¿Qué es el Efecto Peltier? Célula Peltier, sus Aplicaciones

El Efecto Peltier es una fascinante propiedad termoeléctrica que permite la transferencia de energía térmica mediante la creación de diferencias de temperatura. Esto es posible gracias a las células Peltier, pequeños dispositivos que funcionan como generadores de calor y frío a partir de la electricidad. En este artículo, exploraremos el funcionamiento de estas células y sus diversas aplicaciones en campos como la refrigeración, energía renovable y electrónica. ¡Descubre cómo el Efecto Peltier está revolucionando la forma en la que controlamos la temperatura a nuestro alrededor!

Jean Charles Peltier, un físico francés de 1834, descubrió el efecto termoeléctrico mientras investigaba sobre la electricidad. El efecto Peltier consiste en hacer pasar una corriente a través de un circuito formado por diferentes materiales. Sus uniones están a la misma temperatura, produciéndose el efecto inverso del Seebeck (efecto termoeléctrico).

En este caso, una unión absorbe el calor y la otra unión libera el calor en el otro lado. La parte que se enfría suele rondar los 10°C aproximadamente. Al mismo tiempo, la parte que absorbe el calor puede alcanzar rápidamente los 80°C.


Un dato interesante es que, al invertir la polaridad de la fuente de alimentación, es posible invertir el proceso. Como resultado, la superficie que antes generaba frío comienza a generar calor. Además, las superficies que generaban calor comienzan a generar frío.

Hasta ahora, este interesante fenómeno se ha reducido a unas pocas aplicaciones pequeñas.


Efecto Seebeck

¿Qué es el Efecto Peltier? Célula Peltier, sus Aplicaciones

El efecto Seebeck es la conversión de calor directamente en potencial eléctrico en la unión de dos metales de conducción diferentes. Lleva el nombre del físico alemán Thomas Johann Seebeck.

Como se muestra en la figura anterior, hay dos conductores A y B de diferentes metales. Tratamos la temperatura en la unión A como una temperatura de referencia. La unión de referencia se mantiene a una temperatura Tc relativamente fría. La temperatura de unión en B es mayor que la temperatura Tc. Al calentar la unión B, se desarrolla una diferencia de potencial (Eout) entre los puntos terminales T1 y T2. Por lo tanto, la diferencia de temperaturas hace que una corriente eléctrica fluya continuamente en este circuito cerrado. El potencial desarrollado a través del cruce se conoce como Seebeck EMF.

Podemos expresarlo como;

miafuera = α (Th – TC)

Efecto Peltier

¿Qué es el Efecto Peltier? Célula Peltier, sus Aplicaciones

El efecto Peltier es lo opuesto al fenómeno termoeléctrico del efecto Seebeck. En este caso, cuando la corriente eléctrica fluye dentro del circuito cerrado, una unión de dos metales diferentes absorbe energía térmica en una unión y descarga la misma energía en otra unión.

Al aplicar un voltaje entre los terminales T1 y T2, fluye una corriente eléctrica (I) en el circuito. Como resultado de los flujos de corriente, se produce un ligero efecto de enfriamiento en la unión Qc y un ligero efecto de calentamiento en la unión Qh. El proceso inverso ocurre al cambiar la dirección del flujo de corriente.

si qC es la velocidad de enfriamiento en vatios, y Qh es la tasa de calentamiento en vatios, I es la corriente que fluye a través del circuito cerrado.

La velocidad de enfriamiento es

qC = β x yo

Dónde, β es el coeficiente de Peltier diferencial entre los dos materiales A y B en voltios.

Efecto Peltier y células Peltier

Es posible comprender el efecto Peltier a través de las células Peltier. Cuando la celda Peltier recibe la energía eléctrica, se establece la diferencia de temperatura entre las dos caras de la celda. Esta diferencia de temperatura depende de la temperatura ambiente donde se encuentra la celda PELTIER. Además, depende del cuerpo que queramos enfriar o calentar.

Su uso es más bien para refrigeración ya que para calefacción existen resistencias eléctricas, las cuales son mucho más eficientes en esta tarea que las células Peltier. Estos son mucho más efectivos en el enfriamiento ya que su pequeño tamaño los hace ideales para reemplazar costosos y voluminosos equipos de enfriamiento asistidos por gas o agua.

Aplicación de células Peltier

Las aplicaciones prácticas de estas células son infinitas. Las celdas Peltier encuentran su amplia aplicación en productos electrónicos de consumo, como computadoras, refrigeradores compactos y satélites. Usamos celdas Peltier en naves espaciales para superar el efecto de la luz solar en un lado de la nave al disipar el calor sobre el lado frío y sombreado, que se usa en los espectrómetros.

La lista podría ser interminable ya que existen muchas aplicaciones en las que es necesario utilizar frío y calor al mismo tiempo. La celda de Peltier está formada prácticamente por dos materiales semiconductores, uno con canal N y otro con canal P. Una lámina de cobre conecta el canal N y el canal P.

¿Qué es el Efecto Peltier? Célula Peltier, sus Aplicaciones

Cuando el lado del material N recibe un suministro positivo y el lado del material P recibe un suministro negativo, la placa de cobre superior se enfría, mientras que la inferior se calienta.

Si en esta misma celda, si invertimos la polaridad de suministro, es decir, el lado material N recibe suministro negativo y el lado material P recibe suministro positivo. Luego la parte superior se calienta y la inferior se enfría.

Ventajas de las células de Peltier

Debido a los inmensos avances en el campo de los semiconductores, hoy en día se construyen sólidamente y tienen el tamaño de una moneda. Las celdas Peltier están hechas de semiconductores como Telurio y Bismuto de tipo P o N (buenos conductores de la electricidad y malos del calor). Esto facilita la transferencia de calor del lado frío al caliente por efecto de una corriente continua.

  • Como las celdas Peltier no tienen partes móviles, el requisito de frecuencia de mantenimiento es menor.
  • Las células Peltier no emitirán clorofluorocarbonos (CFC)
  • El control de la temperatura se puede mantener en fracciones de grado.
  • La forma flexible, en particular, puede ser de tamaño muy pequeño.
  • Se puede usar en entornos más pequeños o más duros que el enfriamiento convencional.
  • Larga vida, con un tiempo medio entre fallos superior a las 100.000 horas.
  • Controlable por variación de la tensión/corriente de entrada

Desventajas de las células de Peltier

Las unidades Peltier también tienen algunos inconvenientes a considerar. Tales como el

  • Alto consumo eléctrico, o que dependiendo de la temperatura y humedad,
  • Puede ocurrir condensación y, bajo ciertas condiciones, incluso la posibilidad de formación de hielo.
  • Hay limitación de disipación de calor.
  • No son adecuados para sistemas de alta generación de calor.
  • Riesgos de quemaduras.
  • Riesgo de contactos eléctricos directos.
  • El calor generado por la celda, si no se disipa, puede dañar la celda.

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