UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

MODULO: CLIMATIZACIÓN INDUSTRIAL

TEMA: “REFRIGERACIÓN TERMOELÉCRICA”

INTEGRANTES:

CHÁVEZ CARLOS

GUANANGA MAURICIO

LALALEO FERNANDO

PILATAGSI JAIME

SEMESTRE: NOVENO “A”

Sistemas termoeléctricos de generación de potencia y de refrigeración.

La energía eléctrica se puede aplicar de una manera más directa para producir

enfriamiento sin involucrar ningún refrigerante ni partes móviles. Y a continuación

analizaremos uno de esos sistemas, denominados refrigeradores termoeléctricos [1]

Figura 1.

Cuando se ponen en contacto ambos extremos de dos alambres de diferentes metales

(uniones), se forma un circuito cerrado. Si se calienta uno de sus extremos, una corriente

fluye continuamente en el circuito. A este fenómeno se lo llama efecto Seebeck,

denominado así en honor a thomas Seebeck quien realizó este descubrimiento en 1821.

Los circuitos que incorporan efectos térmicos y eléctricos se llaman circuito

termoeléctrico, y los dispositivos que operan en estos circuitos se denominan

dispositivos termoeléctricos. [1]

Las aplicaciones del efecto Seebeck son las siguientes: la generación de potencia y la

medición de temperatura. Si un circuito termoeléctrico se rompe como se muestra en la

siguiente figura [1]

Figura 2.

La corriente dejará de fluir y será posible medir la fuerza impulsora (la fuerza

electromotriz) o el voltaje que se genera en el circuito mediante un voltímetro. El voltaje

generado está en función de la diferencia de temperatura y del material de cada uno de

los alambres utilizados. Entonces es posible medir la temperatura a partir de los voltajes.

Y los dos alambres usados para medir la temperatura forman un termopar. El cual es uno

de los dispositivos más usados para medir la temperatura por su versatilidad. Por ejemplo

un termopar común tipo T, se compone de alambres de cobre y constantan y produce

aproximadamente 40 uV por °C de diferencia. [1]

El efecto Seebeck es el resultado de generar corriente eléctrica sometiendo la unión de

dos metales distintos a diferente temperatura. [2]

Figura 3. Efecto Seebeck

El coeficiente de proporcionalidad entre ambas diferencias “α” se denomina coeficiente

de seebeck:

ΔV=αAB ΔT

donde:

ΔV: voltaje del circuito abierto

αAB: coeficiente de seebeck

ΔT: diferencia de temperatura

En metales el coeficiente de seebeck no excede 0.00005 volt/oC en aplicaciones

termoeléctricas los semiconductores disponibles tienen que, coeficiente de seebeck es

típicamente 0.0002 – 0.0003 volt/oC.

La principal desventaja de estos generadores es su baja eficiencia. En un futuro el éxito

de estos dispositivos depende del descubrimiento de materiales con características más

convenientes. Por ejemplo, la salida de voltaje de los dispositivos termoeléctricos se ha

incrementado varias veces al cambiar de pares metálicos a semiconductores. [2]

“Los generadores termoeléctricos tiene aplicaciones espaciales, también son empleados en la

refrigeración de equipos electrónicos móviles, refrigeradores clínicos portátiles” (Cengel Y,

2008)

La refrigeración termo eléctrica se basa en el experimento de Jean Charles Athanase Peltier:

“En 1834 descubrió que cuando circula una corriente eléctrica por un conductor formado por dos

metales distintos, unidos por una sola soldadura, esta se calienta o enfría según el sentido de la

corriente” (Jean Charles Peltier).

Figura: Jean Charles Peltier.

Fuente: (Cid Sarria & Rodríguez Rebelo, 2011)

Placas Peltier.

“Están compuestas pos dos clases de semiconductores: teluro de bismuto y el seleniuro de

antimonio, por la escases de estos semiconductores el costo es elevado. Para lograr un voltaje útil

la diferencia de temperatura debe ser de 100 C” (Cid Sarria & Rodríguez Rebelo, 2011)

Figura: Componentes de una placa Peltier.

Fuente: (Cid Sarria & Rodríguez Rebelo, 2011)

Ventajas.

No generan ruido ni vibraciones.

La generación de calor y frio se produce invirtiendo la polaridad de la corriente.

No necesitan elementos móviles por lo cual no necesitan mantenimiento.

Los circuitos de refrigeración termoeléctrica utilizan 2 materiales distintos de

semiconductores en su proceso y se pueden apreciar a continuación en la figura. [1]

Ilustración 1 Representa un generador de potencia termoeléctrico "CENGEL"

Como se puede observar en la ilustración el calor de la cámara de refrigeración (QL) es

absorbido y expulsado al espacio caliente en (QH).

El trabajo termoeléctrico necesario en este proceso viene dado por la diferencia de los

caleros generados tanto en la placa fría como en la caliente como:

𝑊𝑒 = 𝑄𝐻 − 𝑄𝐿

Actualmente los sistemas de refrigeración termoeléctrica tienen un pequeño coeficiente

de desempeño en relación a lo refrigeradores por compresión de vapor que tiene un mejor

coeficiente y mayor desempeño, esto no quiere decir que tengan desventaja en el mercado,

al contrario tienen mayor preferencia por su simplicidad, son pequeños por lo que no

ocupan mucho espacio y son muy silenciosos. [1]

EJEMPLO PRÁCTICO:

“Mediante la aplicación de un refrigerador termoeléctrico se desea enfriar una bebida

enlatada” CENGEL

“Un refrigerador termoeléctrico, semejante a una hielera, función mediante una batería

de un automóvil y tiene un COP =0,1. La bebida se enfría de 40° a 4°C en 3 minutos.

Determinar la energía eléctrica promedio consumida por el refrigerador si la bebida es de

0,35 litros?” CENGEL

Solución.

Datos:

T1 = 40°C

T2 = 4°C

COP = 0,1

t = 3 minutos.

V= 0,35 lts.

Propiedades de las bebidas se encuentran en la tabla (Tabla A-3) De CENGEL. Ya que

a temperatura ambiente las propiedades del agua son iguales a las de una bebida enlatada

por lo tanto:

𝜌 = 1𝐾𝑔

𝐿

𝑐 = 4,18 𝐾𝑗/𝑘𝑔

𝑚 = 𝜌 ∗ 𝑉 = (1𝐾𝑔

𝐿) (0,350𝐿) = 0.350𝑘𝑔

𝑄𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖 = 𝑚 ∗ 𝑐 ∗ ∆𝑇 = (0,350𝐾𝑔)(4,18 𝐾𝐽 𝐾𝑔. °𝐶)(20 − 4)°𝐶 = 23.4𝐾𝐽⁄

�̇�𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖 =𝑄𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖

∆𝑡=

23,4𝐾𝐽

30 𝑥60𝑠= 0.0130 𝐾𝑊 = 13𝑊

La energía promedio que es consumida por el refregado es la siguiente:

�̇�𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =�̇�𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖

𝐶𝑂𝑃𝑅=

13𝑊

0,10= 130𝑊

Conclusión: La energía consumida por las paredes del refrigerador es alta debido a la

absorción de calor por parte de las paredes.

Bibliografía

[1]CENGEL Y. BOLES M, Termodinámica, Sexta edición, pag 644-646

[2]ARMAS Octavio. Frio industrial y aire acondicionado. Ediciones Universidad de

Castilla. Pág.: 153

[3]Cid Sarria, S., & Rodríguez Rebelo, F. (2011). Termoelectricidad. Aplicación de las placas

Peltier a la generación de energía eléctrica en plataformas flotantes. Galicia-España:

Tecnopole.