Wirkungsgradberechnung - Peltier Element

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Wirkungsgradberechnung - Peltier Element
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BID = 790565

QuirinO

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Ich hab mich doch mal hinreissen lassen mit Peltiers zu spielen, einfach weil mir bei Pollin heute preiswert eins in die Hände gefallen ist.

Ich probiere gerade aus, wie gut man damit 250ml Wasser kühlen kann.

Dabei habe ich die im Anhang gezeigten Temperaturkurven aufgenommen. Was mich jetzt interessiert ist der Wirkungsgrad - also das Verhältnis von gepumpter Wärmeleistung zu hineingesteckter Elektrischer Leistung.

Ich habe im Internet werte von unter 10% gelesen - bei meinen Berechnungen bin ich aber selbst in diesem schlechten Fall auf 17% gekommen - hab ich was übersehen oder mich verrechnet? Hier mal mein Rechenweg:

Wärmemenge im Wasser bei 250ml = 250g
283g x 4,1826 j/g*k = 1857,77 Joule/k

Ich hab die Werte aus dem Ersten Diagramm gemittelt:
6° Temp. unterschied macht eine herausgeholte Energiemenge von
7114 Joule

Das ganze ist in 1990 Sekunden passiert, was dann 7114 J /1999s =3,55 W Pumpleistung entspricht.

Es geht aber über die Oberfläche meines isoliergefäses eine gewisse Wärmeleistung verloren, die habe ich gemessen, indem ich die Erwärmung des Wassers gemessen habe, wenn das Peltier aus ist.

die Erwärmung beträgt hier im Mittel etwa 2°C in 18 minuten, was einer Leistung von 1,88W entspricht. Diese Leistung muss das Peltier beim Kühlen zusätzlich abführen.

Die Gesamte vom Peltier transportierte Wärmeleistung entspricht also etwa 3,55W + 1,88W = 4,93 W

Die Gesamte Leistungsabgabe der Versorgung beträgt 2,22A bei 12,2V = 27 W

Es wird also etwa 1/5tel der Hineingesteckten Leistung als Wärme transportiert. Der von mir berechnete Wirkungsgrad beträgt demnach etwa 19.7 %

Das erscheint mir zu viel. momentan läuft noch ein Experiment mit besserem Kühlkörper, da komm ich bei gleicher Leistung auf einen berechneten Wirkungsgrad von knapp 40% - überseh ich was?

EDITH meint noch ihr solltet vielleicht zur besseren Vorstellung mein Video dazu ansehen: Hier der Versuchsaufbau









[ Diese Nachricht wurde geändert von: QuirinO am  9 Okt 2011  1:18 ]

BID = 790567

QuirinO

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Hier nochmal die letzte gemessene Temperaturkurve - die Leistung und daraus der Wirkungsgrad wurde in Excel aufgrund des Steigungstreiecks der letzten 10 Werte berechnet... Kann das so stimmen?










BID = 790576

perl

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Zitat :
Was mich jetzt interessiert ist der Wirkungsgrad - also das Verhältnis von gepumpter Wärmeleistung zu hineingesteckter Elektrischer Leistung.
Der hängt natürlich ganz wesentlich von der Temperatur ab. Bei der maximalen Temperaturdifferenz je nach Typ etwa 40..60 °C ist die Kühlleistung Null und der Wirkungsgrad natürlich auch.
Außerdem ändert sich der Wirkungsgrad mit dem Strom, denn die durch R*I2 erzeuget Wärme muss ja auch gepumpt werden.


Umgekehrt kann man, wenn man die beiden Seiten auf unterschiedlicher Temperatur hält, durchaus nützliche elektrische Leistung an den Anschlüssen abnehmen.
Übertreibe das aber nicht. Mehr als 80°C sollte man der Warmseite so oder so nicht zumuten.

Deine Messungen will ich mal nicht interpretieren. Das hat der Hersteller schon erledigt und wenn du dir dort die Grundlagen ansiehst, kannst du sicher noch einiges dazulernen. Z.B. dass man auch mit mehrstufigen Aufbauten nicht auf beliebig tiefe Temperaturen kommt. So ungefähr bei -60..-70°C ist Schluss.

P.S.:
Das verstehe ich schon nicht:
Zitat :
Wärmemenge im Wasser bei 250ml = 250g
283g x 4,1826 j/g*k = 1857,77 Joule/k
Wieso werden aus 250g plötzlich 283g?
Das Zeichen für Kelvin ist ein großes K, für Joule ein großes J, und das mit den Klammern musst du auch noch üben, oder überall die Exponentialschreibweise verwenden.

Das verstehe ich schon gar nicht:
Zitat :
Ich hab die Werte aus dem Ersten Diagramm gemittelt:
6° Temp. unterschied macht eine herausgeholte Energiemenge von
7114 Joule
Oben waren es noch 1858 J/K und bei einer Temperaturdifferenz von 6K wären das 11148K.


Zitat :
Das ganze ist in 1990 Sekunden passiert, was dann 7114 J /1999s =3,55 W Pumpleistung entspricht.
Was nun 1990 oder 1999 oder 20 Minuten oder was?
Ich gebs auf, diese Berechnungen raff ich nicht.



Zitat :
da komm ich bei gleicher Leistung auf einen berechneten Wirkungsgrad von knapp 40% - überseh ich was?
Es scheint so.
Wie ich oben schon schrieb, kann man mühelos über 100% erreichen.
Dafür ist dann allerdings nicht mehr der Herr Peltier, sondern der Herr Seebeck zuständig, der eine Arbeit über den "Thermomagnetismus der Metalle" geschrieben hat.





[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  9 Okt 2011  3:25 ]

BID = 790925

QuirinO

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Das waren 2 Versuche mit 2 Verschiedenen Wassermengen und 2 Verschiedenen Zeitdauern. Zugegebenermassen hab ichs etwas verwirrend geschildert. Ich hatte es auf einem wirren Notizzettel gerechnet und dann im Eifer des gefechtes unsauber abgeschrieben. Die Endergebnisse sollten jedoch stimmen.
Ich gehe davon aus, dass ich einen zu grossen Wärmewiderstand zwischen dem zu Kühlenden / Heizenden Medium und dem Peltier-Element habe, der Anpressdruck ist recht niedrig, ich habe das Peltier mit Wärmeleitkleber aufgeklebt.

Wenn ich nur mit 9V (vom Hersteller empfohlene 75% der Max-Spannung für optimalen Wirkungsgrad) arbeite, habe ich anscheinend geringere I²R - Selbstheizung, wodurch ich dann einen Wirkungsgrad von etwa 50% erreiche - bei geringerem Temperaturunterschied.

Danke für den Versuch die Rechnung nachzuvollziehen





BID = 790974

perl

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Zitat :
wodurch ich dann einen Wirkungsgrad von etwa 50% erreiche
Für eine Temperaturdifferenz von 0 kommt das in etwa hin, aber da ist ein Stück Blech billiger und das braucht überhaupt keinen Strom.
Was du als Wirkungrad bezeichnest, nennen die Kältetechniker COP und es gibt das Verhältnis von Kälteleistung zu der elektrischen Leistung an.

Wie gut oder wie schlecht die Wärmepumpe (oder Wärmekraftmaschine) funktioniert, kann man aber erst beurteilen, wenn man das mit dem theoretisch möglichen Wert vergleicht, und den liefert der Carnotsche Kreisprozess.
http://de.wikipedia.org/wiki/Leistungszahl
http://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%A4ltetechnik

Hier z.B. findest du einige prinzipielle Zusammenhänge für Peltiers und sogar ein kostenloses Designprogramm:
http://www.tec-microsystems.com/EN/......html



BID = 791127

QuirinO

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Ah super, der richtige Lesestoff! Das ist perfekt, genau das was ich gebraucht hab! Danke Perl!

BID = 791600

Peda

Schriftsteller



Beiträge: 891

Wobei für carnot-Vergleiche man aber immer berücksichtigen muss, dass Carnot von einem unendlich großem Wärmereservoir ausgeht, dessen Temperatur sich nicht ändert. Sonst ist der Dreiecksprozess ein besserer Vergleichsprozess. (Anwendung z.B. bei Geothermie)

_________________
Do you have Math Problems ?? Then call 0049-0800 sin(lg((10^45*tan(56))/(f(0)'->(45x^3/3x^2*3x^7)))

BID = 791601

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
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Dass der Carnot-Prozess ein idealisiertes und in der Technik meist nicht einmal angestrebtes Verfahren ist, steht außer Zweifel.
Noch schlechter geht es immer.

Aber Carnot liefert eben eine obere Schranke für den Wirkungsgrad der Wärmemaschine, die zu übertreffen man nicht zu versuchen braucht.
Andere Kreisprozesse, wie z.B. Stirling, kommen übrigens zum gleichen Ergebnis, wenn sie ideal ablaufen.
Leider aber gibt es im wirklichen Leben überall noch den Unterschied zwischen Wunsch und Wirklichkeit...


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