DEPARTAMENTO DE LAS CIENCIAS DE LA ENERGA Y MECNICA

SISTEMAS ENERGTICOS

INSTRUCTOR:

ING. RAFAEL ESPINOZA

PROYECTO INTEGRADOR

SISTEMA DE CALENTAMIENTO MEDIANTE LA UTILIZACIN DE UN DISPOSITIVO PELTIER.

Integrantes:

Lpez Gabriel

Vallejo Daniel

Villafuerte Ricardo

NRC: 3339

Fecha de Entrega: 09/11/2013

Sistema de calentamiento mediante la utilizacin de un dispositivo Peltier.

Resumen:

El presente proyecto se fundamenta en la temtica que envuelve el estudio del efecto Peltier en el campo termoelctrico, el cual hace referencia a la generacin de una diferencia de temperatura debido a un voltaje elctrico. Experimentalmente este efecto se basa en hacer circular una corriente por una juntura que une dos materiales generalmente semiconductores la cual genere una transferencia de calor de un lado a otro, calentando una superficie mientras se enfra la otra para que exista un equilibrio trmico.

Se ide la manera de aplicar todos estos principios en la construccin de un sistema simple de calentamiento termoelctrico; dentro de los aspectos analizados es de gran importancia la explicacin de los efectos termoelctricos que intervienen, la eleccin del material del sistema de calentamiento por sus propiedades, las cuales que permitan resultados favorables y los cambios de temperatura a partir de diferentes estmulos los cuales pueden ser corriente y tiempo.

Abstract:

This project is based on the theme that involves the study of the Peltier effect thermoelectric field, which refers to the generation of a temperature difference due to an electrical voltage. Experimentally this effect is based on a current circulating through a seam joining two semiconductor material which generally generates a heat transfer from one side to another, heating a surface while the other is cooled so that there is thermal equilibrium.

Was devised ways to apply these principles in constructing a simple system thermoelectric heating; within aspect is of great importance analyzed explaining the thermoelectric effects involved, the choice of material of the heating system by their properties, which favorable results allowing temperature changes from different stimuli which can be current and time.

Introduccin:

Efecto Peltier-Seebeck

El efecto Peltier es una propiedad termoelctrica, la cual indica la creacin de una variacin de temperatura, causada por un voltaje elctrico. Este efecto fue descubierto aos despus del descubrimiento del efecto Seebeck, efecto que indica la relacin inversa del efecto Peltier, la generacin de una tensin a partir de una variacin de temperatura.

El efecto Peltier sucede cuando se hace circular una corriente por dos metales o semiconductores, los cuales se encuentran conectados por medio de dos Junturas de Peltier. La corriente pasa a travs de dos metales semiconductores generalmente (tipo n y p), unidos por 2 soldaduras (uniones peltier); la corriente genera una transferencia de calor de una juntura a la otra, haciendo que una se caliente y la otra se enfre. Este efecto se utiliza generalmente en la refrigeracin termoelctrica, nuestro proyecto se basa en el mismo principio pero con efecto inverso.[footnoteRef:1] [1: (EcuRed)]

Grfico 1Produccin o absorcin de calor, originado por el paso de una corriente a travs del contacto de dos metales o de un metal y un semiconductor.

Un electrn que circula por el conductor verde tiene muy poca energa, y llega un momento en el que tiene que pasar al conductor rojo. Es como si una canica fuera por un surco muy profundo y se encontrase con una cuesta arriba que lo conecta con un surco menos profundo. Lo que sucede entonces es lo mismo que sucedera con la canica: segn sta sube la cuesta, gana energa potencial pero pierde energa cintica, es decir, cuando llega arriba se mueve ms despacio de lo que haca abajo.

Cuando pasa del conductor verde (donde su energa potencial elctrica es muy pequea) al conductor rojo (donde tiene ms energa potencial elctrica)se mueve ms despacio. Pero, puesto que la temperatura es una medida de la energa cintica media de las partculas que componen un material (y los electrones son unas de esas partculas), como consecuencia lgica e inevitable latemperatura de la zona de transicin de un conductor a otro desciende. Se enfra! Esto fue observado por primera vez por el francs Jean Peltier en 1834, y por eso lleva su nombre. [footnoteRef:2] [2: (El Tamiz)]

Un refrigerador Peltier tiene un rendimiento de entre el 5 y 10% del mximo terico (refrigerador de Carnot); y un refrigerador convencional tiene entre el 40 y 60% del mximo terico. Podemos deducir a simple inspeccin que el rendimiento no es tan efectivo en cuanto a refrigeracin de grandes lugares, pero se puede utilizar para refrigeradores pequeos, manuales, ya que el peltier ocupa muy poco espacio. Un uso de Peltiers a gran escala es en naves espaciales y satlites, para enfriar la regin que recibe la luz solar.[footnoteRef:3] [3: (Textos Cientficos)]

Objetivo General:

Ensamblar un sistema de calentamiento mediante la utilizacin de un dispositivo Peltier el cual genere una temperatura superior a la temperatura ambiente de la ciudad de Quito.

Objetivos Especficos:

Determinar la cantidad de corriente y el tiempo de funcionamiento para generar una temperatura mayor a la temperatura ambiente, cercana o mayor a 30C.

Analizar que material es el ms adecuado para la construccin de la celda de Peltier.

Relacionar las variables tiempo-temperatura y tiempo-energa a partir del funcionamiento del sistema de calentamiento termoelctrico.

Investigar si es un proyecto econmicamente viable relacionando los gastos implicados.

Materiales:

Envase o contenedor aislante de Poliestireno

Disipadores metlicos de calor.

Compuesto pasta trmica adhesiva.

Celda Peltier.

Fuentes de alimentacin 12 V.

Cables conductores.

Ventilador 80x80x25 mm a 12 V

Ventilador 4.7x4.7x1 plg a 12 V

Silicn caliente.

Termmetro.

Herramientas diversas (tornillos, desarmadores, tijeras, estiletes, aislantes, etc.)

Metodologa

Mtodos:

Para el anlisis esencial en el proyecto se utiliz la frmula de la conservacin de la energa en un sistema:

Dnde:

Para ventilador:

Para Peltier:

Para el recipiente de Poliestireno se utiliz los siguientes datos obtenidos a partir de sus caractersticas fsicas y dimensionales:

Los procesos para llevar acabo nuestro proyecto han sido investigativos, pues en base a experiencias personales y comentarios de la sociedad en general se ve la necesidad de poseer un sistema porttil que nos permita almacenar a una temperatura adecuada los vveres.

Las investigaciones que se han realizado son tanto bibliogrficas como en sitios web, los datos que se tomarn son prcticos y reales pues se usara instrumentos adecuados para medir la temperatura tanto en el interior del equipo como en el ambiente.

El anlisis de datos se lo realizar en base a una tabla comparativa en la cual las variables son: Tiempo (s), Temperatura (C) y Energa (W).

Anexos