XIX Verano de la Investigación Científica y Tecnológica del Pacífico

XIX Verano de la Investigación Científica y Tecnológica del Pacífico
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN
DE CELDAS PELTIER EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN DOMÉSTICA.
Javier García Antonio, Tecnológico de Estudios Superiores de Jocotitlán,
[email protected]. Asesor Juan Manuel Belman Flores, Universidad de Guanajuato
Campus Irapuato - Salamanca [email protected].
1. INTRODUCCIÓN
En la actualidad la mayoría de los sistemas de refrigeración, se encuentran
basados en el ciclo de compresión de vapor, el cual consiste en un sistema
cerrado en el que se somete un fluido refrigerante y se encuentra bajo constantes
cambios de estado permitiendo el efecto frigorífico. Haciendo referencia a los
sistemas de refrigeración en México existen aproximadamente 21, 091,000
refrigeradores (INEGI 2010). Estos representan el 90% de los sistemas de aire
acondicionado y refrigeración, de los cuales se basan en el ciclo. Actualmente se
realizan diversas investigaciones para mejorar el rendimiento de los refrigeradores
domésticos y al mismo conseguir un ahorro energético (Belman-Flores et al,
2014), ejemplo de ello, son la utilización de celdas Peltier, los cuales se
encuentran basados en el efecto Peltier, el cual fue descubierto por el físico Jean
Charles Peltier.
Por la anteriormente mencionado, en este trabajo de investigación se pretende la
utilización de las celdas Peltier para producir una cierta potencia mediante una
diferencial de temperatura, la cual puede ser aprovechada por la temperatura que
el compresor genera durante el funcionamiento de un refrigerador doméstico,
además aprovechando la temperatura ambiente. Mediante esto, analizar la
generación de potencia y ver su factibilidad de almacenamiento y su activación de
ciertos accesorios del refrigerador de baja potencia, como son los ventiladores e
iluminación interior.
2. CELDAS PELTIER.
Se le llama efecto Peltier al proceso en el cual se hace pasar una corriente
procedente de una fuente de energía, a través de un circuito formado por dos
conductores de distinta naturaleza obteniéndose que una de sus uniones absorbe
calor y la otra lo cede. El calor que cede el foco caliente será la suma de la
energía eléctrica aportada al termo elemento y el calor que absorbe el foco frío.
Existen varias consideraciones para seleccionar una celda Peltier. Los más
importantes son el material y la construcción. Hay muchos materiales capaces de
producir energía a partir de una diferencia de temperatura. Estos varían en costo,
la eficiencia y la temperatura de la operación.
Los materiales termoeléctricos tienen una eficiencia muy baja, por lo general
menos del 10%, un material muy barato puede tener una eficiencia de alrededor
del 1%. (RODRIGO ARGÜELLES GUERRERO, 2011). El corazón de los
generadores termoeléctricos es el módulo termoeléctrico. Se han ensayado e
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Pacífico
Agosto 2014
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incluso construido generadores de diversas mezclas de materiales
semiconductores (con sus correspondientes dopajes P y N), como son:
 Antimonio – Zinc
 Silicio – Germanio
 Telurio – Bismuto
 Plomo – Estaño – Telurio
Telurio Bismuto (Bi2Te3) es el material con la mayor eficiencia en el rango de
temperaturas, estos a alta temperatura alcanzan en torno al 4% de la eficiencia en
la máxima potencia.
Estructuralmente la celda Peltier, está formada por un conjunto de elementos
semiconductores P – N formadas por los materiales antes mencionados,
agrupados de forma que consolidan una estructura de celda, Figura 1.
Figura 1. Estructura de una celda Peltier
3. CONCLUSIONES
Actualmente se sigue trabajando con el análisis térmico de una celda Peltier, con
el cual se pretende obtener la potencia de una determinada celda de acuerdo a la
diferencial de temperaturas con las que se está analizando (temperatura del medio
ambiente y la temperatura de la carcasa del compresor), además de analizar dos
distintos materiales semiconductores y comparar el comportamiento de dichos
materiales y observar gráficamente cual tiene una mayor eficiencia respecto de
otra.
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