SISTEMAS TERMOELCTRICOS DE GENERACIN DE POTENCIA Y DE REFRIGERACIN

SISTEMA TERMOELCTRICOS DE GENERACIN DE POTENCIA Y DE REFRIGERACIN

By: Ivn Parillo Gutirrez

RESUMENEl presente trabajo titulado sistemas termoelctricos de generacin de potencia y de refrigeracin, se realiza buscando responder a la pregunta Es necesario que un sistema de refrigeracin sea tan complicado? Ser factible lograr el mismo efecto de una manera ms directa? ; Estas preguntas se orientan a lograr el objetivo de recopilar y comparar informacin de sistemas termoelctricos de refrigeracin y generacin de potencia de los efectos de Peltier, el efecto de Seebaeck y el efecto Thomson.ewe

DESARROLLO TERICOEFECTO JOULESe conoce comoefecto Jouleal fenmeno irreversible por el cual si en unconductorcirculacorriente elctrica, parte de laenerga cinticade loselectronesse transforma en calor debido a loschoquesque sufren con los tomos del material conductor por el que circulan, elevando latemperaturadel mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el fsico britnicoJames Prescott Joule.Considere dos alambres de diferentes metales unidos en ambos extremos (uniones), formando un circuito cerrado. Ordinariamente no ocurrir nada. Sin embargo, cuando se calienta uno de los extremos sucede algo interesante: una corriente fluye continuamente en el circuito, como se observa en la figura. Esto se conoce como el efecto Seebeck, en honor a Thomas Seebeck, quien realiz este descubrimiento en 1821.

Cuando una de las uniones de dos metalesdiferentes se calienta, fluye una corriente I por el circuito cerrado.El circuito que incorpora efectos trmicos adems de elctricos se denomina circuito termoelctrico, y un dispositivo que opera en este circuito se denomina dispositivo termoelctrico.Cuando el circuito termoelctrico se rompe, como se muestra en la figura, la corriente deja de fluir y es posible medir la fuerza impulsora (la fuerza electromotriz) o el voltaje generado en el circuito mediante un voltmetro.

Cuando se rompe un circuito termoelctrico, se genera una diferencia de potencial.EFECTO SEEBACKThomas J. Seebeck descubri que en un circuito formado por dos metales distintos homogneos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, T y T+T, se establece un flujo de corriente elctrica J, o bien, si se abre el circuito una fuerza termo electromotriz (f.t.e.m.) EAB que depende de los metales utilizados en la unin y de la diferencia de temperatura entre las dos uniones.La relacin entre la f.t.e.m., EAB, y la diferencia de temperaturas entre las uniones T, define el coeficiente Seebeck.

donde A y B son respectivamente las potencias termoelctricas absolutas de A y B y son caractersticas de cada metal.En general, AB no es constante, sino que depende de la temperatura T.2

EFECTO SEEBACKJean Charles Athanase Peltier, quien descubri dicho fenmeno en 1834. l observ durante sus experimentos que cuando una pequea corriente pasaba por la unin de dos alambres distintos, la unin se enfriaba, como se muestra en la figura. Esto se denomina efecto Peltier, y constituye la base de la refrigeracin termoelctrica.

EFECTO PELTIEREFECTO PELTIEREl efecto Peltier consiste en el enfriamiento o calentamiento de una unin entre dos conductores distintos al pasar una corriente elctrica por ella y que depende exclusivamente de la composicin y temperatura de la unin.

Esquema del efecto Peltier

La potencia calorfica intercambiada en la unin entre A y B es

donde AB es el coeficiente Peltier, que se define como el calor intercambiado en la unin por unidad de tiempo y de corriente que circula a travs de la misma, J es el flujo de corriente elctrica, T la diferencia de temperatura absoluta entre A-B y AB el coeficiente Seebeck.3Por lo tanto, al conectar la celda fabricada a una fuente de alimentacin de corriente contnua, la potencia que se absorbe corresponde a un trmino debido al efecto Joule y otro debido al efecto Peltier[4]. De (1) y (3) se determina la potencia absorbida.

donde Pent es la potencia suministrada por la fuente.

4EFECTO THOMSONEl efecto Thomson consiste en la absorcin o liberacin de calor por parte de un conductor elctrico homogneo, con una distribucin de temperaturas no homognea, por el que circula una corriente.

El flujo neto de potencia calorfica por unidad de volumen, en un conductor de resistividadr, con un gradiente longitudinal de temperatura, por el que circula una densidad de corriente J ser:

dondeses el coeficiente Thomson. El primer trmino corresponde al efecto Joule, irreversible, mientras que el segundo expresa el efecto Thomson, reversible.Desarrollando esta expresin para obtener la relacin entre el coeficiente Thomson y Seebeck y teniendo en cuenta las ecuaciones que rigen los efectos Peltier y Seebeck, se llega a:

Quedando para la unin:

REFRIGERADOR TERMOELCTRICOLa refrigeracin termoelctrica utiliza el efecto Peltier para crear un flujo trmico a travs de la unin de dos materiales diferentes, como metales o semiconductores tipo P y N. Un refrigerador o calentador Peltier o una bomba de calor termoelctrica es una bomba de calor activa en estado slido que transfiere calor de un lado del dispositivo a otro oponindose al gradiente de temperatura, consumiendo para ello energa elctrica. Un instrumento de este tipo tambin es conocido como dispositivo Peltier, diodo Peltier, bomba de calor Peltier, refrigerador de estado slido o refrigerador termoelctrico.

CONCLUSINConcluimos que gracias a los inmensos avances en el campo de semiconductores, hoy en da, se construyen slidamente y en tamao de una moneda. Los semiconductores estn fabricados con Teluro y Bismuto para ser tipo P o N (buenos conductores de electricidad y malos del calor) y as facilitar el trasvase de calor del lado fro al caliente por el efecto de una corriente continua.Como todo en esta vida, las unidades peltier tambin tienen algunos inconvenientes ha tener en cuenta. Como pueden ser el alto consumo elctrico, o que dependiendo de la temperatura y la humedad puede producirse condensacin y en determinadas condiciones incluso puede formarse hielo.