Linterna basada en elementos Peltier. Linterna alimentada por el calor de las manos humanas Elementos a partir de los cuales se ensambla la linterna.

Aquí hay un invento interesante de un adolescente en Victoria, Columbia Británica, Canadá.
Ann Makosinski, que sólo tiene 15 años, mostró al mundo su invento: una linterna que funciona con el calor del cuerpo humano. En su escuela hubo un concurso de proyectos científicos y para ello la niña creó tal innovación.

Cómo funciona la linterna

Ann dijo que se utilizaron elementos Peltier y también se utilizó el fenómeno de la diferencia de temperatura entre el aire y la palma humana. El resultado es una linterna que funciona sin pilas. Para que aparezca la luz sólo se requiere una diferencia de 5 grados entre la temperatura del aire y la del cuerpo.

Cómo se creó la linterna milagrosa

Primero, por supuesto, se montó un prototipo. Para crearla, Ann hizo los cálculos necesarios para saber si el calor corporal (o, más precisamente, la palma de la mano) podría convertirse en una fuente constante de electricidad para la linterna. La práctica confirmó los cálculos de la niña. Resultó que la mano humana puede producir suficiente calor para convertirlo en electricidad. Y luego la linterna funcionará sin baterías ni otras fuentes, sino solo con el calor del cuerpo humano.

Elementos a partir de los cuales se ensambla la linterna.

La secuencia de montaje de la innovadora linterna fue la siguiente: Ann tomó un tubo hueco de aluminio y en él montó elementos Peltier. Luego la niña colocó el tubo con los elementos en otro tubo, ahora de cloruro de polivinilo, con un pequeño orificio. Esto permitió que el aire circulara y enfriara el dispositivo. Y todo funcionó: la linterna empezó a brillar intensamente cuando la diferencia de temperatura era de sólo cinco grados centígrados.

Componente económico de la invención.

Se crearon un total de 2 prototipos y ambos funcionaron con éxito. Es curioso que este producto sea muy barato, el coste de los componentes de estas 2 muestras fue de sólo 26 dólares. Y gracias a su trabajo creativo, Anne Makosinski participó y se convirtió en una de los 15 finalistas del prestigioso concurso de invenciones científicas GoogleScienceFair entre adolescentes de 15 a 16 años.

¿Qué tipo de energía humana no se utiliza para convertirla en electricidad? Ahora llegamos al térmico. Te mostraré cómo hacer una linterna LED eléctrica eterna que utiliza el calor de nuestro cuerpo.
Una de las empresas occidentales produce llaveros con linternas similares que utilizan el calor del dedo. Allí sólo brillan LED. Decidí aumentar el tamaño de la linterna, haciendo una linterna eterna en toda regla.

Habrá suficiente electricidad para iluminar intensamente el panel LED de la vieja linterna a batería.

¿Qué necesitas para hacer esta linterna eterna?

• Elementos Peltier – 4 piezas, comprar aquí –
• Un trozo de aluminio.
• Convertidor de carga -
• Panel LED de una vieja linterna.

Hablé sobre el funcionamiento del elemento en el artículo anterior; no nos detendremos en esto.

Diagrama de linterna

El circuito es así: los 4 elementos Peltier están conectados en serie: más a menos, y luego este circuito se conecta a un convertidor elevador.

Pre chequeo

Sacamos un radiador grande y comprobamos el funcionamiento del circuito. El radiador enfría los elementos desde abajo y yo los caliento con la mano desde arriba. En la salida de los elementos aparece un voltaje de aproximadamente medio voltio. Esto es suficiente para ejecutar el convertidor elevador. El LED conectado a la salida del convertidor se ilumina intensamente, indicando su funcionamiento.

Hacer una linterna con elementos Peltier

Ahora le daremos vida a todo. Coge una lámina de aluminio y corta una tira. Cuanto más grueso sea el aluminio, mejor. 1-3 milímetros serán suficientes.
Recortamos espacios en blanco como los omóplatos. En el centro habrá elementos Peltier y los extremos anchos servirán como radiadores.
Doblamos los espacios en blanco para que parezca una nave espacial de películas de ciencia ficción sobre el espacio. Debe haber espacio entre ellos. Los cables pasarán por el centro. Las cubiertas de plástico ocultan completamente el radiador dentro del mango, evitando que el calor de tus manos se transfiera al radiador. De esta forma sólo tocamos los termopares.
Giramos las placas, instalamos los elementos, los presionamos con almohadillas de plástico y pasamos los cables. Adjuntamos el convertidor a una de las placas.
Hagamos pequeñas orejas para sujetar la linterna. Puedes usar aluminio más delgado para esto. Conectamos y soldamos todo.

Eso es todo.

La mejor época para utilizar esta linterna es, por supuesto, el invierno. Cuando afuera hace cero o menos, sus manos aún no están muy frías y es muy posible usar una linterna de este tipo. Para un mejor efecto, se pueden cambiar las manos periódicamente.
Intente hacer algo similar usted mismo. No es tan difícil y caro como espectacular y emocionante.

Hola, mi nombre es Danil y estoy paranoico. Mi paranoia radica en que estoy convencido de la inminente llegada del Gran Zorro Ártico. No importa en qué forma vendrá este mismo zorro ártico: si seguimos vivos, lo más probable es que tengamos que empezar a vivir desde cero. Y la vida es mucho más divertida cuando tienes algo para cargar las baterías de tu linterna y dosímetro. Para los que opinéis lo mismo (así como para todos los que tengáis curiosidad), os pido que recortéis más abajo (ojo, fotos pesadas).

parte de investigación

En realidad, ¿por qué el elemento Peltier? Es mucho más lógico comprar una linterna con accionamiento muscular ("escarabajo de tierra"), paneles solares o, en el peor de los casos, construir un molino de viento. Antes también pensaba que era muy posible arreglárselas con los escarabajos terrestres. Pero tiene muchas piezas móviles, fabricadas por el tío Liao con plástico barato. La primera avería en las condiciones del Gran Zorro Ártico y te quedas sin electricidad.

Bueno, te preguntarás, ¿por qué no paneles solares? No hay partes móviles. Estoy de acuerdo, responderé, pero en las condiciones de un invierno nuclear o volcánico o bajo el techo de hormigón de un refugio de dos metros, no es tan fácil tomar el sol.

¿Molino? ¿Qué área deben tener sus aspas para que pueda girar incluso con viento débil? Piezas móviles, otra vez. El molino de viento es adecuado para instalación permanente al equipar un refugio a largo plazo.

Habiendo considerado estos argumentos, me desanimé. Pero pronto encontré accidentalmente el sitio web nepropadu.ru (sin publicidad, solo un enlace al material original). Me senté en él continuamente durante dos días y en el proceso encontré un artículo muy interesante sobre una estufa de astillas de leña hecha de una carcasa de fuente de alimentación de computadora con un elemento Peltier en el lateral (enlace al final de la publicación). . Hubo muchos escépticos en los comentarios, pero el autor escribió que cargó tranquilamente el teléfono desde un convertidor CC-CC chino conectado... Me enganché.

Parte de diseño

Para empezar, pedí el mismo elemento Peltier a los chinos en eBay (suficiente para experimentos). Me costó 320 rublos. Lo que me agradó fue la entrega rápida y con seguimiento, pero gratuita. Además, el producto fue enviado literalmente una hora después del pago (y fue el domingo).

Mientras viajaba el elemento Peltier, pensé en el diseño del futuro generador termoeléctrico, encontré un radiador adecuado con un ventilador (un radiador de procesador antiguo funcionaba perfectamente) y también desenterré en Internet un circuito para un convertidor DC-DC con una corriente de salida máxima de 1 amperio a un voltaje de 5 voltios.

No consideré aconsejable hacer una estufa de astillas de leña siguiendo el ejemplo de aquel artículo. El metal del que está hecho el hardware de la computadora es muy blando; se “hundirá” cuando se exponga a altas temperaturas y se quemará rápidamente. Por lo tanto, se decidió hacer una "versión extraíble" del generador, que podría montarse en el costado de una estufa estacionaria o apoyarse en una olla sobre el fuego. Y para evitar que el elemento Peltier se fríe a fuego abierto en tales condiciones, se necesitaba una junta resistente al calor pero conductora del calor. Para ello, logré conseguir un trozo de placa de aluminio gruesa de 100x120x5 milímetros.

Para presionar el elemento Peltier contra el sustrato de aluminio y, a su vez, presionar el radiador contra él, decidí utilizar un juego de construcción de metal para niños que una vez compré para necesidades de robótica.

Pero llegó el elemento Peltier y llegó el momento de la asamblea.

Parte tecnológica

Teníamos un radiador, una placa de aluminio, un elemento Peltier, un puñado de componentes de radio, un trozo de PCB de aluminio y una variedad de tornillos y tuercas. No recuerdo más.

Entonces, todos los componentes están ensamblados, puede comenzar a ensamblar.

Pido disculpas por la placa que estaba marcada y perforada en dos lugares; después se me ocurrió que sería bueno fotografiar todo el proceso de montaje desde el principio.

El primer problema que me esperaba fue el ventilador estándar de 12 voltios del radiador. Como voy a producir sólo 5 voltios, e incluso con una corriente máxima bastante pequeña, esto podría crear un problema.

Primero, lancé mi anzuelo en todas las tiendas de radio e informática de Perm, pero en ninguna parte había un ventilador de 5 voltios de 80x80 milímetros. Y si los había, eran de menor tamaño y con una corriente de más de 200 mA, que era demasiado.

Luego investigué un poco en eBay y descubrí que el ventilador que necesitaba costaba 300 rublos. Pero no tenía sentido esperar una entrega rápida, así que dejé esta opción como alternativa.

Y solo después de toda la búsqueda supuse que debía conectar el ventilador estándar de 12 voltios a una fuente de voltaje de 5 voltios. Resultó que sopla bastante bien y al mismo tiempo no consume mucha corriente. Por lo tanto, decidí dejarlo por ahora y, después de probarlo, si es necesario, pedir un ventilador en eBay.

Marqué una placa de aluminio y le hice dos agujeros para montar el radiador y dos para la placa del convertidor de voltaje. Hice los agujeros con un diámetro de 4 milímetros (para los tornillos del diseñador), y por fuera los ensanché a 7,5 milímetros para ocultar las cabezas de los tornillos. Después de eso, redondeé las esquinas afiladas con una lima y caminé con papel de lija grueso por todas las superficies de la placa y con papel de lija fino donde se presionó el elemento Peltier.

En este punto, consideré completo el procesamiento del sustrato y comencé a fabricar el convertidor de voltaje.
El convertidor de voltaje de refuerzo de pulso está ensamblado en el IC L6920, que comienza a funcionar con un voltaje de entrada de 0,8 voltios y le permite eliminar de su salida un voltaje fijo de 3,3 o 5 voltios, o variable de 1,8 a 5,5 voltios.

El diagrama esquemático del convertidor es típico y está tomado de la hoja de datos.

Para obtener 5 voltios en la salida del circuito, la pata 1 se conecta al cable común. También está configurado para generar un nivel bajo en el pin 3 cuando el voltaje de entrada cae por debajo de 1,5 voltios.

Para el circuito se dispuso una placa de circuito impreso, sobre la cual se fijó al sustrato base utilizando las mismas piezas del juego de diseño infantil. No me preocupa que la placa se sobrecaliente, ya que ha sido forzada a enfriarse mediante un flujo de aire que sale del radiador.

Tuve que retocar la macro del estuche que contenía el microcircuito que compré. En el sitio web de la tienda se decía que estaba en el caso SSOP-8. Resulta que no existe tal caso en el conjunto estándar de macros de Sprint Layout. Encontré un dibujo del cuerpo del SSOP-8 e hice una macro, después de lo cual enruté la placa. Después de una impresión de prueba, resultó que el microcircuito es algo más ancho y no cabe en sus placas de contacto. Buscar en Google un modelo de chip específico (L6920D) me llevó al sitio web de Chip-Dip, donde descubrí que el IC con índice D se fabrica en el paquete TSSOP-8. Rascándome la cabeza, encontré un dibujo de este caso, creé una macro y redirigí el tablero. Ahora todo resultó correcto.

El tablero se fabricó utilizando LUT y se ensambló. Resultó que soldar la carcasa TSSOP-8 sin secador de pelo es muy inconveniente. Pero somos gente experimentada, soldamos microcircuitos FTDI con un paso de clavija de 0,4 milímetros.

Ahora puedes empezar a instalar el elemento Peltier y el radiador. Recubrí el sustrato y el radiador en los puntos de contacto con el elemento con pasta térmica. Luego apretó el "sándwich" resultante con nueces.

Resultó que la placa del convertidor no encaja, el conector de entrada descansa sobre el radiador, calculé un poco mal. Le di la vuelta a los soportes de montaje, colgué el tablero afuera y agregué dos soportes más para proteger los elementos de daños mecánicos. Esto es con lo que terminamos:

Ahora puedes comprobar la funcionalidad del generador. Lo calenté en un quemador de gas. Decidí no instalar un ventilador por ahora.

Para empezar, resultó que confundí la polaridad de conectar el elemento al convertidor. Aunque todo parecía correcto: el cable negro está en negativo y el cable rojo en positivo. Sin embargo, el generador no quiso funcionar. Luego cambié la polaridad de la conexión del elemento.

El generador comenzó a funcionar: primero se encendieron ambos LED, indicando la presencia de 5 voltios en la salida y bajo voltaje en la entrada, luego el LED rojo se apagó: el voltaje aumentó por encima de un voltio y medio.

Para mi disgusto, resultó que sin ventilador, después de un par de minutos de operar el sistema, el radiador se calentó notablemente. No funcionará de esa manera.

Al día siguiente caminé por el mercado del metal y varios mercadillos de informática, pero cuando pregunté por los ventiladores de 5 voltios, por todos lados se encogieron de hombros y me aconsejaron que fuera “a ese lugar de allá” en el que ya había estado. hace un par de minutos. Como resultado, me fui a casa con las manos vacías.

En casa, realicé un experimento para alimentar un ventilador estándar de 12 voltios desde la salida de 5 voltios del convertidor. Los resultados no me agradaron: el convertidor, con evidente desgana, apagó el LED rojo y el ventilador se sacudió débilmente durante varios segundos, intentando arrancar. El flujo de aire del ventilador que funcionaba a la mitad de potencia no fue suficiente para un enfriamiento normal: el radiador se calentó con la misma rapidez, aunque ya no me quemó los dedos. Al final, decidí pedir el ventilador en Ebay.

Resultado

A pesar de la baja eficiencia del elemento Peltier en el modo de generación, obtuve un resultado intermedio: al conectar una batería portátil con una corriente de carga indicada de 1000 mA a la salida del convertidor, el generador pudo producir una corriente de aproximadamente 600 mA. Creo que esta corriente es suficiente para cargar la mayoría de los dispositivos en las condiciones del Gran Zorro Ártico.

Cuando llegue el ventilador (Ibay promete desde mediados de marzo hasta principios de abril), comprobaré la refrigeración. Además, deberá probar el funcionamiento del generador en condiciones de "combate", en caso de incendio.

Pido disculpas por la calidad de las fotografías, no soy un gran fotógrafo. Enlace al artículo que me inspiró: tyts.

Esta publicación contiene una idea que implementa un diseño práctico de una linterna LED basada en un único elemento Peltier. La fuente de energía térmica es una tubería ordinaria de un radiador de calefacción en pulgadas. Las temperaturas oscilan entre 60 y 65 grados. De esta forma podrás hacer una lámpara de mesa y encontrarle muchos usos. Desde una simple luz de noche en casa hasta iluminación de emergencia en la entrada. Esta linterna consta de sólo 5 piezas. Tubería de calor, generador Peltier, refrigerador, convertidor boost DC. Carga en forma de LED. Mire el vídeo de Igor Beletsky.

Puedes comprar este módulo y conversor TEC1-12706 en esta tienda china.

¿Para qué se necesita un conducto de calor?

Para transferir calor de forma eficaz al convertidor termoeléctrico Peltier, el autor adaptó un perfil de aluminio en forma de U. Los espacios entre el tubo de calefacción y el perfil deben rellenarse herméticamente con una fina lámina de aluminio. De este modo se garantiza un contacto estrecho entre el tubo y el interior del perfil. El maestro utilizó el TEC1-12706 más común y económico. Tamaño 40 x 40 milímetros. Muy fácil de comprar. El módulo generador de electricidad está sujeto entre un tubo conductor de calor y un disipador de calor de computadora. Puede encontrarlo en el mercado de radios desmanteladas por unos centavos. Preferiblemente tamaño grande.

La conexión debe estar firme a la pared. Usamos pernos y abrazaderas. No queda tan bonito debajo de una solera de plástico, pero el resultado es el mismo.

La parte principal, sin la cual no funcionará. Este es un convertidor elevador de voltaje. Con una diferencia de temperatura tan débil de 30 grados, la fundición no producirá más de 0,5 voltios. El convertidor eleva el voltaje a 3-5 voltios. Es necesario encender la luz LED. Puedes hacerlo tú mismo, hay muchos diagramas en Internet. Pero su eficiencia está lejos de la de un microcircuito, aquí es más del 90%. Hay una cómoda salida USB para conectar una carga. Cualquier linterna LED servirá, siempre que tenga bombillas de 3 voltios.
El maestro ha encontrado un uso útil para una linterna en casa. Hay un pasillo largo y estrecho que atraviesa todo el apartamento. Es difícil caminar por él sin chocar contra nada. Puedes encender la luz, pero aquí está el problema: el interruptor está en medio del pasillo y hay que caminar y sentirlo. Este problema se acabó. Tuve que retocar el cableado. Lo más importante es que la batería de calefacción te proporciona luz prácticamente gratis. Después de todo, todo el calor que pasa a través del elemento Peltier se disipa en el apartamento.

Curiosamente, Ann tiene sólo 15 años, pero aun así logró crear un dispositivo extremadamente útil, que recibió un premio especial en la feria de ciencias de Google. El inventor canadiense intentó utilizar algo que cualquier persona tiene en abundancia en las manoplas: el calor corporal. Desarrolló una linterna que se carga mediante un par termoeléctrico, un dispositivo que genera corriente a partir de una diferencia de temperatura. El elemento principal de la linterna es un elemento Pelte común y asequible, que se utiliza para enfriar los chips de una computadora. Una característica del elemento Peltier es la generación de electricidad cuando un lado se calienta y el otro se enfría.

Ann Makosinski, de 15 años, ahora puede ahorrar pilas: hizo una linterna que funciona con el calor de sus palmas

"Utilizando cuatro elementos Peltier y la diferencia de temperatura entre la palma y el aire circundante, encendí una linterna que, en última instancia, produce una luz brillante sin baterías ni piezas móviles", dice Anne Makosinski. "La linterna es fácil de usar y requiere sólo una diferencia de temperatura de 5 grados para que el dispositivo produzca una potencia de hasta 5,4 mW y pueda iluminar un espacio dentro de un radio de 1,5 m con el brillo de una vela".

Curiosamente, la idea de calcular la potencia que puede producir una mano humana se le ocurrió a un adolescente de 15 años, y no a un ingeniero de una gran empresa que produce fuentes de luz. Ann Makosinski calculó que con una superficie útil de la palma de 10 cm2, utilizando un elemento Peltier (10% de eficiencia), se pueden obtener hasta 57 mW de potencia. Como fuente de luz para la linterna se eligieron LED convencionales de 12 V y 5 mm, que, sin embargo, consumían demasiado voltaje (2500 mV): la linterna que utilizaba elementos Peltier no brillaba.

Después de una larga búsqueda, Ann decidió complicar el diseño de la linterna y añadió un convertidor de potencia: un circuito integrado LTC31088 con una eficiencia del 50% a 100 mV. Como resultado, la linterna consta de solo 4 componentes: un transformador elevador, un microcircuito, un condensador de 47μF y un LED.

El inventor fabricó 2 linternas, F1 y F2, con elementos Peltier de diferentes tamaños: 16 metros cuadrados. cm y 5,4 metros cuadrados. cm respectivamente. Ambas linternas tienen un diámetro de 25 mm y una longitud de 125 mm y tienen un diseño sencillo pero eficaz. Para crear la diferencia de temperatura entre los elementos Peltier, Anne utilizó tubos de aluminio y PVC con ranuras para los cuatro elementos Peltier. El PVC crea un aislamiento térmico, evitando que la mano caliente el tubo de aluminio, que a su vez se enfría con el aire que circula por él. Toda la construcción costó sólo $26, lo cual no es tanto para una linterna “eterna” que no necesita baterías. Con una diferencia de temperatura de 5 grados, la F1 produce una luz con una luminosidad de 32 lúmenes por metro cuadrado. m, y F2 – 43 lúmenes por metro cuadrado. m Naturalmente, cuanto mayor es la diferencia de temperatura, más brillante es la luz.

Anne Makosinski mira más allá. Calculó que una persona promedio disipa “inútilmente” alrededor de 97 W por hora o 5,7 mW por metro cuadrado en forma de calor. cm de cuerpo. Se trata de una gran cantidad de energía útil que se puede utilizar para iluminación, alimentación de sensores, carga de dispositivos móviles, etc.