La célula Peltier es muy utilizada en diferentes sectores de la industria para labores de refrigeración, pues es un sistema que tiene varias ventajas frente a los sistemas de enfriamiento más tradicionales. En este artículo os explicamos qué es una célula Peliter y cómo funciona.
Qué es una célula Peltier
Un enfriador, calentador o bomba de calor termoeléctrica Peltier es una bomba de calor activa de estado sólido que transfiere calor de un lado del dispositivo al otro, con consumo de energía eléctrica, dependiendo de la dirección de la corriente. Dicho instrumento también se denomina célula Peltier, bomba de calor Peltier, refrigerador de estado sólido o refrigerador termoeléctrico (TEC). Una célula Peltier puede usarse para calefacción o para refrigeración, aunque en la práctica la aplicación principal es la refrigeración. También se puede usar como un controlador de temperatura que calienta o enfría.
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El enfriamiento termoeléctrico utiliza el efecto Peltier para crear un flujo de calor entre la unión de dos tipos diferentes de materiales. Esta tecnología se aplica mucho menos a la refrigeración, que la refrigeración por compresión de vapor. Las principales ventajas de una célula Peltier en comparación con un refrigerador por compresión de vapor, son su falta de piezas móviles o líquido circulante, una vida útil muy larga, invulnerabilidad a las fugas, un tamaño pequeño y una forma flexible. Sus principales desventajas son el alto costo y la pobre eficiencia energética. Muchos investigadores y empresas están tratando de desarrollar refrigeradores Peltier que sean baratos y eficientes.
Un enfriador Peltier también se puede utilizar como un generador termoeléctrico. Cuando se opera como un enfriador, se aplica un voltaje a través del dispositivo, y como resultado, se generará una diferencia de temperatura entre los dos lados. Cuando se opera como un generador, un lado del dispositivo se calienta a una temperatura mayor que el otro, y como resultado, se generará una diferencia en el voltaje entre los dos lados (el efecto Seebeck). Sin embargo, un enfriador Peltier bien diseñado será un generador termoeléctrico mediocre y viceversa, debido a los diferentes requisitos de diseño y empaque.
Cómo funciona la célula Peltier y que ventajas tiene
Los enfriadores termoeléctricos funcionan por el efecto Peltier (que también se conoce por el efecto termoeléctrico de nombre más general). El dispositivo tiene dos lados, y cuando una corriente eléctrica de CC fluye a través del dispositivo, lleva calor de un lado al otro, de modo que un lado se enfría mientras que el otro se calienta. El lado «caliente» está unido a un disipador de calor para que permanezca a temperatura ambiente, mientras que el lado frío desciende por debajo de la temperatura ambiente. En algunas aplicaciones, varios enfriadores se pueden conectar en cascada para reducir la temperatura.
Para su fabricación se utilizan dos semiconductores únicos, uno de tipo n y uno de p, porque necesitan tener densidades de electrones diferentes. Los semiconductores se colocan térmicamente en paralelo entre sí y eléctricamente en serie, y luego se unen con una placa conductora térmica en cada lado. Cuando se aplica un voltaje a los extremos libres de los dos semiconductores, hay un flujo de corriente continua a través de la unión de los semiconductores que causa una diferencia de temperatura. El lado con la placa de refrigeración absorbe el calor que luego se mueve al otro lado del dispositivo donde se encuentra el disipador de calor. Los enfriadores termoeléctricos, suelen estar conectados uno al lado del otro entre dos placas de cerámica. La capacidad de enfriamiento de la unidad total es proporcional al número de TEC en ella. Un TEC de una sola etapa producirá típicamente una diferencia de temperatura máxima de 70 ° C entre sus lados caliente y frío. Cuanto más calor se mueve con un TEC, menos eficiente se vuelve, ya que necesita disipar tanto el calor que se mueve como el calor que genera a partir de su propio consumo de energía. La cantidad de calor que se puede absorber es proporcional a la corriente y al tiempo.
Algunos beneficios de usar un TEC son:
- Sin partes móviles, por lo que se requiere un mantenimiento menos frecuente.
- Sin clorofluorocarbonos (CFC)
- Se puede mantener el control de la temperatura dentro de fracciones de un grado.
- Forma flexible (factor de forma); En particular, pueden tener un tamaño muy pequeño.
- Se puede utilizar en entornos más pequeños o más severos que la refrigeración convencional
- Larga vida, con tiempo medio entre fallas (MTBF) que excede las 100,000 horas.
- Controlable mediante el cambio de la tensión de entrada / corriente
Algunas desventajas de usar un TEC son:
- Sólo se puede disipar una cantidad limitada de flujo de calor.
- Relegado a aplicaciones con bajo flujo de calor.
- No es tan eficiente, en términos de coeficiente de rendimiento, como los sistemas de compresión de vapor (ver más abajo)
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