Extracción De Calor Por Efecto Peltier

Introducción.

Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material, este circuito se denomina termopar, y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones caliente y fría. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1821 por el físico alemán Thomas Seebeck, y seconoce como efecto Seebeck.
Cuando se hace pasar una corriente por un circuito compuesto de materiales distintos cuyas uniones están a la misma temperatura, se produce el efecto inverso. En este caso, se absorbe calor en una unión y se desprende en la otra. Este fenómeno se conoce como efecto Peltier, en honor al físico francés Jean Peltier quién lo descubrió en 1834.

Efecto Peltier.Cuando se hace pasar una corriente por un circuito compuesto de materiales diferentes cuyas uniones están a la misma temperatura, se produce el efecto inverso al Seebeck. En este caso, se absorbe calor en una unión y se desprende en la otra. La parte que se enfría suele estar cerca de los 25º C, mientras que la parte que absorbe calor puede alcanzar rápidamente los 80º C.
Lo que lo haceaún más interesantes es el hecho de que, al invertir la polaridad de alimentación, se invierta también su funcionamiento; es decir: la superficie que antes generaba frío empieza a generar calor, y la que generaba calor empieza a generar frío. En la figura 1 se observa el esquema del circuito.






Figura 1. Esquema del Efecto Peltier.









La potencia caloríficaintercambiada en la unión entre A y B es
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donde πAB es el coeficiente Peltier, que se define como el calor intercambiado en la unión por unidad de tiempo y de corriente que circula a través de la misma, J es el flujo de corriente eléctrica, ΔT la diferencia de temperatura absoluta entre A-B y αAB el coeficiente Seebeck.

Obs. El coeficiente Seebeck es la relación entre la f.t.e.m, EAB, y ladiferencia de temperatura entre las uniones ΔT, donde αA y αB son respectivamente las potencias termoeléctricas absolutas de A y B y son características de cada metal.
En general αAB no es constante, sino que depende de la temperatura T.

[pic] (2)

Al conectar la celda a una fuente de alimentación de corriente continua, la potencia que se absorbe corresponde a un término debido alefecto Joule y otro debido al efecto Peltier.
Pent = I2R + IΔTαAB, (3)

donde Pent es la potencia suministrada por la fuente.

Conducción térmica.

Existe un trabajo interno que se debe a la conducción térmica determinada por la ley de Fourier. Establece que la tasa de transferencia de calor por conducción en una dirección dada, es proporcional al área normal a la dirección delflujo de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección. Como es un trabajo interno este término no ha de ser tenido en cuenta en (3). Por lo tanto el calor que fluye del foco mas caliente al frío por unidad de tiempo para cada elemento es
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donde k es el coeficiente de conductividad térmica de cada elemento por unidad de longitud a través de unidad de sección, A es la sección normala la dirección del flujo, l la longitud de cada elemento y ΔT la diferencia de temperatura en los extremos del elemento. Por último se define como conductividad térmica de la celda a la suma de las contribuciones de cada elemento

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donde n es el número de elementos que componen la celda.

Composición de las células Peltier.

Las células se componen, prácticamente, de dosmateriales semiconductores, uno tipo N y otro tipo P, Figura 2, unidos entre si por una lámina de cobre. Desde aproximadamente 1960 los módulos Peltier se fabrican con Te3-Bi2 (telurio 3 - bismuto 2) tipo-p, y con Te3-Bi2 tipo-n, (buenos conductores de electricidad y malos del calor) y así facilitar el traspaso de calor del lado frío al caliente por el efecto de una corriente continua....