Raffreddamento elettromandrino con cella di peilter

[fontzie]

Ragazzi dato che non c'è una sezione dedicata scrivo qui. Stavo ragionando per vedere se è possibile raffreddare l' elettromandrino, quello raffreddato a d acqua, con un sistema con cella di peilter senza grossi radiatori.
L' elettromandrino che vorrei raffreddare è un 1.6KW ma spero che questo progetto, se va avanti, possa servire per ogni tipo di elettromandrino naturalmente opportunamente modificato.
Ho pensato a due piastra da 60X60X10mm di alluminio fresate a CNC per ottenere una serpentina; sovrapposte e a tenuta stagna, su uno dei due lati porre una cella di peilter tipo questa http://cgi.ebay.it/CELLA-DI-PELTIER-195 ... 666wt_1165 e dal lato caldo della cella mettere un dissipatore per pc tipo questo http://www.e-key.it/product_details.aspx?ID=4991. La cella in questo modo dovrebbe fare da pompa di calore riducendo di molto la temperatura sulla piastra e permettendo all' acqua che circola per poco tempo all' interno di raffreddarsi.
La cella in questione dovrebbe pompare calore per 198W mentre il dissipatore dice più di 160W quindi credo che un 150W il sistema dovrebbe essere in grado di dissiparlo.
Sinceramente non conosco le formule per calcolare la potenza dissipata dall' elettromandrino in calore, ne quelle per calcolare se il tempo che il liquido sta all' interno della serpentina è sufficiente, quindi il diamentro della serpentina e la velocità  di pompaggio della pompa.
Naturalmente mi conoscete, aggiungo un paio di render del progetto escluso il dissipatore che non ho avuto il tempo di disegnare. Aspetto opinioni e consigli.
Diciamo che il progetto in totale dovrebbe venire a costare 18€ per la cella + 29€ per il dissipatore + 20€ per un alimentatore da computer raccattato da qualche parte + 3-4€ per l' alluminio Tot: 60€ Naturalmente qualcuno potrà  già  avere alimentatore e alluminio ( come me) e quindi ridurre i costi.

[spider.prime]

mi sa che ti convine farlo di rame elettrolitico..dissipa molto più calore

e come disegno direi che va benefai parte sotto + il top
saldi tutto in sieme con stagno e ricircoli liquido

impianti a liquido per sempre

[waregan]

Non sono un esperto ma la mia cella da 60W ha pompato calore spingendosi in meno di 10 sec a -5°C per sempre. Senza alzarsi. Ovvio a vuoto. Calcola pero che il tuo impianto deve essere fatto cosi:
-serpentina in rame
-pasta termica
-lato freddo della cella
-lato caldo della cella
-pasta termica
-dissipatore in rame alluminio per pentium 4 3GHZ almeno
-ventola di serie del dissipatore di cui sopra.
io con il dispositivo citato senza la serpentina ho raggiunto facile facile -5°C
Tu dovresti prendere in considerazione il fatto di metterne due, una per lato.
Quel dissipatore non va bene, per via dell'appoggio sulla cella. calcola che una cella da 60W e' 4cmx4cm, quasi il max dissipabile dai dissipatori per pc. secondo me se ne metti due da 60w sei apposto e meglio di una da 100 e rotti. Considera pure che tutti questi W sono anche molto piu' calore prodotto dalla cella e quindi visto che non si riesce a isolare bene ,lato caldo dal lato freddo, la cella si scalda. Risultato? Meno differenza reale tra i due lati, mentre teoricamente dovrebbe essere maggiore. Se ti serve altro io sono qui.
Cordialita'

[fontzie]

Si lo so il rame è meglio però mi sembra che l' interno dell' elettromandrino sia fatto di alluminio quindi mi hanno detto che se un pezzo è alluminio e uno rame si generano delle reazioni che corrodono l' interno dell' elettromandrino. Correggimi se mi sbaglio.
Nel frattempo ho modificato un po il disegno: ora la piastra da 10 è una sola, poi c'è una piccola piastrina da 3 mm che fa da tappo e come dici tu la rendo stagna con saldature a stagno.

[fontzie]

Ho letto orea il messaggio di waregan, anche tu dici che deve essere fatta in rame, quindi vuol dire che l' interno dello spindle è di rame?
Per il resto quindi dici che sono meglio 2 celle una per lato, questo comporta aumento di costi però anche per quanto riguarda i dissipatori che devono essere 2. Potresti consigliarmi un dissipatore adeguato dato che quello nn lo è con costi ridotti naturalmente. Grazie per i consigli non so se questa idea è già  venuta in mente a qualcuno altrimenti spero che sia un argomento interessante

[fontzie]

Ragazzi secondo me prima di continuare con il progetto dovremmo capire una cosa fondamentale: a quanto equivale la percentuale di energia dissipata in calore. Ad esempio un elettromandrino da 1600W quanti W butta in calore? Teoricamente si spera che la percentuale in calore sia ridotta e che la gran parte dell' energia sia trasformata in energia meccanica. dovrebbe esserci una formula che permette di calcolarlo o almeno il costuttore dovrebbe dirlo.
Qualcuno ha un' idea? Noi hobbisti facciamo sempre sistemi sovradimensionati, per una volta vorrei fare un sistema considerando formule calcoli e dati esatti in modo da dimensionare il tutto in maniera esatta. Sapendo i watt dissipati dallo spindle possiamo calcolare la cella quanto deve essere potente e quindi anche il dissipatore.
Infatti per waregan è vero che una cella da 60W può arrivare a -5° ma il problema non è la temperatura raggiunta a vuoto ma la potenza in grado di dissipare perchè se l' acqua che circola nella serpentina deve dissipare 200W significa che utilizzando una cella da 60W e eliminando dispersioni al massimo riuscirò a dissipare 60W e questo significa che in poco tempo la temperatura della serpentina e dell' acqua sale vertiginosamente.
Speriamo che questo progetto sia fattibile, infatti vorrei sviluppare un sistema che si possa montare direttamente sul gantry della cnc in modo da evitare vasche da litri di liquido e pompe enormi.
Aspetto qualche idea

[waregan]

non aumenti i costi, una peltier da 60W la maggiopparte delle celle che trovi su ebay sono 40mmx40mm (60W), costa 3 euro max. Il dissipatore per pc che ti ho indicato io costa 12 euro completo di ventola e pasta termica e inserto in rame dai negozianti. ci sono alcuni su ebay cercando pentium 4 heatsink a meno di 7 euro. Lo so perche' ci ho fatto da 2 gg il raffreddamento per il mio laser. Usa acqua demineralizzata per il tuo radiatore. quanto alle correnti galvaniche non credo se ne formino, e poi rame e alluminio sono sempre accoppiati nei dissipatori per pc, anche a liquido. Cordialita'
Tieni conto che la potenza si riferisce a una cosa elettrica e non al calore!
sarebbe il prodotto dei volt x la corrente. Una 60 W la puoi alimentare max a 12 V, una 160W a 15V. Tutto qua! Questa info serve se tu invece che raffreddare vuoi ottenere corrente dal calore. Capisci ora? Spero di essermi spiegato. La cella infatti se esposta a calore genera elettricita', quindi piu' W ha e meglio e' come per i pannelli fotovoltaici. Ciao ciao

[fontzie]

Grazie per la risposta waregan, non avevo visto che su ebay le celle si trovavano anche a quei prezzi, potrò metterne più di una e grazie per il dissipatore.
Però ancora non sono convinto per quanto riguarda il fatto della potenza, io vorrei riuscire a calcolare con precisione la potenza da dissipare. La cella si comporta come pompa di calore, questo vuol dire che se assorbe 60W una certa parte verrà  usata per alimentare la "pompa" e un altra parte verrà  dissipata in calore dalla stessa. Una cella da 600W è in grado di spostare più calore di una da 100W al patto che sul lato caldo sia posizionato un dissipatore in grado di trasferire nell' aria quella quantità  di watt, non so precisamente l' efficienza di queste celle ma sapendo quanti W dissipa lo spindle si potrebbe calcolare la cella di dimensioni più adeguate. Sapevo che queste celle riescono anche a generare corrente a partire da una differenza di temperatura ma di solito l' efficienza massima in questi usi è 5%. Quindi una cella da 100W se posta tra due temperature diverse ( lato freddo e lato caldo ) con un giusto delta T è in grado di fornire 5W. Ma credo che il procedimento inverso dovrebbe avere un' efficienza maggiore.

[giannj]

be se si considera un rendimento del motore diciamo di un 80% il resto dei watt viene dissipato per lo più in calore cioè il 20% quindi i conti sono facili penso

[spider.prime]

la corrente galvanica, se non sbaglio avviene con materiali differenti ma immersi nello stesso liquido...

bisognerebbe fare delle prove, per vedere quanti Watt calore produce il mandrino, e quanti Watt calore si riesce a dissipare..

[fontzie]

Per quanto riguarda la corrente galvanica, anche io sapevo che avveniva se i materiali diversi erano immersi nello stesso liquido ma probabilmente dato che in effetti è lo stesso liquido a circolare tra l' inerno dello spindle, che mi dicono essre di alluminio, e la serpentina si può generare all' interno dei tubi, non lo so. Nel caso non si può eliminare usando acqua distillata?
Per i W, si dovremmo fare delle prove ma non saprei come anche perchè l' elettromandrino ancora non ce l'ho.
Il 20% sarebbero 300W, ma mi sembra un po altina come percentuale credo. Infatti quel tipo di elettromandrino lo fanno anche raffreddato ad aria con una ventolina, montata sul corpo stesso, da 80mm. Comunque se fosse il 20% non basterebbero 2 celle da 60W, ma ce ne vorrebbero almeno due da 150W con relativi dissipatori e il progetto diventerebbe più costoso in termini di corrente per far funzionare le celle e di dissipatori. E' possibile che non si trova questo dato? C'è mi chiedo chi vende questi cosi raffreddati ad acqua dovrebbe dire da quanti w deve essere il sistema di raffreddamento per riuscire a dissipare tutto il calore. Se avete un dato su un qualsiasi elettromandrino raffreddato ad acqua di quelsiasi potenza fatemelo sapere, poi facciamo le dovute proporzioni.
Comunque vedo che l' argomento suscita interesse e mi fa piacere. Infatti ho visto un sacco di sistemi per raffreddare sti cosi, qualcuno ha usato vasche da 5 litri di liquido senza radiatore, altri dei radiatori da moto, altri sistemi watercooling per pc e quantaltro, io vorrei fare un sistema molto piccolo e leggero per poter essere montato dietro il ponte della cnc

[giannj]

ti consiglio di leggere questo articolo http://digilander.libero.it/riz30/miosi ... motore.htm
ho provato ad accorciare l'indirizzo ma và  da un'altra parte bo!

[waregan]

Allora per le leggi di ossido riduzione la peggio dovrebbe averla l'Al. Quindi ok a fare il Radiatore in alluminio. Poi cmq devi usare acqua distillata che riduce notevolmente la possibilita' di corrosione, secondo me anche con il rame.
Cmq questo per il radiatore.
Poi ti spiego alla "fimminina" che i 60W della potenza cella vanno visti in maniera diversa dai W del motore.
I W della cella altro non sono che W=VxI. Quindi non e' la potenza dissipabile, ma diciamo il consumo in termini di energia elettrica della cella.
Ti esplicito il ragionamento che ho usato io per raffreddare il mio laser a stato solido. Ovvio che siccome il laser deve lavorare senza condensa e a 25°C costante, io ho inserito un controllo logico di temperatura che regola gli A della cella in funzione della temperatura in quell'istante del laser. A te questo non serve.
Facciamo un esempio del ragionamento, scheletrizzato da molte variabili e approssimato.
Il tuo mandrino produce una temperatura esterna frutto anche della dissipazione per conduzione sulla meccanica e di irragiamento nell'aria di soli 100°C(dati puramente di esempio).
Ora ti trovi a voler abbassare o smaltire questo calore. IL sistema radiatore a peltier va visto come una serie di equazioni termodinamiche.
Mi spiego.
Il primo sistema e' quello elettromandrino-radiatore/dissipatore.
Si infatti il radiatore lo devi fare piu' ampio del solo circuito idrico interno e con delle cave, per aumentare la superfice disperdente.
Ora ammesso che il radiatore si trova a temperatura ambiente, 25°C, l'equazione sara':

(100+25)/2=62.5°C temperatura di equilibrio del radiatore senza celle.
Questo a patto di sovradimensionare il radiatore dotandolo di una superfice costinata di cave.

Ora veniamo alla seconda equazione che riguarda la cella di peltier. La cella si trova a equilibrare il calore non dell'elettromandrino ma del radiatore, quindi non 100°C ma i 62.5°C del radiatore/dissipatore. Quindi scriviamo con l'uso di una cella da 65W, che raggiunge facile -5°C:

(62.5+(-5))/2=28.75°C temperatura di equilibrio del radiatore con le celle.

Per avvicinarsi a questo dato pero' bisogna fare in modo che la forma del radiatore sia di una parallelepipedo molto piatto e con al centro delle due facce una cella di peltier.

poi sarebbe da aggiungere l'equazione del dissipatore sul lato caldo della cella ma vi garantisco senza calcoli che quel dissipatore per cpu fa il suo lavoro.

Pero' urge una precisazione.
Io prima di cimentarmi in grandi cose ho comprato solo una cella di peltier da 65W, quelle da meno di 3 euro e l'ho collegata a 5V-5Amax del mio alimentatore da banco. Risultato? Non c'era una superfice fredda e una calda , ma si scaldava tutta la cella.
E' stata la volta poi allora di un dissipatore di un vecchio pentium 1, un misero dissipatore con ventola di 5cmx5cm in rame/tungsteno. Alimentando la cella sempre a 5V-5Amax(la cella puo essere alimentata fino a 12V-5A) si notava che la parte fredda si raffreddava fino a un 5°C per poi scaldarsi dopo alcuni minuti di lavoro.
Con il dissipatore di cpu di pentium 4 + pasta termica + ventola da 80mm ultra rapida e alimentando a 12V-5A costanti(il max supportato dalla cella) si ottengono i -5°C fissi per lunghissimi periodi.
Questo che vuol dire?
Vuol dire che usare una cella da 200W che andrebbe alimentata a 15V-13A per poi usarla a max 12V-5A non ha senso, e aumenta i costi di realizzazione. anche eprche poi per dissipare il calore prodotto dalla cella se la si alimentasse a 15V-13A servirebbe un impianto di raffreddamento molto spinto, un po come quello che vogliamo fare. sarebeb un cane che si morde la coda.
Questa e' la mia teoria frutto di prove che mi hanno portato a fare il mio impianto a celle per laser, logico che come ho detto prima, ci sono molte altre variabili che vi porteranno a smaltire meno calore di quello trovato per via teorica con queste semplici equazioni. Il rendimento di questo impianto in linea teorica semplificata infatti e' del 70%, ma noi ci basta anche meno. Poi aggiungo che cmq perdite di temperatura nel nostro sistema, vengono compensate da scambi conduttivi e di irragiamento da parte del mandrino stesso verso la meccanica della cnc e verso l'ambiente.
Infatti dai miei calcoli di esempio si nota un incremento della temperatura per ciclo di 3°C, cosa che molto probabilmente non avviene grazie alle cave del radiatore, o applicando anche una ventola al radiatore.
In ultimo un bel termometro digitale con lettura in tempo reale e passa la paura!

[fontzie]

Grazie waregn, sei stato molto chiaro, penso che userò 2 o al massimo 4 celle da 60W con annessi dissipatori da pc. Però ancora una considerazione devo fartela .
Tutto quello che hai detto tu sulla temperatura di equilibrio è giusto, ma trovo sbagliato il fatto di non considerare minimamente la questione dei W, è vero che 60W sono dati da I x V e che riguardano la corrente elettrica, ma come certamente sai l' energia non si crea e non si distrugge quindi quei W vengono usati in parte per pompare calore ( circa il 66%) e in parte vengono dissipati in calore dalla cella stessa quindi da W elettrici si trasformano in W termici ( l' energia si misura sempre in W). Questo vuol dire che è impensabile dissipare 300W ( ipotetici dell' elettromandrino) se la cella ne pompa solo diciamo 60 senza considerare il rendimento. Anzi per meglio dire all' inizio la cella mantiene i -5° ma piano piano poichè l' acqua porta un' energia di 300W la temperatura aumenterà  fino a ragiungere la temperatura del corpo più caldo.
Però considerando che non credo che siano 300W da dissipare ma al massimo la metà  penso che con 2-3celle dovrei farcela.

[kermit]

Ciao,
mi permetto di introdurmi nella discussione visto che ormai sono molti anni che ho esperianza di watercooling sui pc.

Per prima cosa evita TASSATIVAMENTE di mescolare pezzi in alluminio con pezzi di rame, avrai sempre problemi di corrosione galvanica sull'alluminio e non c'è acqua demineralizzata/distillata/bi-distillata che tenga (anche se con aggiunta di additivi anticorrosione) purtroppo ci saranno sempre un pò di ioni disciolti nell'acqua e col tempo anche l'acqua più pura si "sporchera" fino a perdere tutte le sue caratteristiche di purezza.

Per quanto riguarda il discorso Peltier secondo me è solo un enorme spreco di corrente senza aver nessun reale vantagio, inoltre dovrai affrontare svariati problemi.
Primo, una cella da 60W NON sposta 60W di calore, assorbe 60W ma ne sposta molti di meno a causa delle inevitabili inefficenze nella realizzazione dei contatti tra i semiconduttori. Però quei 60W devi smaltirli tutti dal lato caldo quindi avrai bisogno di un ottimo impianto di raffreddamento (basta dissipare anche mezzo watt in meno rispetto alla potenza della cella e il sistema perde tutta la sua efficacia). Comunque 60 watt sono nulla, ora non so quanto calore genera il tuo mandrino ma fai conto che per raffreddare a temperature comunque superiori allo zero CPU con un TDP di 90/100 Watt si usano celle da 200W o più.
Un ulteriore problema e che se riesci a raffreddare il liquido al disotto della temperatura ambiente devi stare molto attento al "punto di rugiada", che è la temperatura in cui il vapor acqueo presente nell'aria condensa. Quindi ti servirebbe un qualche controllo che regoli la cella in base alla temperatura e alla percentuale di umidità  dell'aria per evitare che si formino delle goccioline di acqua sulla serpentina all'interno del mandrino.
Ti allego una tabella con i valori del punto di rugiada in base alla temp ambiente e all'umidità  relativa.
Inoltre non capisco molto che vantaggi avresti a raffreddare di più il mandrino, non avrai di certo un maggior numero di giri o un incremento della coppia (con le cpu lo sforzo è compensato da un overclock molto più spinto), quindi non trovo reali vantaggi rispetto ad un tradizionale radiatore.