B20 es un dispositivo que se comunica de forma digital con nuestro ARDUINO. Cuenta con tres terminales, los dos de alimentación y el pin “DATA”.  Con Arduino podemos “leer” la temperatura que registra este sensor mediante la comunicación OneWire, que básicamente se trata de un protocolo especial que permite enviar y recibir datos utilizando un solo cable. Para una conexión correcta de este sensor, debemos de unir sus pines VCC y GND (negro y rojo) y conectar el pin DATA mediante una resistencia de 4,7KΩ a +5VDC de ARDUINO (resistencia PULL-UP), y a su vez este pin DATA debe de ir conectado al pin digital de ARDUINO por el que leemos la temperatura, que en nuestro caso es el pin digital 6 (“PIN_sensor”), para procesar los datos posteriormente mediante programación.

Sensor de temperatura DS18B20

Es importante revisar exhaustivamente las conexiones para que el sensor pueda realizar una lectura de la temperatura de manera correcta. El código requiere de la utilización de dos librerías (DallasTemperature.h y OneWire.h), que deben ser descargadas e instaladas dentro del IDE antes de cargar el código a nuestro ARDUINO. A continuación os muestro las principales características de este sensor de temperatura.

Características sensor de temperatura DS18B20

El display LCD 2004 de 4 filas y 20 caracteres por fila, además de alimentarlo correctamente (+5V y GND de Arduino) lo conectamos a nuestro Arduino mediante protocolo I²C (pines SDA y SCL), para poder visualizar el estado del sistema en todo momento (temperatura y  modos de funcionamiento). Los dos pulsadores se han de conectar a través de una resistencia de 10KΩ a GND de Arduino (resistencia PULL-DOWN), y a su vez un pulsador lo conectaremos al pin digital 8 (“Pulsador_Peltier”) de ARDUINO para el modo normal de funcionamiento ON/OFF de la célula Peltier y el otro pulsador al pin digital 7 (“Pulsador_PID”) para el modo de funcionamiento PID, donde la célula trabaja automáticamente entre un rango de temperaturas. Por último decir que el pin de control del módulo relé de 5VDC debe de ir conectado al pin digital 9 (“RELE”) de nuestro ARDUINO. Para una mayor información os recomiendo consultar el esquema de conexión y los comentarios realizados dentro del programa, que debemos de subir a nuestro ARDUINO para el correcto funcionamiento del sistema.



Lista de Materiales:


·         Arduino UNO Rev.3.

·         Cable USB tipo A-B.

·         Módulo LCM 2004 I2C V1.

·         Display 20x4 LCD 2004.

·         Célula Peltier cerámica TEC1-12706 (12VDC – 60W).

·         Fuente de alimentación de 12VDC – 8,5A (modelo CD-100W).

·         Disipador de CPU con ventilador de 12VDC.

·         Pasta térmica (HY410).

·         Sensor de temperatura DS18B20 (sumergible).

·         Módulo relé de 5VDC (SRD-05VDC-SL-C).

·         2 Pulsadores.

·         2 Resistencias de 10KΩ.

·         1 Resistencia de 4,7KΩ.

·         Protoboard.

·         Cables de conexión.




Código del programa:





Video:

36 comentarios:

  1. Cual es la temperatura minima que puede alcanzar esta celda TEC1-12706 en la cara fria a grados centigrados?

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  2. Si te lees el POST lo verás rápidamente.

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  3. me podrias pasar tu circuito por favor mi correo es vaz1047@gmail.com

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  4. Me pondria ayudar en la programacion no se si su codigo tenga un error lo estuve copilando pero me marca un error en la libreria liquidCristralI2 ya le agrege la libreria pero aun asi no me funciona correctamente no copila.

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  5. o que version de arduino usaste

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  6. Si encierro la parte fría en una caja aislada, ¿cómo puedo hacer circular el frio generado por la celda efectivamente en toda la caja?

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  7. Tienes dos opciones, o realizar la caja de metal para que la celda enfríe toda la superficie de la caja alnestar en contacto con ella o poner un ventilador que incida directamente sobre la celda para que reparta el frío.

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  8. Cómo hago para que la cara fría de la celda baje a 5°C si lo miínimo que logro es de 8°C?.... Si necesito generar apróx 1l de agua cómo elijo el disipador?

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    1. Para bajar la temperatura mucho más necesitas una fuente de mayor potencia hasta alcanzar los 60W en la celda aunqie permita algo más. Lo del litro de agua que quieres generar no se a lo que te refieres, pero con un disipador con ventilador como el del POST puedes sacar el 100% de rendimiento a la celula peltier.

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  9. hola me sale el siguiente error como lo puedo solucionar:
    Generar_frio_celula_PELTIER:112: error: 'POSITIVE' was not declared in this scope

    LiquidCrystal_I2C lcd(0x20, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);

    ^

    exit status 1
    'POSITIVE' was not declared in this scope

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    1. Instala mis librerías. http://miarduinounotieneunblog.blogspot.com.es/2015/12/anadiendo-las-librerias.html?m=1

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    2. sigue apareciendo

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    3. Hola! estoy teniendo el mismo error ya que la variable POSITIVE no está declarada en el preámbulo. Gran trabajo y un saludo!

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  10. hola tienes los pasos de como armaste tu circuito?

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    1. El esquema de conexion se encuentra dentro del codigo del programa, justo dentro de la cabecera del mismo. Saludos

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  11. HOLA, A PESAR DE USAR UN DISIPADOR DE CALOR (RADIADOR DE ALUMINIO Y VENTILADOR DE 12V) NO LOGRÉ BAJAR LA TEMPERATURA DE LA PLACA A MENOS DE 30°C, QUE HICE MAL?

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    1. Puede ser que tú fuente no tenga la corriente suficiente para bajar la temperatura a menos de ese nivel

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  12. Hola... la verdad es que aún no lo he probado (lo veré luego, cuando compre los componentes y lo arme) pero me parece oportuno comentar que tu trabajo es brillante.
    Muchas gracias por compartirlo!
    Abrazo desde Argentina.

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  13. Soy novato en este tema.... pregunto..no necesito recarga de gas frío para generar enfriamiento?

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  14. Hola buen dia.
    Estoy intentando hacer un refrigerador para mi vehiculo,caja de aluminio con recubrimiento externo y casi casi bien sellado, con dos celdas peltier con switch independiente, conectando el sistema a la bateria directamente, con el auto apagado la batería esta a 12.3V, al prender una celda baja a 11.5V al encender el auto la bateria aumentan hasta 13.4V por el alternador, enciendo la segunda celda y la temperatura no baja mas de 2 o 3 grados, estando con disipadores en la parte fria, que puede estar haciendo falta, la bateria es suficiente para generar los 60W necesarios para q enfríe bn? Gracias excelente post

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  15. Olvidaba otras cosas, probé con una fuente de poder de PC q genera los 12V pero no se cuantos W, cada celda esta armada asi, ventilador-disipador-aislante-lado caliente/lado frio-disipador-ventilador y crema conductora opo ambos lados de la celda, se perforo la caja para mejor contacto con la celda, q hace falta para q enfrie mas aun, esta en 22° en ambiente dentro de la caja y baja maximo 3 grados, estando cerrada durante media hora, saludos desde Colombia gracias

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  16. Me gustaría saber si este sistema puede ser aplicado a unos guantes que tengan la capacidad de generar frio/calor para la terapia de enfermedades que producen inflamación y dolor? Dado que si se habla de aplicaciones dirigidas al cuerpo humano se requieren ciertos parámetros que no superen los fisiológicos. Muchas gracias.

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  17. hola amigo disculpa, como podría mantener una temperatura constante en frío mientras la célula peltier se encuentra activa, es decir, mientras esta se encuentre activa no aumentara la temperatura pero por supuesto que no descienda mas de lo que se requiere, de antemano gracias.

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  18. Tengo una duda, a que temperatura puede bajar la celda peltier cuando es ta enfriando un líquido

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    1. Pero no se puede sumergir xq mientras por un lado enfria por el otro calienta, como se haria?

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  19. Cual me recomiendan tec1-12705 o la tec1-12706

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  20. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  21. Hola buenos días estimado Mariano del Campo García, me pareció excelente su vídeo

    Solo que tengo una duda, estoy trabajando en mi tesis al respecto y ¿quiero saber si existe alguna forma para bajar la temperatura en cuestión de segundos?

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  22. hola, me podrías ayudar con el circuito, mi correo es atzzincons@gmail.com

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  23. Hola he fabricado una caja termica para delivery puedo aprovechar el lado frio y caliente de la placa para calentar un lado y enfriar el otro?

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  24. Para hacer que enfrie necesito pasta termica de los dos lados de la celda o nadanas del lado caliente.

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  25. para hacer la parte fria he colocado un disipador con un ventilador igual que en la caliente, necesito pasta termica en ambas caras?

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  26. Hola, realice todos los pasos indicados referente al codigo pero sigo teniendo el mismo error con "POSITIVE" como lo mencionaron anteriormente en los comentarios. Ya realice el cambio de las librerias pero siguio el mismo error. Espero puedas ayudar, MUCHAS GRACIAS

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