APS GELADEIRA

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Universidade paulista – unip Swift
GEladeira
CAMPINAS
2019
Universidade paulista - unip
GELADEIRA
DAVI PEREIRA DE ARAÚJO CORREIA - N2138F-7
GUSTAVO FERMINO LOPES POÇO - D3096G-5
IZABELA GABRIELE MIRANDA VALDEZ - D1675A-0
LUCAS DE SOUZA - D47604-1
ROMILDO CODOGNO JUNIOR - D30103-9
TAMIRES FABIANE DA SILVA - D243FG-0
TIAGO VINICIUS SOUSA SOARES - D2633I-0
CAMPINAS
2019
Sumário
Lista de figuras	3
Lista de tabelas	4
Nomenclatura	5
RESUMO	6
1	introdução	7
2	objetivo	8
2.1	Objetivo Geral	8
2.2	Objetivo Especifico	8
3	ISOLANTES TÉRMICOS	9
3.1	Transferencia De Calor	9
3.1.1	Conduçãor	9
3.1.2	Convecção	9
3.1.3	Radiação	9
3.2	Poliestireno Expandido (Isopor)	10
3.2.1	Vantagens	11
4	EFEITO PELTIER	12
4.1	Utilidades	14
4.2	Vantagens	14
4.3	DESVantagens	14
5	PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL	16
5.1	Lista De Materiais	17
5.2	Resultados Obtidos	18
5.3	Cálculos do Experimento	18
5.3	Estrutura dos Materiais	19
6	CIRCUITO ELÉTRICo	20
7	Conclusão	21
8	BIBLIOGRAFIA	22
Lista de figuras
Figura 1 - Poliestireno Expandido (Isopor)	10
Figura 2 - Esquema Interno De Uma Célula Peltier.	12
Figura 3- Pastilha Peltier	13
Figura 4 - Dissipador De Calor De Alumínio Utilizado	16
Figura 5 - Ambas Fontes Chaveadas Utilizadas No Projeto	17
Lista de tabelas
tabela 1 - Lista De Materiais 	17
Nomenclatura
Letras Latinas
	V
	Tensão
	[V]
	I
Tf
Tq
Q
m
c
t
Qf
W
	Corrente
Temperatura fria
Temperatura quente
Calor
Massa
Calor especifico
Tempo
Taxa de transferência de calor refrigerante
Potência
	[A]
[K]
[K]
[KJ]
[g]
[KJ/Kg]
[s]
[W]
[W]
	
	
	
Letras Gregas
	β
βmax
ΔT
	Rendimento da maquina refrigeradora 
Rendimento da maquina refrigeradora em condições ideias 
Diferencial de temperatura
	[]
[]
[ºC]
RESUMO
	A principal proposta deste trabalho é realizar a construção do interior de uma geladeira utilizando o método de Peltier, que nada mais é que com que seja criado um refrigerador a partir de pastilhas termoelétricas. Assim como medir a temperatura de bebidas introduzidas dentro da mesma. A geladeira é um dispositivo comum em nossas residências. A sua função principal é fazer o armazenamento de alimentos de baixas temperaturas para evitar ação de bactérias e o surgimento de bolor ou fermentação. O resfriamento ocorre através do processo de trocas de calor. Os primeiros refrigeradores para uso doméstico foram criados em 1913 e pode ser considerado um dos objetos mais importantes da economia moderna, pois influenciou no nosso dia a dia a forma como nos alimentamos, afinal a comercialização de produtos alimentícios refrigerados e congelados tem aumentado pois o congelamento permite manter o produto armazenado durante períodos maiores de acordo com o produto alvo, processos utilizados e embalagem. Quanto mais rápido for o congelamento e o resfriamento maior será a durabilidade de seu alimento após ser retirado do refrigerador. Dentro de uma geladeira domestica atual alcançam-se a temperatura de 6 e 10C
Palavras-chave: Temperatura; Geladeira; Peltier.
introdução 
	Este trabalho desenvolve-se a metodologia que permite a analise do desempenho de refrigeradores, quanto domésticos como de uso comercial. A geladeira foi criada em 1856 quando uma fabrica australiana de cerveja contratou o James Herrison para refrigerar os produtos. Após o aperfeiçoamento do equipamento, especialistas no norte da America fizeram um sistema de refrigeração para frutas e legumes em 1866, a primeira geladeira domestica surgiu em 1913 nos Estados Unidos. A interpelação para tratar do desempenho do refrigerador contem como foco também o consumo de energia. Todo trabalho foi desenvolvido para criar o desempenho dos refrigeradores no local aonde serão utilizados de forma que possa fazer avaliação nas condições reais nas quais são submetidos os equipamentos durantes seus regimes de funcionamento, e tem vantagens do seu uso e desvantagens. As pastilhas termoelétricas por motivos de serem pequenas leves funcionam com potências baixas e são capazes de gerar um grande diferencial de temperatura que podem ser substituídos pelos ciclos convencionais que caracterizam da compressão de um fluido refrigerante para a extração de calor das câmeras no interior. Na intenção o funcionamento de uma geladeira portátil que possa ser versátil o bastante para ser utilizada em qualquer outro lugar, como objetivo conter medidas de temperatura do ar nas geladeiras em função ao tempo.
objetivos
Objetivo Geral
	Criar uma geladeira e calcular seu rendimento através dos estudos feitos ao longo do semestre, assim sendo possível cria-la com a pastilha peltier, a qual é a mais versátil no mercado para refrigeração.
Objetivo Especificos
	Através do efeito peltier criar a geladeira com a maior eficiência possível e com o menor custo, assim projetando uma estrutura com menor saida de calor possível para manter o ambiente interno refrigerado e não ter disperdicio de energia.
isolantes térmicos
	Isolamento térmico é definido como um material ou combinações de materiais retandam o fluxo de calor, os isolantes térmicos são utilizados em diversos lugares comuns do dia a dia, como exemplo em edifícios para a melhorar o consumo de energia de resfriamento, ou em industiras que utilizam para controlar o ganho de calor.
	O isolamento térmico é uma prática tão antiga na humanidade que é visto que na idade média era comum a população utilizar barro e palha em paredes das casas para isolá-las para conforto térmico. Esse costume é aprimorado conforme o avanço da tecnologia, assim tendo melhorias nas técnicas de isolamentos térmicos.
Transferencia de calor
	O fluxo de calor tende sempre a fluir do mais quente, para o mais frio até que ambas temperaturas sejam equivalentes, sendo comumente conhecido como o processo de “roubar calor”. A transferência de calor é dividida por três meios diferentes, conhecidos como condução, convecção e radiação.
Condução
A condução é a transferência de calor através de meios sólidos, assim sendo dois objetos em contatos trocando calor repetidamente, até ambos possuir a mesma temperatura.
Convecção
A convecção pode ser feita de maneira natural ou forçada, ela é um método onde o fluxo de calor viaja por um fluido, sendo gasoso ou liquido.
Radiação
A transferência de calor através da radiação é um método onde a transmissão de energia é feita através de ondas eletromagnéticas, assim não sendo necessário o contato direto para a transferência de calor.
Poliestireno Expandido (Isopor)
	O material escolhido como isolante térmico para a geladeira foi o Poliestireno expandido, comumente conhecido no Brasil como Isopor, ele atende a demanda do projeto devido a sua versatilidade e seu baixo custo.
Figura 1 - Poliestireno Expandido (Isopor)
Fonte:Google Imagens
	Poliestireno expandido é um plástico celular e rígido formado a partir de derivados do petróleo, como uma espuma moldada, constituído por um aglomerado de grânulos, que pode apresentar uma grande variedade de formas e aplicações, de embalagens para alimentos até mesmo revestimento de paredes na construção civil.
	A expansão do poliestireno é efetuada na primeira fase em um pré-expansor através de aquecimento por contato com vapor de água. O agente responsável pela expansão incha o PS para uma proporção de cinquenta vezes maior do que o inicial. Resultando assim em um granulado de partículas de isopor constituídas por pequenas células fechadas, que é armazenado para estabilização.
	O processo de estabilização é necessário para permitir uma posterior transformação do isopor. Durante este processo o granulado é arrefecido, criando uma depressão no interior de suas células, que são preenchidas pelo ar circundante. Após a estabilização, o granulado é introduzido em moldes e novamente exposto a vapor de água, fazendo com que os grãos se soldem uns nos outros
	Por ser um material leve, de baixa condutividade térmica e de baixo custo, o isopor tem sido utilizado na confecção de peças como:
· Caixas térmicas para acondicionamento de bebidas e alimentos
· Porta mamadeiras
· Portagarrafas de cerveja
· Porta copos
· Baldes para gelo
· Pranchas esportivas
· Pranchas para artesanato
· construção civil
Vantagens
Devido a sua versatilidade, o isopor é o isolante térmico mais conhecido e utilizado no Brasil, ele possui algumas vantagens as mais conhecidas são:
· Baixa condutividade térmica;
· Baixa absorção de água;
· Resistência mecânica;
· Leveza;
· Resistente ao envelhecimento;
· Higiênico e totalmente inócuo. 
efeito Peltier
. Este efeito Peltier foi criado em 1834, por um físico francês chamado Jean Charles Athanase Peltier. Em um experimento onde Jean Peltier juntou um fio de cobre e outro fio de bismuto e os conectou em uma bateria. Quando ele ligou a bateria, uma das junções dos dois fios ficou quente, enquanto a outra ficou fria. Se a junção fria estivesse dentro de uma caixa isolada, se tornaria em um refrigerador. Peltier não sabia que ele seria um dos primeiros inventores da geladeira. Se os pólos elétricos forem trocados, a pastilha se tornaria em um aquecedor. E o que se caracterizam nessa tecnologia é que os módulos não consomem calor, e com isso a necessidade do uso do dissipador. As pastilhas termoelétricas são mais utilizadas em pequenas aplicações de resfriamento. Diariamente nos módulos mais potentes se transfere no máximo de 250 w, que torna uma tecnologia mais viável para o uso, como exemplo o ar condicionado. As pastilhas são empilhadas para se chegar a temperaturas mais baixas, e até podem alcançar níveis de temperatura muito mais baixa, mas necessitam de complexos processos. O efeito Peltier é o inverso de termopar.
Figura 2 - Esquema Interno De Uma Célula Peltier
Fonte:Arduino e Eletrônica
 
	Se for instalado no interior de algum equipamento, isso provavelmente será necessário a instalação da ventilação adicional para evitar o aquecimento de outras partes. No caso de defeito é ideal o dispositivo esfriar e ficar isolado do dissipador e proteções que devem existir caso o superaquecimento não for suportado. Em outra situação o aspecto a considerar é a possibilidade de acumulamento de água, que pode ser evitado com certa seleção. A escolha certa seria o sistema de controle para evitar excesso de resfriamento e a indesejável condensação. O efeito Peltier às vezes é acoplado ao inverso, tendo como nome efeito Seebeck, e os dois efeitos são relacionados ao terceiro que se chama efeito Thomson. Seebeck e Thomson são componentes diferentes do mesmo principio cientifico, eles mostram que a eletricidade é causada uma diferença de calor na junção de dois metais diferentes conectados juntos.
Figura 3- Pastilha Peltier
Fonte:Lojas Americanas
Utilidades
	Apastilha peltier é utilizada de varias maneiras diferes, as mais conhecidas entre elas são:
· Bebedouro eletrônico: pode servir tanto para esfriar como para esquentar a água. 
· Mini geladeira: só é possível gelar coisas pequenas e ser usado o sistema Peltier.
· Ultra- resfriamento: contem um lado quente que pode ser resfriado com um nitrogênio liquido e com isso o lado frio tem temperaturas próximas de zero Kelvin. 
· Medição de temperatura: o efeito Seebeck é mais utilizado para a medição de temperatura em meio de termopares.
· Pilhas atômicas: é ocorrido através do decaimento radioativo, a energia térmica é gerada, e o efeito Seebeck é utilizado para gerar grande tensão. Estas pilhas são pequenas potências, mas de longa durabilidade
Vantagens
· Não possui peças mecânicas móveis, por isso são silenciosas, ideais para aplicações de resfriamento que são sensíveis a vibrações mecânicas ou têm um tamanho ou espaço limitado.
· São indicadas onde se deseja estabilização de temperatura com um controle preciso.
· Não necessitam de manutenção e podem trabalhar em qualquer posição.
· Não utilizam gases poluentes.
· Alta durabilidade.
Desvantagens
· Não possuem boa eficiência no resfriamento de grandes áreas ou mesmo operando como um condicionador de ar.
· O custo por watt transferido é bem superior ao de um compressor.
· Se a dissipação de calor não ocorrer de forma adequada, pode gerar um calor extremo, gerando um efeito indesejado ou a perda do eletrônico.
· Condensação de água.
procedimento experimental
	O projeto foi montado inicialmente recortando a tampa da caixa de isopor com o tamanho exato do dissipador de calor de maior tamanho para liberar o calor gerado pela peltier, logo em seguida foi feita uma camada de isopor de 30 milimetors de espessura para revestir a caixa de ispor de cinco litros, assim evitando que o ar frio “escape” por ela. Para ter uma proteção maior ao calor, foi envolvida com E.V.A. a caixa.
Figura 4 - Dissipador De Calor De Alumínio Utilizado
Fonte:Autoria Própria
	A Pastilha peltier gera calor em uma extremidade enquanto em outra extremidade retira calor, assim esfriando, então foi necessário aplicar dois dissipadores de calor e dois ventiladores para evitar a queima da peça e resfriar a caixa, utilizando o dissipador de maior tamanho junto ao maior ventilador para a região quente estando em contato com a área externa, já o dissipador e ventilador menores estão para a região interna da caixa para resfria-la. A alimentação elétrica será com duas fontes sendo uma fonte de 12V 2,5A para os dois ventiladores e a fonte 12V 5A sendo exclusivamente para a pastilha peltier.
Figura 5 - Ambas Fontes Chaveadas Utilizadas No Projeto
Fonte:Autoria Própria
Lista de Materiais
	Tabela 1 - Lista De Materiais.
	Quantidade
	Materiais
	1
	Caixa de isopor 5L
	1
	Ventilador 12V 40x40mm
	1
	Ventilador 12V 80x80mm
	1
	Dissipador de calor de Alumínio 80x80mm
	1
	Dissipador de calor de Alumínio 40x70mm
	1
	Pastilha peltier 40x40mm
	1
	Pasta Térmica
	1
	Medidor de Temperatura a prova d'agua
	3
	E.V.A.
	2
	Placa de isopor 30mm espessura
	1
	Fonte Chaveada 12V 2,5A
	1
	Fonte Chaveada 12V 5A
		Fonte: Autoria Própria
Resultados Obtidos
	Quando ligada foi colocada em funcionamento por aproximadamente 20 horas, assim reclemos o dado visando com o medidor de temperatura, a temperatura interna alcançada foi de aproximadamente 7ºC sendo o resultado desejado, analisando a temperatura média das geladeiras domesticas sendo de 2ºC à 6ºC, assim conseguindo preservar o alimento em uma a qual resfria o liquido não congelando-o.
Cálculos do Experimento
	Primeiro iremos analisar as temperaturas do projeto, sendo a temperatura interna de 7ºC com uma temperatura externa de 29ºC, ambas temperaturas deverão ser convertidas para Kelvin para realizar alguns cálculos.
	Tf=7ºC+273
	Tf=280K
	Tq=29ºC+273
	Tq=302K
	Ao realizar o teste colocamos uma lata de alumínio da marca Coca-Cola cheia d’agua, seu peso era de 264 gramas, o calor especifico(c) da água é igual a 1KJ/Kg.
	Q=m*c* ΔT
	Q=264*1*(29-7)
	Q=5808KJ
	O liquido alcançou a temperatura de 7ºC após aproximadamente 2 horas em repouso, esse tempo equivale á 7200 segundos. Com essa equação pode-se encontrar a taxa de transferência de calor.
	Qf=Q/t
	Qf=5808/7200
	Qf=0,8066W
	logo pode ser calculado o rendimento em condições ideais, conhecido como rendimento de Carnot (βmax), com ele comparar ao rendimento comum e tirar prova se o rendimento é real ou não e também se ele é consideravelmente bom ou não.A pontencia da pastilha peltier TEC1-12706 é de 63W.
	
	β=Qf/W
	β=0,8066/63		
	β=0,01280
	βmax =Tf/(Tq-Tf)
	βmax=280/(302-280)
	βmax=12,72
Estrutura dos materiais
	A geladeira tem objetivo de apenas refrigerar bebidas enlatadas, então visaremos analisar apenas as latas de alumínio que são as mais comuns no mercado brasileiro.
	Quando o alumínio é exposto a temperaturas abaixo de zero, o alumínio não se torna frágil. Sua resistência aumenta sem perder a ductilidade. Esse não é o caso do projeto e a latas de alumínio são preparadas para suportar temperaturas próximas a zero.
	Seu módulo de elasticidade apresenta de 7030 kg/mm² à 7500 kg/mm², essa propriedade dá a ele capacidade de reduzir as tensões produzidas pela variações de temperaturas e amortecer impactos recebidos. 
Circuito elétrico
	O circuito elétrico dividido em duas partes, onde são separados porduas fontes de alimentação diferentes devido a pastilha peltier, ela trabalha com uma corrente máxima de 6 ampers, para podermos aproveitarmos o máximo de seu potencial sem risco de superaquecimento, foi decidido tem uma fonte chaveada de 12V 5A exclusivamente para a célula peltier, enquanto a alimentação dos ventiladores será feita pela fonte chaveada de parede de 12V 2,5A. Na figura a seguir pode ser analisado os dois circuitos separados.
Conclusão
	Através do estudo dedicado a pastilha térmica peltier podemos analisar que o lado que aquecerá e refriará será influenciado pela direção de sua corrente elétrica e devido pela sua alta durabilidade, silenciosidade e sua leveza à torna a melhor opção para o projeto realizado.
	Assim o mesmo tem um grande tempo para resfriar totalmente a área interna, devido a sua baixa potencia e pelo isolamento da caixa, para atingir melhores resultados para a aceleração do resfriamento, seria a utilização de duas pastilha peltier, contudo para isso deveria se utilizar uma fonte chaveada de 12V 10A para a alimentação de ambas paralelamente.
Bibliografia
SAVAE, Laís Gomes; SILVA, Thiago Cardoso. Resfriamento E Aquecimento Utilizando Célula Peltier. 2013. 23 folhas. Engenharia Elétrica – Faculdade Estácio De Curitiba, Curitiba, 2013 
MAGALHÃES, Danielle Cristina Camilo; SORDI, Vitor Luiz; FERRANTE, Maurizio. Propriedades Mecânicas Em Temperatura Criogênica Da Liga
Aa6061. 2016. 13 folhas. Engenharia de Materiais – Universidade Federal de São Carlos – UFSCar, São Carlos, 2016.
Alumínio: Características Químicas E Físicas: Propriedades Mecânicas. ABAL: Associação Brasileira do Alumínio. Disponível em: http://abal.org.br/aluminio/caracteristicas-quimicas-e-fisicas/propriedades-mecanicas/#accordion. Acesso em: 15/08/2019
HARFORD, Tim. Como a invenção da geladeira mudou a história - e a forma como fazemos comércio. BBC, 11/2017.
Disponível em:https://www.bbc.com/portuguese/geral-42074161. Acesso em: 15/08/2019.
Árvore Do Conhecimento:	Tecnologia De Alimentos. Ageitec Agência Embrapa de Informação Tecnológica. Disponível em: https://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/tecnologia_de_alimentos/arvore/CONT000fid5sgie02wyiv80z4s473caciza4.html. Acesso em: 15/08/2019.