celda peltier

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Celdas Peltier: Una alternativa para sistemas de enfriamiento con base
en semiconductor.
Arturo P. Sandoval G., Enrique Espinosa J., Jorge L. Barahona A.
Instituto de Electrónica. Universidad Tecnológica de la Mixteca.
Huajuapan de León, Oaxaca. México. C.P. 69000. Tel. 9535320214 ext. 200.

Resumen
El descubrimiento de los fenómenos termoeléctricos hace dos siglos, y la búsqueda de
nuevasalternativas de generación de energía, ha permitido un avance continuo en la
tecnología termoeléctrica en los últimos años. Desde 1834 es conocido el efecto Peltier;
no obstante, su aplicación práctica necesitó del desarrollo de los materiales
semiconductores. El efecto Peltier se caracteriza por la aparición de una diferencia de
temperaturas entre las dos caras de un semiconductor cuando por élcircula una corriente.
Por lo general dichas celdas están fabricadas con Bismuto para la cara del semiconductor
tipo P y Telurio para la cara tipo N. En éste trabajo se realiza la caracterización en voltaje,
corriente y temperaturas de una celda Peltier cuyos parámetros son los siguientes: tensión
máxima de 6V, corriente máxima de 2.5 A, los cuales provocan una diferencia de
temperaturas ∆T=35ºC entrela cara caliente y la cara fría de la celda. Para ello, se empleó
el sistema de adquisición de datos USB-1208FS del fabricante Measurement Computing y
sensores de temperatura de circuito integrado. Los resultados experimentales fueron
obtenidos utilizando instrumentación virtual implementada con el software Labview de
National Instruments.
Palabras clave: Efecto Peltier, Temperatura,Semiconductores, Celda Peltier.
Introducción
El efecto Peltier se caracteriza por la aparición de una diferencia de temperaturas entre
las dos caras de un semiconductor cuando por él circula una corriente. Una celda Peltier
está conformada por dos materiales semiconductores uno tipo P y otro tipo N en un
arreglo como el mostrado en la Figura 1, produciéndose internamente el así llamado
efecto termoeléctricode Peltier [1], [2].

Figura 1. Diagrama que muestra la estructura interna de una celda Peltier, donde se observan los elementos
semiconductores dispuestos eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo.

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Internamente la celda Peltier posee elementos semiconductores altamente impurificados y
dispuestos eléctricamente en serie mediante conductores de cobre [1], [2]. Para aislar losconductores de cobre del disipador se agrega entre ellos una placa de cerámica que
funciona como aislante, figura 2.

Figura 2. Corte transversal de la celda Peltier donde se muestran los elementos semiconductores y las
aletas disipadoras.

Una polarización como la mostrada en la figura 3, se distribuye a lo largo de cada
elemento semiconductor de la celda, es decir, cada elemento semiconductor posee unadiferencia de potencial proporcional a la polarización de entrada. Por esta razón, los
portadores mayoritarios, electrones débilmente ligados, emigran hacia el lado positivo de
cada uno de sus extremos en los elementos semiconductores tipo N, debido a la atracción
de cargas de diferente signo. Mientras que los portadores mayoritarios, huecos de los
elementos semiconductores P, emigran hacia laterminal negativa que se encuentra en
cada uno de sus extremos. Esta ausencia de cargas en cada elemento semiconductor
cerca de la unión metal - semiconductor provoca un enrarecimiento de cargas y el
consecuente descenso de temperatura en el área circundante [2], [3]. Por otro lado, la
compresión o acumulación de portadores cerca de la unión metal semiconductor en la
parte baja de los elementossemiconductores en la figura 3, provoca un ascenso de
temperatura. Este comportamiento nos permite afirmar que si invertimos la polaridad de la
fuente de alimentación, la cara fría ahora calentará y la cara caliente sufrirá un descenso
de temperatura [4].

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Figura 3. Compresión y enrarecimiento de portadores de carga cerca de la unión metal semiconductor en
una celda Peltier.

Motivados por el...