sistemas termoeléctricos de generación de potencia y de refrigeración
DESCRIPTION
El presente trabajo titulado sistemas termoeléctricos de generación de potencia y de refrigeración, se realiza buscando responder a la pregunta ¿Es necesario que un sistema de refrigeración sea tan complicado? ¿Será factible lograr el mismo efecto de una manera más directa? ; Estas preguntas se orientan a lograr el objetivo de recopilar y comparar información de sistemas termoeléctricos de refrigeración y generación de potencia de los efectos de Peltier, el efecto de Seebaecky efecto Thomson.TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL DE JULIACA
INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
CURSO: TERMODINMICA
Informe
SISTEMAS TERMOELCTRICOS DE GENERACIN DE POTENCIA Y DE REFRIGERACIN
Parillo Gutirrez Ivn
1. RESMEN
El presente trabajo titulado sistemas termoelctricos de generacin de potencia y de refrigeracin, se realiza buscando responder a la pregunta Es necesario que un sistema de refrigeracin sea tan complicado? Ser factible lograr el mismo efecto de una manera ms directa? ; Estas preguntas se orientan a lograr el objetivo de recopilar y comparar informacin de sistemas termoelctricos de refrigeracin y generacin de potencia de los efectos de Peltier, el efecto de Seebaecky efecto Thomson.
2. INTRODUCCIN
La interaccin entre un fenmeno elctrico y trmico se conoce desde el siglo XIX, cuando Joule observ que la materia ofrece cierta resistencia al movimiento de los electrones, los cuales ceden energa cintica al entorno en los sucesivos choques. Esta energa proporcionada por los electrones se disipa en forma de calor. Sin embargo, no es ste el nico fenmeno de interaccin termoelctrica. Otros efectos son los denominados Seebeck, Peltier y Thomson.
El efecto Peltier fue descubierto en el ao 1834 por el fsico francs Peltier J. C. A. surgi sobre la base del descubrimiento del fsico alemn Seebeck T.J. en 1821, quien observ que en un circuito formado por dos conductores distintos, cuyas uniones soldadas se encuentran en medios con temperaturas distintas, aparece entre ambos una diferencia de potencial. Esta diferencia de potencial es funcin de la naturaleza de los conductores y de la diferencia de temperaturas. Este dispositivo se conoce como termopar. La esencia del efecto Peltier, que bsicamente es el contrario del efecto Seebeck, consiste en hacer pasar una corriente procedente de una fuente de energa elctrica continua, a travs de un circuito formado por dos conductores de distinta naturaleza, obtenindose que una de sus uniones absorbe calor y la otra lo cede. El calor que cede el foco caliente ser la suma de la energa elctrica aportada al termoelemento y el calor que absorbe el foco fro. Estos termoelementos, configurados de este modo, constituyen una mquina frigorfica.
En el presente trabajo que abordamos temas que tienen que ver con la termoelectricidad, el efecto Seeback, el efecto Peltier y el efecto Thomson; as mismo de un sistema de refrigerador termoelctrico, circuito termoelctrico, dispositivo termoelctrico y generadores termoelctricos.
IMPORTANCIA
Todos los sistemas de refrigeracin estudiados antes incluyen muchas partes mviles y componentes voluminosos y complejos. Por ello, la siguiente pregunta viene a la mente: Es necesario que un sistema de refrigeracin sea tan complicado? Ser factible lograr el mismo efecto de una manera ms directa?
La respuesta a estas preguntas es s. Es posible emplear la energa elctrica de manera ms directa para producir enfriamiento sin involucrar ningn refrigerante ni partes mviles. A continuacin se analiza uno de esos sistemas, llamado refrigerador termoelctrico.
Considere dos alambres de diferentes metales unidos en ambos extremos (uniones), formando un circuito cerrado. Ordinariamente no ocurrir nada.
Sin embargo, cuando se calienta uno de los extremos sucede algo interesante: una corriente fluye continuamente en el circuito.
Esto se conoce como el efecto Seebeck, en honor a Thomas Seebeck, quien realiz este descubrimiento en 1821. El circuito que incorpora efectos trmicos adems de elctricos se denomina circuito termoelctrico, y un dispositivo que opera en este circuito se denomina dispositivo termoelctrico.
El efecto Seebeck tiene dos aplicaciones principales: la medicin de temperatura y la generacin de potencia. Cuando el circuito termoelctrico se rompe, como se muestra en la figura 11-26, la corriente deja de fluir y es posible medir la fuerza impulsora (la fuerza electromotriz) o el voltaje generado en el circuito mediante un voltmetro. El voltaje generado es una funcin de la diferencia de temperatura y de los materiales de los dos alambres utilizados.
Por consiguiente, se puede medir la temperatura a partir de los voltajes.
OBJETO DE ESTUDIO
En base al mtodo de revisin bibliogrfica, y a la recopilacin de informacin el presente estudio resume las caracterizas principales de los sistemas termoelctricos y su explicacin basado en los sistemas termoelctricos de refrigeracin y generacin de potencia de los efectos de Peltier, el efecto de Seebaecky efecto Thomson.
3. DESARROLLO
TERMOELECTRICIDAD
Parte de la fsica que estudia la propiedad que tienen algunos cuerpos de emitir electricidad cuando se calientan.
Se denominan fenmenos termoelctricos o termoelectricidad a tres fenmenos relacionados entre s por las relaciones de Thomson, descubiertas por lord Kelvin: el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el calor de Thomson.
EFECTO JOULE
La ms conocida interaccin entre un fenmeno elctrico, la conduccin de corriente elctrica, y su fenmeno trmico asociado, el calentamiento del conductor por el que circula la corriente, es el Efecto Joule. La materia ofrece cierta resistencia al movimiento de los electrones, los cuales ceden energa cintica al entorno en los sucesivos choques. Esta energa proporcionada por los electrones se disipa en forma de calor.
Q =
Donde Q es la energa calorfica producida por la corriente, I es la intensidad de la corriente que circula, R es la resistencia elctrica del conductor y t es el tiempo.
EFECTO SEEBACK
Thomas J. Seebeck descubri que en un circuito formado por dos metales distintos homogneos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, T y T+T, se establece un flujo de corriente elctrica J, o bien, si se abre el circuito una fuerza termo electromotriz (f.t.e.m.) EAB que depende de los metales utilizados en la unin y de la diferencia de temperatura entre las dos uniones. En la Figura se muestra el esquema de las configuraciones mencionadas.
La relacin entre la f.t.e.m., EAB, y la diferencia de temperaturas entre las uniones T, define el coeficiente Seebeck.
donde A y B son respectivamente las potencias termoelctricas absolutas de A y B y son caractersticas de cada metal.
En general, AB no es constante, sino que depende de la temperatura T.
El siguiente es un experimento realizado para demostrar el efecto Seeback:
Materiales utilizados, Sern necesarios:
Un recipiente con agua muy fra (con hielo).
Un recipiente con agua hirviendo.
Mquina Seebeck.
Paso a seguir:
1. Pon agua fra en los dos vasos. Al introducir losdos intercambiadores de calor en agua fra no se observa ningn cambio; nada se mueve y, por lo tanto, no se produce trabajo mecnico.
2. Llena con agua caliente los dos vasos, tampoco ocurre nada.
3. Rellena un vaso con agua muy fra temperatura prxima al punto de congelacin del agua en condiciones normales de presin y el otro, con agua cercana al punto de ebullicin. al introducir el convertidor termoelctrico transforma parte del calor procedente del weight loss diet foco caliente en energa elctrica, que es aprovechada por el motor del ventilador, producindose energa moving storage cintica de rotacin.
(Fuente: http://www.madrimasd.org/experimentawiki/feria/El_efecto_Seebeck)
EFECTO PELTIER
El efecto Peltier consiste en el enfriamiento o calentamiento de una unin entre dos conductores distintos al pasar una corriente elctrica por ella y que depende exclusivamente de la composicin y temperatura de la unin.
Esquema del efecto Peltier
La potencia calorfica intercambiada en la unin entre A y B es
donde AB es el coeficiente Peltier, que se define como el calor intercambiado en la unin por unidad de tiempo y de corriente que circula a travs de la misma, J es el flujo de corriente elctrica, T la diferencia de temperatura absoluta entre A-B y AB el coeficiente Seebeck.
Por lo tanto, al conectar la celda fabricada a una fuente de alimentacin de corriente contnua, la potencia que se absorbe corresponde a un trmino debido al efecto Joule y otro debido al efecto Peltier[4]. De (1) y (3) se determina la potencia absorbida.
(4)
donde Pent es la potencia suministrada por la fuente.
EFECTO THOMSON
El efecto Thomson consiste en la absorcin o liberacin de calor por parte de un conductor elctrico homogneo, con una distribucin de temperaturas no homognea, por el que circula una corriente.
El flujo neto de potencia calorfica por unidad de volumen, en un conductor de resistividadr, con un gradiente longitudinal de temperatura, por el que circula una densidad de corriente J ser:
dondeses el coeficiente Thomson. El primer trmino corresponde al efecto Joule, irreversible, mientras que el segundo expresa el efecto Thomson, reversible.
Desarrollando esta expresin para obtener la relacin entre el coeficiente Thomson y Seebeck y teniendo en cuenta las ecuaciones que rigen los efectos Peltier y Seebeck, se llega a
Quedando para la unin:
REFRIGERADOR TERMOELECTRICO
La refrigeracin termoelctrica utiliza el efecto Peltier para crear un flujo trmico a travs de la unin de dos materiales diferentes, como metales o semiconductores tipo P y N. Un refrigerador o calentador Peltier o una bomba de calor termoelctrica es una bomba de calor activa en estado slido que transfiere calor de un lado del dispositivo a otro oponindose al gradiente de temperatura, consumiendo para ello energa elctrica. Un instrumento de este tipo tambin es conocido como dispositivo Peltier, diodo Peltier, bomba de calor Peltier, refrigerador de estado slido o refrigerador termoelctrico.
4. CONCLUSIONES
Concluimos que gracias a los inmensos avances en el campo de semiconductores, hoy en da, se construyen slidamente y en tamao de una moneda. Los semiconductores estn fabricados con Teluro y Bismuto para ser tipo P o N (buenos conductores de electricidad y malos del calor) y as facilitar el trasvase de calor del lado fro al caliente por el efecto de una corriente continua.
Como todo en esta vida, las unidades peltier tambin tienen algunos inconvenientes ha tener en cuenta. Como pueden ser el alto consumo elctrico, o que dependiendo de la temperatura y la humedad puede producirse condensacin y en determinadas condiciones incluso puede formarse hielo.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
YUNUS A. ENGEL Y MICHAEL A. BOLES. (2012). Termodinmica (7ma ed.). Mxico D.F.: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V.https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=06f92d3ea9d04152aa8fbfe534ed5ee1c6de440d&writer=rdf2latex&return_to=Termoelectricidadttps://es.wikipedia.org/wiki/Termoelectricidad
http://www.unavarra.es/ets02/Introduccion%20a%20TE(c).htm
http://www.madrimasd.org/experimentawiki/feria/El_efecto_Seebeck
http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=15
http://descargas.cetronic.es/EstudioPeltier.pdf
8
1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE JULIACA
INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
CURSO: TERMODINMICA
Informe
SISTEMAS TERMOELCTRICOS DE GENERACIN DE POTENCIA Y DE
REFRIGERACIN
Parillo Gutirrez
Ivn
1.
RESMEN
El presente trabajo titulado
sistemas termoelctric
os de generacin de potencia y de refrigeracin,
se realiza buscando responder a la pregunta Es necesario que un sistema de refrigeracin sea tan
complicado? Ser factible lograr el mismo efecto de una manera ms directa?
; Estas preguntas
se orientan a
lograr el objetivo de recopilar y comparar informacin de sistemas termoelctricos
de refrigeracin y generacin de potencia
de los efectos de Peltier, el efecto de Seebaecky efecto
Thomson
.
2.
INTRODUCCIN
La interaccin entre un fenmeno elctrico y trmi
co se conoce desde el siglo XIX, cuando Joule
observ que la materia ofrece cierta resistencia al movimiento de los electrones, los cuales ceden
energa cintica al entorno en los sucesivos choques. Esta energa proporcionada por los
electrones se disipa e
n forma de calor. Sin embargo, no es ste el nico fenmeno de interaccin
termoelctrica. Otros efectos son los denominados Seebeck, Peltier y Thomson.
El efecto Peltier fue descubierto en el ao 1834 por el fsico francs Peltier J. C. A. surgi sobre
l
a base del descubrimiento del fsico alemn Seebeck T.J. en 1821, quien observ que en un
circuito formado por dos conductores distintos, cuyas uniones soldadas se encuentran en medios
con temperaturas distintas, aparece entre ambos una diferencia de poten
cial. Esta diferencia de
potencial es funcin de la naturaleza de los conductores y de la diferencia de temperaturas. Este
dispositivo se conoce como termopar. La esencia del efecto Peltier, que bsicamente es el
1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE JULIACA
INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
CURSO: TERMODINMICA
Informe
SISTEMAS TERMOELCTRICOS DE GENERACIN DE POTENCIA Y DE
REFRIGERACIN
Parillo Gutirrez Ivn
1. RESMEN
El presente trabajo titulado sistemas termoelctricos de generacin de potencia y de refrigeracin,
se realiza buscando responder a la pregunta Es necesario que un sistema de refrigeracin sea tan
complicado? Ser factible lograr el mismo efecto de una manera ms directa? ; Estas preguntas
se orientan a lograr el objetivo de recopilar y comparar informacin de sistemas termoelctricos
de refrigeracin y generacin de potencia de los efectos de Peltier, el efecto de Seebaecky efecto
Thomson.
2. INTRODUCCIN
La interaccin entre un fenmeno elctrico y trmico se conoce desde el siglo XIX, cuando Joule
observ que la materia ofrece cierta resistencia al movimiento de los electrones, los cuales ceden
energa cintica al entorno en los sucesivos choques. Esta energa proporcionada por los
electrones se disipa en forma de calor. Sin embargo, no es ste el nico fenmeno de interaccin
termoelctrica. Otros efectos son los denominados Seebeck, Peltier y Thomson.
El efecto Peltier fue descubierto en el ao 1834 por el fsico francs Peltier J. C. A. surgi sobre
la base del descubrimiento del fsico alemn Seebeck T.J. en 1821, quien observ que en un
circuito formado por dos conductores distintos, cuyas uniones soldadas se encuentran en medios
con temperaturas distintas, aparece entre ambos una diferencia de potencial. Esta diferencia de
potencial es funcin de la naturaleza de los conductores y de la diferencia de temperaturas. Este
dispositivo se conoce como termopar. La esencia del efecto Peltier, que bsicamente es el