Introducción al módulo de refrigeración termoeléctrica
La tecnología termoeléctrica es una técnica de gestión térmica activa basada en el efecto Peltier. Descubierta por J. C. A. Peltier en 1834, este fenómeno consiste en calentar o enfriar la unión de dos materiales termoeléctricos (bismuto y telururo) mediante el paso de una corriente eléctrica a través de ella. Durante su funcionamiento, la corriente continua fluye a través del módulo TEC, transfiriendo calor de un lado al otro, creando un lado frío y uno caliente. Si se invierte la dirección de la corriente, se invierten los lados frío y caliente. Su potencia de refrigeración también se puede ajustar modificando la corriente de funcionamiento. Un enfriador típico de una sola etapa (Figura 1) consta de dos placas cerámicas con material semiconductor de tipo p y n (bismuto y telururo) entre ellas. Los elementos del material semiconductor están conectados eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo.
Los módulos de refrigeración termoeléctricos, dispositivos Peltier y módulos TEC se consideran bombas de energía térmica de estado sólido. Debido a su peso, tamaño y velocidad de reacción, son ideales para sistemas de refrigeración integrados (debido a limitaciones de espacio). Gracias a sus ventajas como un funcionamiento silencioso, resistencia a roturas e impactos, mayor vida útil y fácil mantenimiento, los módulos modernos de refrigeración termoeléctricos, dispositivos Peltier y módulos TEC tienen una amplia gama de aplicaciones en equipos militares, aviación, aeroespacial, tratamiento médico, prevención de epidemias, aparatos experimentales y productos de consumo (enfriadores de agua, refrigeradores para coches, refrigeradores de hotel, vinotecas, minineveras personales, colchonetas térmicas, etc.).
Hoy en día, debido a su bajo peso, pequeño tamaño o capacidad y bajo costo, el enfriamiento termoeléctrico se usa ampliamente en equipos médicos, farmacéuticos, aviación, aeroespacial, militares, sistemas de espectroscopia y productos comerciales (como dispensadores de agua fría y caliente, refrigeradores portátiles, enfriadores de automóviles, etc.)
| Parámetros | |
| I | Corriente de funcionamiento del módulo TEC (en amperios) |
| Imáximo | Corriente de funcionamiento que produce la máxima diferencia de temperatura △Tmáximo(en amperios) |
| Qc | Cantidad de calor que se puede absorber en la cara fría del TEC (en vatios) |
| Qmáximo | Cantidad máxima de calor que puede absorberse en el lado frío. Esto ocurre cuando I = Imáximoy cuando Delta T = 0. (en Watts) |
| Tcaliente | Temperatura de la cara lateral caliente cuando el módulo TEC está en funcionamiento (en °C) |
| Tfrío | Temperatura de la cara lateral fría cuando el módulo TEC está en funcionamiento (en °C) |
| △T | Diferencia de temperatura entre el lado caliente (Th) y el lado frío (Tc). Delta T = Th-Tc(en °C) |
| △Tmáximo | Diferencia máxima de temperatura que puede alcanzar un módulo TEC entre el lado caliente (Th) y el lado frío (Tc). Esto ocurre (Capacidad máxima de enfriamiento) en I = Imáximoy Qc= 0. (en °C) |
| Umáximo | Suministro de tensión en I = Imáximo(en voltios) |
| ε | Eficiencia de enfriamiento del módulo TEC (%) |
| α | Coeficiente de Seebeck del material termoeléctrico (V/°C) |
| σ | Coeficiente eléctrico del material termoeléctrico (1/cm·ohm) |
| κ | Conductividad térmica del material termoeléctrico (W/CM·°C) |
| N | Número de elemento termoeléctrico |
| Iεmáximo | Corriente conectada cuando la temperatura del lado caliente y del lado viejo del módulo TEC es un valor especificado y se requiere obtener la máxima eficiencia (en amperios) |
Introducción de fórmulas de aplicación al módulo TEC
Qc= 2N[α(Tc+273)-LI²/2σS-κs/Lx(Th- Yodo) ]
△T= [ Iα(Tc+273)-LI/²2σS] / (κS/L + I α]
U = 2 N [ IL /σS +α(Th- Yodo)]
ε = Qc/UI
Qh= Qc + UI
△Tmáximo= Th+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Imáximo =κS/ Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεmáximo =ασS (Th- Yodo) / L (√1+0,5σα²(546+ Th- Yodo)/κ-1)
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