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EL EFECTO PELTIER

El efecto Peltier hace referencia a la creación de una diferencia de temperatura debidaa un voltaje eléctrico. Sucede cuando una corriente se hace pasar por dos metales o

semiconductores conectados por dos “junturas de Peltier”. La corriente propicia una

transferencia de calor de una juntura a la otra: una se enfría en tanto que otra se calienta.

Una manera para entender cómo es que este efecto enfría una juntura es notar que

cuando los electrones fluyen de una región de alta densidad a una de baja densidad, seexpanden (de la manera en que lo hace un gas ideal) y se enfría la región.

Cuando una corriente I se hace pasar por el circuito, el calor se genera en la junturasuperior (T2) y es absorbido en la juntura inferior (T1). A y B indican los materiales.

 Descripción

Este efecto realiza la acción inversa al efecto Seebeck. Consiste en la creación de unadiferencia térmica a partir de una diferencia de potencial eléctrico. Ocurre cuando unacorriente pasa a través de dos metales diferentes o semiconductores (tipo-n y tipo-p) que

están conectados entre sí en dos soldaduras (uniones Peltier). La corriente produce una

transferencia de calor desde una unión, que se enfría, hasta la otra, que se calienta. El efectoes utilizado para la refrigeración termoeléctrica.

Descripción formal

Cuando se hace circular una corriente I a través del circuito, se desprende calor de la

unión superior y es absorbido por la unión inferior. El calor de Peltier absorbido por la

unión inferior por unidad de tiempo, es igual a:

Donde Π es el coeficiente de Peltier ΠAB de la termopareja completa, y ΠA y ΠB sonlos coeficientes de cada material. El silicio tipo-p tiene un coeficiente Peltier positivo a

temperaturas inferiores a 550 K y el silicio tipo-n tiene un coeficiente Peltier negativo.

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Los conductores intentan volver al equilibrio electrónico que existía antes de aplicar

la corriente. Para ello absorben la energía de un foco y la desprenden en el otro. Las parejas

individuales pueden ser conectadas en serie para incrementar el efecto.La dirección de la transferencia de calor es controlada por la polaridad de la corriente.

Al invertir la polaridad se cambia la dirección de la transferencia y, como consecuencia, la

unión donde se desprendía calor lo absorberá y donde se absorbía lo desprenderá.

 Aplicaciones

Un refrigerador Peltier es una bomba térmica activa que transfiere calor desde una

parte del dispositivo hacia la otra. Los sistemas de enfriamiento de las cámaras CCD

funcionan con base en el efecto Peltier.

EL EEFECTO THOMSON

Se conoce como Efecto Thomson a una propiedad termoeléctrica descubierta porWilliam Thomson -Lord Kelvin- en 1851 en la que se relacionan el efecto Seebeck  y el

efecto Peltier. Así, un material [excepto el plomo] sometido a un gradiente térmico y

recorrido por una corriente eléctrica intercambia calor con el medio exterior.Recíprocamente, una corriente eléctrica es generada por el material sometido a un gradiente

térmico y recorrido por un flujo de calor. La diferencia fundamental entre los efectos

Seebeck y Peltier con respecto al efecto Thomson es que éste último existe para un solomaterial y no necesita la existencia de una soldadura. Thompson predice la existencia de un

tercer efecto termoeléctrico, hoy conocido como efecto Thompson en el cual se absorbe o

emite calor cuando una corriente recorre un material en el que existe un gradiente de

temperaturas. En este caso la cantidad de calor asociada es proporcional a ambos, elgradiente térmico y la corriente circulante, a través del coeficiente Thompson.

 Fundamentos

El efecto Thompson implica la aparición de un flujo de calor al circular una corriente

a través de un gradiente de temperatura en un material. Supongamos un conductor por elcual circula una corriente de calor, más no una corriente eléctrica. Esto induce la aparición

de una distribución de temperaturas en el material, governada por los coeficientes cinéticos.

Supongamos ahora que cada punto del material es conectado a un baño térmico de igual

temperatura. La igualdad de temperaturas entre el material en cada punto y el bañocorrespondiente implica que no habrá intercambio de calor entre éstos y el material. Si

ahora se inyecta una corriente eléctrica, ocurrirá un intercambio de energía entre el material

y los reservorios

TERMOPARES

Un termopar (tambien llamado termocupla) es un transductor formado por la unión

de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la

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diferencia de temperatura  entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o

unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.

En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores

de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces

de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya quelos errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener.

El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto lostermopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas. Las

propiedades de los termopares son:

  Rango de utilización: 200 a 1300 ºC

  Poseen una respuesta que depende casi linealmente de la temperatura

El uso de termopares se recomienda cuando se da alguna de las siguientes situaciones:

- La temperatura exceda de los 500ºC.- Se requiera una alta velocidad de respuesta.

- La sonda esté sometida a esfuerzos mecánicos y/o vibraciones.

- Se precise de sondas de pequeños diámetros o longitudes por falta de accesibilidad.

LEYES DE LOS CIRCUITOS TERMOELÉCTRICOS

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Si se unen dos metales distintos por sus extremos y si se someten a temperaturas

diferentes, entre las uniones aparecen fuerzas electromotrices generadas que están enfunción de la diferencia de temperaturas en la unión y del tipo de metal utilizado para

fabricar la unión, si las temperaturas son iguales la f.e.m. generada es cero:

Al conjunto así descrito se le denomina; "circuito termoeléctrico" y es clásico en la

medición de temperaturas. Las consideraciones siguientes traen como consecuencia el

desarrollo de las leyes de la termoelectricidad y son las siguientes;

 LEY UNO;

En un circuito formado por un solo metal la f.e.m. generada es cero, cualquiera que

sean las temperaturas en los diferentes puntos del circuito termoeléctrico.

Ley del circuito homogéneo. En un conductor metálico homogéneo no se sostiene la

generación de un voltaje continuo eléctrico por la aplicación exclusiva de calor.

La temperatura T1 es diferente de la temperatura T2 y el metal A es igual almetal B, entonces se genera una f em = 0

 LEY DOS;

Si se interrumpe un circuito termoeléctrico en una de sus uniones intercalándose un

nuevo metal, la F.E.M. generada por el circuito no cambia a condición de que los extremos

del nuevo metal sean mantenidos a la misma temperatura que había en el punto deinterrupción y de que la temperatura en la otra unión permanezca invariable.

Ley de metales intermedios. En un circuito termoeléctrico con varios conductores, latemperatura es uniforme desde un punto de soldadura "A" hasta otro punto de soldadura

"B", la suma algebraica de las fuerzas electromotrices es independiente de los conductores

metálicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo los metales A yB.

La temperatura T1 es igual a la temperatura T2 y el metal A es diferente delmetal B, entonces se genera una fem = 0

 LEY TRES;

En un circuito formado por dos metales diferentes la FEM generada es diferente decero, siempre y cuando las temperaturas sean diferentes en la unión caliente con respecto de

la unión fría;

Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m. generada por un termopar con sus

uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus

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uniones a T1 y T2 de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y

T3.

T1 es diferente de T2 y el metal A es diferente del metal B, entonces la fem que segenera es diferente de 0

SELECCIÓN DE CABLES DE PLOMO

a.- Se debe determinar que tipo de termopar se emplea: tiene amplia existencia de alambres

desnudos para Termopares en los siete tipos de mayor aplicación industrial: T, J, E, K, R,

S, B y su correspondiente calibre.

b.- Determinar el tipo de aislante, son normalmente de silimanita (silma) para una

temperatura máxima de operación de 1500° C. Para elementos de metales nobles, en

aplicaciones que lo requieran y en calibres 20 y 24, se cuentan aisladores de óxido de

aluminio (alox), para una temperatura máxima de operación de 1900°C.

c.- El código de colores: formado por la combinación de tres colores, en virtud que se

maneja corriente continua, el cable debe estar polarizado, correspondiendo el color rojo alforro del cable negativo, el forro del cable positivo tiene un color específico para cada

termopar, finalmente el cable dúplex que envuelve los dos conductores tiene un color

específico para cada termopar, en el cual también aparecen los límites de error entre losintervalos de temperatura en los que se emplean estos cables.

CELDAS TÉRMICAS

La celda térmica está basada en el efecto Peltier. es una celda térmica que utiliza el

fenómeno termo/eléctrico; Cuando dos metales distintos a temperaturas diferentes se ponen

en contacto formando una unión metálica, entre ambos lados de la unión se genera una

fuerza electromotriz. Este fenómeno se denomina efecto Seebeck y es la base delfuncionamiento de los termopares, un tipo de termómetro usado en el control del flujo de

gas en dispositivos domésticos como cocinas, calefactores y calentadores de agua corriente.

Cuando se hace circular una corriente a través de una unión bimetálica, para mantener

constante la temperatura de la unión hay que entregar o extraer calor, según sea el sentido

de circulación. Este fenómeno, llamado efecto Peltier, tiene aplicación práctica endispositivos de refrigeración pequeños, teniendo la ventaja, a diferencia de los

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refrigeradores basados en la compresión y descompresión de gases, de no tener partes

móviles que se desgasten.

MILIVOLTÍMETROS

Aparto destinado para medir voltajes de diferentes tipos; (CV,VX,V1,2), caídas de voltajes,

tensión, potenciales, caídas a tierra, circuitos abiertos, superficies equipotenciales, todo en

unidades de milivolts. Se emplean también en la práctica profesional, puesto que son muyvalorados por su alta precisión en la medición.

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  INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO“SANTIAGO MARIÑO”. 

EXTENSIÓN PUERTO ORDAZ.INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO MECÁNICO.

CÁTEDRA: LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN.ESCUELA 46 SECCIÓN “A” 

PROFESOR: ALUMNO:JESÚS RANGEL. AGUILERA LUIS; CI: 18171900

CIUDAD GUAYANA, MAYO DE 2011