Diseño y modelado de un equipo de caracterización de módulos termoeléctricos

Abstract

El efecto termoeléctrico (o efecto Seebeck), es aquel que se produce cuando se ponen en contacto dos metales distintos a diferente temperatura mediante una unión bimetálica, creándose una diferencia de voltaje a ambos lados de la unión. El efecto contrario, denominado efecto Peltier, es aquel que se produce cuando una corriente eléctrica se hace pasar a través de la unión bimetálica y se genera una diferencia de temperaturas. La aplicación de este último efecto en el campo de la refrigeración o calefacción, se realiza a través de los denominados módulos termoeléctricos o células Peltier, que permiten obtener focos fríos (o calientes) para poder conseguir enfriar (o calentar) aplicaciones de pequeña potencia como alternativa a los sistemas de compresión de vapor clásicos. El objetivo de este trabajo es caracterizar un módulo termoeléctrico para disponer de un modelo que sirva como herramienta para elegir un módulo específico o predecir el funcionamiento del mismo. Para ello, disponemos de dos métodos: método experimental y método numérico mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF). Para el montaje experimental se partirá de unos valores de temperatura y potencia típicos en módulos termoeléctricos para poder fijar los ratios de las variables a controlar. Posteriormente, se diseñarán los sistemas de regulación y control para conseguir estabilizar el módulo. Para la parte de modelado numérico se usará un código de MEF desarrollado previamente, que se tendrá que ajustar y validar a partir de los datos proporcionados por el fabricante. Una vez validado, se compararán los resultados experimentales obtenidos en el banco de ensayos con los resultados numéricos del MEF indicando las discrepancias entre ambos y reajustando el modelo si fuera necesario. El presente trabajo se enmarca dentro de una aplicación práctica de la ingeniería que dará respuesta a un problema real, ya que la mayoría de los fabricantes no proporcionan las propiedades de las células Peltier y es complicado saber a priori qué modelo será el que mejor se ajuste a un proceso determinado. El documento final tendrá la siguiente estructura: memoria, presupuesto, planos del termoelemento a ensayar y pliego de condiciones.