Introducción a los módulos de refrigeración termoeléctrica
La tecnología termoeléctrica es una técnica de gestión térmica activa basada en el efecto Peltier. Descubierto por J.C.A. Peltier en 1834, este fenómeno implica el calentamiento o enfriamiento de la unión de dos materiales termoeléctricos (bismuto y telururo) mediante el paso de corriente a través de dicha unión. Durante su funcionamiento, la corriente continua fluye a través del módulo TEC, transfiriendo calor de un lado a otro y creando un lado frío y otro caliente. Si se invierte la dirección de la corriente, se intercambian los lados frío y caliente. Su potencia de enfriamiento también puede ajustarse modificando la corriente de funcionamiento. Un enfriador típico de una sola etapa (Figura 1) consta de dos placas cerámicas con materiales semiconductores 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 termoeléctrica, dispositivos Peltier y módulos TEC pueden considerarse un tipo de bomba de energía térmica de estado sólido y, debido a su peso, tamaño y velocidad de reacción, son muy adecuados para su uso en sistemas de refrigeración integrados (debido a las limitaciones de espacio). Con ventajas como funcionamiento silencioso, resistencia a roturas y golpes, mayor vida útil y fácil mantenimiento, los modernos módulos de refrigeración termoeléctrica, dispositivos Peltier y módulos TEC tienen una amplia gama de aplicaciones en los campos de equipos militares, aviación, industria aeroespacial, tratamiento médico, prevención de epidemias, aparatos experimentales y productos de consumo (enfriadores de agua, refrigeradores para automóviles, refrigeradores de hotel, enfriadores de vino, mini refrigeradores personales, colchonetas térmicas para dormir, etc.).
Hoy en día, debido a su bajo peso, pequeño tamaño o capacidad y bajo costo, la refrigeración termoeléctrica se utiliza ampliamente en equipos médicos y farmacéuticos, aviación, aeroespacial, militar, sistemas de espectrocopia 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 puede absorberse en la cara fría del TEC (en vatios) |
| Qmáximo | Cantidad máxima de calor que puede ser absorbida en el lado frío. Esto ocurre cuando I = Imáximoy cuando Delta T = 0. (en vatios) |
| Tcaliente | Temperatura de la cara caliente durante el funcionamiento del módulo TEC (en °C) |
| Tfrío | Temperatura de la cara fría durante el funcionamiento del módulo TEC (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 refrigeración del módulo TEC ( %) |
| α | Coeficiente Seebeck de un 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 elementos termoeléctricos |
| Iεmáximo | Corriente conectada cuando la temperatura del lado caliente y del lado antiguo del módulo TEC es un valor especificado y se requiere obtener la máxima eficiencia (en amperios). |
Introducción de la aplicación Formulae al módulo TEC
Qc= 2N[α(Tc+273)-LI²/2σS-κs/Lx(Th- Tdo) ]
△T= [ Iα(Tc+273)-LI/²2σS] / (κS/L + I α]
U = 2 N [ IL /σS +α(Th- Tdo)]
ε = Qc/UI
Qh= Qc + Universidad de Indiana
△Tmáximo= Th+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Imáximo =κS/ Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεmáximo =ασS (Th- Tdo) / L (√1+0.5σα²(546+ Th- Tdo)/ κ-1)
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