Informe Refrigeradora Peltier Final.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA INSTITUCIÓN EDUCATIVA EXPERIMENTAL

FERIA ESCOLAR DE CIENCIA, TECNOLOGIA E INNOVACION-2018 PROYECTO

“REFRIGERADORA PELTIER”

INTEGRANTES Escalante Álvarez Dirk Alexandro García Rodríguez Jhontony Alessandro Gutiérrez Goicochea Jhoan Leonardo Gutiérrez Montañez Dareck Jesús Cristopher Iparraguirre Abanto Frank Anthony Jara Querevalu Rafael Adriano Minga Cristobal Andy Danton Quezada Ortiz Mateo Joaquin Rojas Machuca Juan Carlos Faviano Salinas Mendieta Yerik Andrey ASESOR Lic. Liliana Delmira Minaya Osorio Grado: 2º “B” NUEVO CHIMBOTE

2018 1

PRESENTACIÓN

El proyecto denominado” Refrigeradora Peltier” consisten en un prototipo que funciona bajo el principio de efecto peltier, el investigador Jean-Charles Peltier (físico francés) quien lo descubrió en 1834, y consiste en la transformación de la corriente eléctrica en dos efectos térmicos, por un lado de la celda expulsa el calor mientras que por el lado contrario se refrigera o enfría.

El principio de funcionamiento de la refrigeradora peltier es que opera de forma muy similar a una refrigeradora doméstica a diferencia que la refrigeradora peltier usa una celda peltier para producir el efecto de enfriamiento, mientras que en una refrigeradora domestica el efecto refrigerante lo hace el amoniaco, siendo este un fluido refrigerante contaminante del ecosistema y especialmente daña la capa de ozono.

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1. REALIDAD PROBLEMÁTICA Actualmente se vive en un caso medioambiental a razón del constante crecimiento de la población, que conlleva a la demanda de servicios y por consiguiente el uso de recursos naturales que pasan por la transformación e industrialización para cubrir muchas necesidades de la población. En ese sentido a través de las áreas formativas en la educación básica regular específicamente en el 2º grado de educación primaria se ha identificado ciertas problemática relacionada a los efectos contaminantes que se produce por la creciente industria y en el camino de idear estrategias que permitan contrarrestar estos efectos , dese las aulas se han contribuir con un proyecto de solución tecnológicas y científicas basadas en el estudio de principio o leyes de las ciencias que rigen el funcionamiento de las cosas, debido a ello surge la necesidad de idear e investigar sobre proyectos que ayuden a mitigar el impacto ambiental sin disminuir la calidad de los servicios y más aun buscando la económica y conservación del medio ambiente. En esa búsqueda, se investigó el principio de efecto peltier que consisten en la producción de calor y frio que se produce al pasar una corriente eléctrica sobre una celda cuya aplicación sirva para utilizarse en un proceso doméstico o industrial en la cual se aproveche el calor que se extrae y el efecto de enfriamiento que produce, para el cual se realiza el planteamiento la pregunta del problema.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿De qué manera se puede utilizar el efecto peltier para aplicaciones domesticas cuidando a la vez el medio ambiente? 3. JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO El proyecto se justifica desde tres perspectivas que la hacen práctico, económica, ecológica. 3.1 ES PRÁCTICO, porque sus componentes se pueden adquirir en el mercado local de Nuevo Chimbote, ya que en su mayoría sus materiales pueden ser obtenidos de otros equipos eléctricos reciclado, como es el caso del disipador de calor , que se encuentra presente en los componentes electrónicos de televisores y computadoras, así también el tecnopor o cajita de tecnopor puede ser reciclado , el ventilador se puede adquirir en cualquier tienda electrónica o también puede ser reciclado de computadoras en desuso además su construcción y montaje es versátil, para fijar las partes se usó pegamento soldimix y bisagras chicas, además es fácil de transportar , ya que su forma se asemeja a una cajita de neceseres.

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3.2

ES ECONÓMICA, porque la mayoría de sus componentes se obtienen como piezas de otros equipos en desuso (se reciclan), tal es así para la caja de tecnopor, el disipador de calor, y el ventilador, el costo total del proyecto se encuentra entre 75 a 80 nuevos soles, y la celda peltier cuesta aproximadamente 40 soles.

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ES ECOLÓGICA, porque el proceso de generación de calor y frio lo produce la celda peltier usando solo la corriente eléctrica, a diferencia de una refrigeradora domestica donde el enfriamiento lo hace el fluido refrigerante a base de amoniaco, siendo el amoniaco o cualquier otro refrigerante industrial muy contaminante para el medio ambiente que deteriora la capa de ozono.

En general también se justifica el proyecto de trabajo por sus aplicaciones, basadas en el efecto de calor y frio que produce la celda peltier, por ejemplo, se citara algunas bondades de su utilidad. 4



COMO CALEFACCION PARA VIVIENDAS ALTOANDINAS, Como un sistema de calentamiento para calentar ambientes de baja temperatura (caso de lugares de la sierra del Perú donde se presentan bajas temperaturas), la celda peltier se usa para producir calor y atemperar o climatizar lugares para obtener confort térmico.



COMO UN SISTEMA DE REFRIGERACION, enfriando o refrigerando para conservar productos alimenticios en los hogares, como hortaliza, huevos, carne, y bebidas, evitando asi utilizar el tradicional refrigerador domestico que utiliza el amoniaco como fluido refrigerante siendo muy perjudicial para el medio ambiente ya que destruye la capa de ozono.



COMO CONSERVADOR DE MEDICAMENTOS, algunos medicamentos como las vacunas necesitan conservarse a temperaturas bajas, es por ello que el efecto peltier utilizado para refrigerar permite la conservación de estos medicamentos garantizando que su preservación sea íntegramente ecológica y amigable con el medio ambiente. Además, por su versatilidad, puede ser transportado a manera de cajita de herramientas o neceser.

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4.

MARCO TEORICO

La termoelectricidad es el estudio de la conversión del calor en energía eléctrica. El físico alemán Thomas J. Seebeck descubrió en 1820 que si se cierra el circuito por la unión de dos materiales distintos a diferente temperatura, ésta produce una diferencia de potencial que se genera en la unión de los metales. En 1834 el físico francés Jean C. A. Peltier descubrió el efecto inverso al que había descubierto Thomas. Si una corriente pasa a través del circuito descrito por Seebeck (termopar), la temperatura de una parte de este circuito aumenta y la temperatura en la otra sección disminuye, así que el calor es transferido desde una unión a otra. La cantidad de calor que se transmite es proporcional a la corriente generada.

Figura 01. Sistema de efecto peltier 4.1 Efecto Peltier El efecto Peltier consiste en lo siguiente: Cuando se hace pasar una corriente por un circuito compuesto de materiales diferentes cuyas uniones están a la misma temperatura, se produce el efecto inverso al Seebeck. En este caso, se absorbe calor en una unión y se desprende en la otra. La parte que se enfría suele estar cerca de los 25º C, mientras que la parte que absorbe calor puede alcanzar rápidamente los 80º C. Lo que lo hace aún más interesantes es el hecho de que, al invertir la polaridad de alimentación, se invierta también su funcionamiento; es decir: la superficie que antes generaba frío empieza a generar calor, y la que generaba calor empieza a generar frío. Gracias a los inmensos avances en el campo de semiconductores, hoy en día, se

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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) 4.2 Células Peltier Las aplicaciones prácticas de estas células son infinitas. La lista podría ser interminable, ya que son muchas las aplicaciones en que es necesario utilizar el frío y al mismo tiempo, el calor. Si observamos la figura, podemos ver que se compone, prácticamente, de dos materiales semiconductores, uno con canal N y otro con canal P, unidos entre sí por una lámina de cobre. Si en el lado del material N se aplica la polaridad positiva de alimentación en el lado del material P la polaridad negativa, la placa de cobre de la parte superior enfría, mientras que la inferior calienta. Si en esta misma célula, se invierte la polaridad de alimentación, es decir, se aplica en el lado del material N la polaridad negativa y en el lado del material P la positiva, se invierte la función de calor / frío: la parte superior calienta y la inferior enfría.

Un dispositivo de refrigeración convencional lleva tres elementos fundamentales: un evaporador, un compresor y un condensador. El evaporador representa la sección fría dentro de la cual el refrigerante, bajo presión, puede evaporarse. El paso del refrigerante de estado líquido a gaseoso necesita tomar calor de su entorno. El compresor funciona como una bomba para el refrigerante, que, comprimiéndolo, hace que pase de estado gaseoso a líquido, restituyendo su energía calórica. El condensador radia las calorías cedidas por el refrigerante, y el compresor, al exterior. El módulo Peltier, por lo tanto, presenta ciertas analogías con un dispositivo como este. Es, por lo tanto, una bomba de calor estática que no requiere ni gas ni partes móviles.

Físicamente los elementos de un módulo Peltier son bloques de 1 mm cúbico conectado eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo .

Los módulos Peltier también funcionan mejor o peor en función de la alimentación que requieran, ya que no todos funcionan con los mismos voltios ni amperios. Por consiguiente, cada tipo de 7

módulo se alimenta con la tensión indicada por el fabricante, para evitar que se inutilice en un plazo breve.

4.3 Tipos de Células Peltier

Existen células Peltier con dimensiones y potencias diversas. También existen células aisladas y no aisladas, en función de que encima y debajo de las dos superficies exista, o no, una capa fina de material cerámico, necesario para aislar las láminas de cobre de las distintas células; por consiguiente estas dos superficies se pueden apoyar sobre cualquier plano metálico sin necesidad de aislantes, o no.

Si una célula Peltier está sin aislar será necesaria la utilización de una mica del tipo

Sil-

Pad, para poder transferir la energía. Este tipo de micas es caro, muy caro y difícil de conseguir. Por otro lado, las células ya aisladas tienen un material cerámico con una resistencia térmica muy baja, por lo que la pérdida de transferencia es insignificante.

El frío o calor que puede generar un módulo Peltier viene especificado por el salto térmico (diferencia térmica, incremento, etc.) que indican sus fabricantes.

En teoría, un salto térmico de 70 grados significa que si el lado caliente de la célula se ha estabilizado a una temperatura de 45 grados, en el lado frío existe una temperatura de 45 - 70= -25 grados.

Por el contrario, si el lado caliente sólo alcanza 35 grados, en el lado frío hay una temperatura de 35-70= -35 grados

A nivel práctico, debido a las inevitables pérdidas de transferencia de calor entre célula y aleta de refrigeración es difícil alcanzar este salto térmico. Tampoco tiene un rendimiento lineal y son elementos muy pesados. Quiero decir con esto (no que pesen) que el rendimiento obtenido del funcionamiento del aparato es muy bajo.

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4.4 Composición de las Células Peltier: Las células que se comercializan en el mercado, esencialmente están compuestas por dos tipos de elementos semiconductores, telurio de bismuto y el seleniuro de antimonio. Debido a la escasez de alguno de los componentes y a su baja producción, el coste de estos aún es elevado en el mercado. Las placas cerámicas que están dispuestas en ambas caras llevan pistas de cobre que permiten unir los semiconductores eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo. Para obtener un voltaje útil hace falta una diferencia de temperatura de 100 ºC o más, o conectar muchas células en serie. 4.5 Características del efecto Peltier: El efecto Peltier se caracteriza por la aparición de una diferencia de temperaturas entre las dos caras de un semiconductor cuando por él circula una corriente. Una celda Peltier está conformada por dos materiales semiconductores uno tipo P y otro tipo N produciéndose internamente el así llamado efecto termoeléctrico de Peltier.

Diagrama que muestra la estructura interna de una celda Peltier, donde se observan los elementos semiconductores dispuestos eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo.

5.

MATERIALES 5.1 Equipos  Celda peltier

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Dimensiones

40x40x3.6mm

Potencia eléctrica máxima

107,8W (15,4V @ 7A)

Potencia calorífica máxima

62.2W

Diferencia de temperatura máxima entre caras

69°C

Resistencia interna

1,7 Ω

Cantidad de termopares

127 termopares

Máxima temperatura de operación cara caliente

180°

Mínima temperatura de operación cara fría

-50°c

 Transformador de voltaje.

Dimensiones

60x100x55 mm

Tensión de entrada

110/220V ±15% (CA)

Tensión de salida

12V – 10 A (DC)

Frecuencia

50/60 Hz

Potencia Máxima

60W

 Disipador

Dimensiones

66x50x70 mm

Material

Cobre-aluminio 10

Característica



Hibrido de cobre-aluminio para la mejor relación de absorción y disipación de calor.

Ventilador

Dimensiones

60x60x20 mm

Alimentación

12v DC

Materiales 

Caja térmica de tecnopor 27x13x22 cm



Estaño

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Pasta térmica

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

Vidrio 80x175x4mm

6. Instrumentos 

Medidor digital de temperatura

7. Equipos  Soldador eléctrico de estaño.

8. Montaje Cortar en la parte superior de la caja térmica, para ensamblar la celda peltier.

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a. Ensamblar la celda peltier.

b. Instalar el medidor digital de temperatura.

c. Realizar las conexiones de los cables.

9. ETAPA DE CONSTRUCCIÓN

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10. METODOLOGÍA APLICADA

La metodología utilizada es el método de proyectos el cual consiste en presentar como evidencia el resultado concreto de un equipo, o producto que demuestra los principios teóricos para este caso el efecto peltier, a través del prototipo de enfriador denominado” Refrigeradora Peltier”, y el tipo de investigación por su naturaleza es aplicada.

11. DISCUSIÓN, INTERPRETACIÓN, APLICACIÓN DE LOS RESULTADOS  DISCUSIÓN: la capacidad de la celda peltier está en funcion de la cantidad de volumen del espacio a refrigerar, es por ello que se deberá tener em cuenta este parâmetro al momento de pretender aumentar la capacidade del equipo, asi mismo , el efecto peltier se da cuando circula por la celda una corriente elétrica .  INTERPRETACION: Al darse el efecto peltier se debe elimina el calor por consiguiente la câmara de refrigeracion bajara su temperatura hasta 9ºC aproximadamente tal y como se evidencio al momento de su uso.  RESULTADOS: El efecto peltier se puede utilizar para producir bajas temperaturas y conseguir resultados similares a la de un refrigerador doméstico, por el cual se le denomina “Refrigeradora Peltier”, y enfria desde desse 20ºC a 5ºC . 12.

BIBLIOGRAFÍA  S. Kasap, “Thermoelectric Effect in Materials: Thermocouples”, Departament of electrical engineering, University of Saskatchewan, Canada. Nov. 2001. [Online]. Disponible:http://electronicmaterials.usask.ca/Samples/Thermoelectric-Seebeck.pdf  W. Blacarte. “Efecto Peltier”, Departamento de electrónica, sistemas e informática de la Universidad Jesuita de Guadalajara, México 2001. [Online].  Termodinámica, Y.A. Cengel y M.A. Boles, McGrawHill, 4™. Ed. (2002).

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