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.

1. SISTEMA TERMOELÉCTRICOS DE
GENERACIÓN DE POTENCIA Y
DE REFRIGERACIÓN
By: Iván P. G.

2. RESUMEN
 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 Seebaeck y el efecto
Thomson.
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3. DESARROLLO TEÓRICO
EFECTO JOULE
 Se conoce como efecto Joule al
fenómeno irreversible por el cual si en
un conductor circula corriente
eléctrica, parte de la energía
cinética de los electrones se transforma
en calor debido a los choques que
sufren con los átomos del material
conductor por el que circulan,
elevando la temperatura del mismo. El
nombre es en honor a su descubridor,
el físico británico James Prescott Joule.
Q = 𝑰 𝟐
𝑹𝒕
Donde Q es la energía calorífica
producida por la corriente, I es la
intensidad de la corriente que circula,
R es la resistencia eléctrica del
conductor y t es el tiempo.

4.  Considere dos alambres de diferentes metales
unidos en ambos extremos (uniones),
formando un circuito cerrado. Ordinariamente
no ocurrirá nada. Sin embargo, cuando se
calienta uno de los extremos sucede algo
interesante: una corriente fluye
continuamente en el circuito, como se
observa en la figura. Esto se conoce como el
efecto Seebeck, en honor a Thomas Seebeck,
quien realizó este descubrimiento en 1821.
Cuando una de las uniones de dos metales
diferentes se calienta, fluye una corriente I
por el circuito cerrado.
El circuito que incorpora efectos térmicos
además de eléctricos se denomina circuito
termoeléctrico, y un dispositivo que opera en
este circuito se denomina dispositivo
termoeléctrico.
Cuando el circuito termoeléctrico se rompe,
como se muestra en la figura, la corriente deja
de fluir y es posible medir la fuerza impulsora (la
fuerza electromotriz) o el voltaje generado en el
circuito mediante un voltímetro.
Cuando se rompe un circuito termoeléctrico, se
genera una diferencia de potencial.
EFECTO SEEBACK

5.  Thomas J. Seebeck descubrió que en un circuito
formado por dos metales distintos homogéneos, A y
B, con dos uniones a diferente temperatura, T y
T+ΔT, se establece un flujo de corriente eléctrica 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 unión y de la diferencia de
temperatura entre las dos uniones.
La relación entre la f.t.e.m., EAB, y la
diferencia de temperaturas entre las
uniones ΔT, define el coeficiente
Seebeck.
donde αA y αB son respectivamente las
potencias termoeléctricas absolutas de A y B y
son características de cada metal.
En general, αAB no es constante, sino que
depende de la temperatura T.
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EFECTO SEEBACK

6.  Jean Charles Athanase Peltier, quien
descubrió dicho fenómeno en 1834. Él
observó durante sus experimentos que
cuando una pequeña corriente pasaba por
la unión de dos alambres distintos, la unión
se enfriaba, como se muestra en la figura.
Esto se denomina efecto Peltier, y constituye
la base de la refrigeración termoeléctrica.
EFECTO PELTIER

7. EFECTO PELTIER
 El efecto Peltier consiste en el
enfriamiento o calentamiento de
una unión entre dos conductores
distintos al pasar una corriente
eléctrica por ella y que depende
exclusivamente de la composición y
temperatura de la unión.
Esquema del efecto Peltier
La potencia calorífica intercambiada en la unión entre A y B es
donde πAB es el coeficiente Peltier, que se define como el calor
intercambiado en la unión por unidad de tiempo y de corriente
que circula a través de la misma, J es el flujo de corriente
eléctrica, ΔT la diferencia de temperatura absoluta entre A-B y
αAB el coeficiente Seebeck.
3

8.  Por lo tanto, al conectar la celda
fabricada a una fuente de
alimentación de corriente contínua,
la potencia que se absorbe
corresponde a un término debido al
efecto Joule y otro debido al efecto
Peltier[4]. De (1) y (3) se determina la
potencia absorbida.
 donde Pent es la potencia
suministrada por la fuente.
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9. EFECTO THOMSON
 El efecto Thomson consiste en la
absorción o liberación de calor por
parte de un conductor eléctrico
homogéneo, con una distribución de
temperaturas no homogénea, por el
que circula una corriente.
El flujo neto de potencia calorífica
por unidad de volumen, en un
conductor de resistividad r, con un
gradiente longitudinal de
temperatura, por el que circula
una densidad de corriente J será:
donde s es el coeficiente Thomson. El primer término
corresponde al efecto Joule, irreversible, mientras que el
segundo expresa el efecto Thomson, reversible.
Desarrollando esta expresión para obtener la relación 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 unión:

10. REFRIGERADOR TERMOELÉCTRICO
 La refrigeración termoeléctrica utiliza el efecto Peltier
para crear un flujo térmico a través de la unión de dos
materiales diferentes, como metales o
semiconductores tipo P y N. Un refrigerador o
calentador Peltier o una bomba de calor
termoeléctrica es una bomba de calor activa en
estado sólido que transfiere calor de un lado del
dispositivo a otro oponiéndose al gradiente de
temperatura, consumiendo para ello energía
eléctrica. Un instrumento de este tipo también es
conocido como dispositivo Peltier, diodo Peltier,
bomba de calor Peltier, refrigerador de estado sólido
o refrigerador termoeléctrico.

11. CONCLUSIÓN
Concluimos que gracias a los inmensos avances en el campo de
semiconductores, hoy en día, se construyen sólidamente y en tamaño de
una moneda. Los semiconductores están fabricados con Teluro y
Bismuto para ser tipo P o N (buenos conductores de electricidad y malos
del calor) y así facilitar el trasvase de calor del lado frío al caliente por el
efecto de una corriente continua.
Como todo en esta vida, las unidades peltier también tienen algunos
inconvenientes ha tener en cuenta. Como pueden ser el alto consumo
eléctrico, o que dependiendo de la temperatura y la humedad puede
producirse condensación y en determinadas condiciones incluso puede
formarse hielo.

12. BIBLIOGRAFÍA