conversión del calor en energia

7/21/2019 Conversin Del Calor en Energia

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COVERSION DEL CALOR EN ENERGA

1. FUNDAMENTO TEORICO

La primera ley de la termodinmica nos dice que la energa del universo permanece constante

antes y despus de cada proceso. La energa del universo no se altera en lo absoluto, la primera

ley se cumple cualquiera sea la direccin de la transformacin. La energa puede ser transformadade una forma a otra, pero no se puede crear o destruir solo transformar. Ejemplo: la energa

perdida en la combustin del petrleo en una planta generadora de energa puede transformarse

en los ogares de una ciudad en energa elctrica, lu! para alumbrar, calor para calentar, etc.

Una transformacin cuyo resultado final es transformar el calor en energa desde una

fuente la cual se encuentra a la misma temperatura es imposible. Lord Kelvi. Este fue elprincipio de la segunda ley de la termodinmica. "e forma general, la segunda ley nos dice que

ning#n proceso fsico puede ocurrir si este decrece el desorden o entropa del universo.

$l sumergir el conversor termoelctrico una termocupla en una fuente caliente y la otra en una

fuente fra, el

% producido puede transformarse en Energa &

% '( E) que ace que elventilador funcione.

El conversor tambin puede demostrar el Efecto *eltier descubierto en +-. /uando una

corriente calienta la bomba del conversor termoelctrico y Energa elctrica causa una diferencia

de temperatura &E' %). 0no de los bra!os del conversor se calienta y el otro se enfra y

finalmente el conversor act#a como un capacitor trmico. "espus que la corriente pasa a travsdel conversor para crear una diferencia de temperatura, se enciende el s1itc, y la diferencia de

temperatura causa una corriente que ace funcionar el ventilador &% '( E).

El /onversor %ermoelctrico fue dise2ado para demostrar la relacin entre la primera y

segunda ley de la termodinmica. /uando un conversor termoelctrico esta en posicin &%'( E). 0na termocupla sumergida en agua caliente y la otra en agua fra. La energa trmica del

agua caliente es convertida en trabajo por el conversor y el ventilador empie!a a funcionar.

/uando el agua fra y el agua caliente son me!clados en un recipiente grande, ambas

termocuplas del equipo son puestas en el recipiente y el ventilador no funciona. La energa

interna total del agua no cambia me!clando el agua fra y caliente, o sea que debe aber a#n lasuficiente energa en el agua para acer girar el ventilador. *ero no ocurre porque esto podra

violar la 3egunda Ley de la termodinmica.

2. OBJETIVOS

4lustracin de que e5iste energa disponible cuando dos sistemas se encuentran a

temperaturas diferentes.

6bservar como la diferencia de temperatura se transforma en Energa utili!able.

6bservar como la Energa puede transformarse en diferencia de temperatura &Efecto

*eltier).


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3. MATERIAL

+ equipo conversor termoelctrico

+ multmetro

+ fuente $/7"/ +8 voltios

8 termmetro 9+ 9++ ; /

+ ba2o de ielo

+ ba2o de agua caliente

+ ornilla

- vasos de precipitacin de + ml

+ mesita plegable

4. REACTIVOS

$gua destilada

.+ ?ontaje del conversor termoelctrico


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5.1 CONVERSIN DE VARIACIN DE TEMPERATURA EN ENERGA

+.9 En un vaso de + ml preparamos un ba2o de agua caliente, comen!amos con - ; / y

para cada medicin elevamos la temperatura en > ; /.

8.9 En otro vaso de + ml preparamos un ba2o de agua fra con ielo.

-.9*usimos ambos vasos lado a lado &el nivel del agua debe ser el mismo en ambos) e

introducimos las termocuplas del equipo cada uno en un vaso, ver =ig. .+. Elevar el 31itc a

% E. Esperamos unos @ minutos para que ambos bra!os lleguen a la temperatura del ba2o yle den un impulso al ventilador.

.9 6bservamos si la variacin de temperatura se transforma en calor.

@.9 3eguimos con el mismo procedimiento asta alcan!ar el % para el cual comen! a

funcionar el ventilador. Aeali!amos una tabla de % fuente caliente vrs % fuente fra y %.

% /aliente BC/D % =ra BC/D % BC/D- > 8

-@ > 8F

> -

@ > -F

>.9 ?e!clamos en un vaso de precipitacin agua fra y agua caliente, medimos la temperatura,

sumergimos ambas termocuplas del conversor en el lquido y vimos si e5iste transformacin de

calor en energa.

5.2 CONVERSIN DE VARIACIN DE TEMPERATURA EN ENERGA

+.9 /onectamos el equipo a una fuente de energa $/7"/ de +8 voltios y al mismo tiempo aun multmetro.

8.9 /ambiamos el 31itc del equipo a E %

-.9 $plicamos un voltaje m5imo de @ voltios y 8 $mperios durante un tiempo m5imo de 8

minutos. Go sobrepasamos dico tiempo ya que podra causar un da2o irreparable al equipo.

.9 %ocamos ambas termocuplas y sentimos si ubo o e5iste alg#n cambio en la temperatura.

@.9 Luego cambiamos el 31itc a %') E y vimos como el ventilador empie!a a funcionardebido a la diferencia de temperatura originada por la aplicacin de energa.

6. DATOS Y CALCULOS


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+.9 Aeali!ar una tabla de temperatura de la fuente caliente versus temperatura de la fuente fra.

% /aliente BC/D % =ra BC/D % BC/D

- > 8

-@ > 8F

> -@ > -F

@ >

8.9 /alcular el %.

Los resultados de esta diferencia estn registrados en la tabla anterior.

%H % /aliente BC/D 9 % =ra BC/D

%H &- 9 >) BC/D

%H 8 BC/D

-.9 /ul es el % mnimo para el cual e5iste transformacin de %emperatura en Energa.

El mnimo % para que se pueda apreciar la transformacin de energa fue:

% H C/

7. PREGUNTAS

+.9 Iu diferencia de calor es necesaria para apreciar la transformacin de temperatura en

energaJ

A.9 6bservamos que la fuente de calor cede calor a la fuente fra por lo tanto pudimos observar elcambio de temperatura en energa &trabajo).

%emperatura fuente caliente H @ C /%emperatura fuente fraH > C /

%emperatura necesaria para que el ventilador funcione % H C /

La diferencia de calor necesaria para que el ventilador funcione es:

IH m KcpK%

IH &vK ) K cp K %

I H + ml K ,FF&g7ml) K +&cal 7 g C /) K &C /)

I H -@+> cal

8.9 *or qu el ventilador no funciona cuando se introduce ambas termocuplas en agua tibiaJ.


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A.9 $l introducir las termocuplas en agua tibia se observa que el ventilador no funciona. Esto se

debe a que el agua caliente y el agua fra funcionan como una pila, es decir una de ella ace de

polo positivo y la otra como polo negativo.

3i las dos estn en un solo polo no funcionan, lo mismo ocurre con el ventilador debido a que

ambas termocuplas estaran introducidas en una temperatura de agua constante y por lo tanto noe5istira una variacin de temperatura que pueda generar energa para que funcione el ventilador.

-.9 E5istir una conversin de temperatura en energa si una de las termocuplas se sumerge enagua a > C / y la otra a 8@ C /.

A.9 Go e5iste una transformacin de temperatura en energa puesto que la diferencia de

temperatura es de % H -@ C/ y en nuestro e5perimento obtuvimos una diferencia de temperatura

mnima de % H C/ y como la diferencia de temperatura es menor, no e5iste una conversin de

temperatura en energa.

.9 E5istir una transferencia de calor acia los alrededores.

A.9 La e5periencia que reali!amos, se considera como un sistema abierto, debido a que no esta

aislado de los alrededores, por tanto si e5iste una transferencia de calor acia los alrededores.

@.9 E5plicar las aplicaciones industriales ms importantes del efecto *eltier.

A.9Peltier, Jean Carles

&


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Iue es el efecto *eltierJ

El efecto *eltier consiste en el enfriamiento o calentamiento de una unin entre dos conductores

distintos al pasar una corriente elctrica por e+la y que depende e5clusivamente de lacomposicin y temperatura de la unin. La potencia calorfica intercambiada en la unin entre $

y P es BPiel N. Q., +FFMD:

Ip H R $PNH R N% &P9 $)

donde B D$P es el llamado coeficiente *eltier, que se define corno el calor intercambiado en launin por unidad de tiempo y de corriente que circula a travs de la misma:

$PH Ip H %&P9 $)

Nd3

N: flujo de corriente elctrica

3: superficie

%: temperatura absoluta &S)B D $, B D P: coeficiente 3eebecO de los materiales $y P respectivamente

Este efecto fu descubierto por /arles $. *eltier, en +- en *aris. Este buen se2or era unfsico investigador que trabajaba con metales, a los que se les llamaba semiconductores. 3e les

llamaba as porque la corriente elctrica tena dificultades al pasar por estos metales.

/uando se sueldan dos metales distintos tales como cobre y ierro y se ace pasar una

corriente continua a travs de ellos, se produce un calor en un e5tremo y fro en el otro, ste

fenmeno se llam efecto *eltier.

A!"#$#"%&'( La utili!acin como en los #ltimos a2os fueron las termocuplas.

Las termocuplas al calentarse producen una tensin que va en aumento al aumentar la

temperatura. La peque2a tensin generada es amplificada y permite desviar una aguja en unmicro ampermetro que indica temperatura versus la tensin recibida.

El segundo fenmeno utili!able es el que ocurre cuando aplicamos una tensin en lose5tremos de los alambres soldados. 6curre que la soldadura se calienta o enfra seg#n el sentido

de circulacin de la corriente. /on estas posibilidades la aplicacin futura en calefaccin y

refrigeracin ecolgica sin gases que destruyen la capa de o!ono es enorme y lgica permitiendoadems suponer el motivo del no desarrollo del sistema.

EFECTO PELTIER:

*ermite generar fro o calor a partir de la electricidad alimentando una de estas clulas

*EL%4EA, al igual que las clulas 3EEPE/S se establece una diferencia de temperatura entre las

dos caras de la clula *EL%4EA, esta diferencia depende de la temperatura ambiente donde estesituada la clula *EL%4EA, y del cuerpo que queramos enfriar o calentar. 3u uso mas bien es para


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enfriar, ya que para calentar e5isten las resistencias elctricas, que son muco mas eficientes en

este cometido que las clulas *eltier, estas son muco mas eficientes refrigerando, ya que su

reducido tama2o las ace ideales para sustituir costosos y voluminosos equipos de refrigeracin

asistida por gas o agua.

ES)UEMA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CELULA PELTIER*

R'+,"-',$#"& T',/%'!0#,"#$. 0n refrigerador termoelctrico es un tipo especial desemiconductor que funciona como una bomba de calor. $plicndole una tensin continua, el calorser despla!ado en la direccin de la corriente &del R acia el 9). El calor es TbombeadoU de una

cara del mdulo a la otra, de manera que una estara fra y la otra caliente, y el efecto es

reversible. Esto es conocido tambin como el Efecto *eltier y es muy utili!ado en aplicaciones

militares y aerospaciales que necesitan refrigerar componentes sensibles a la temperatura sinnecesidad de =ren o comprensores. El efecto *eltier descubierto en +-. /uando la corriente

pasa a travs de una unin de dos diferentes tipos de conductores produce un cambio de

temperatura. 3in embargo, la aplicacin prctica de este concepto requiere el desarrollo desemiconductores que sean buenos conductores de la electricidad y pobres conductores del calor 9

el equilibrio perfecto para las caractersticas %E/ &%ermoelctricas).


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Iu ay de especial en los elementos *eltierJ

Los buenos refrigeradores *eltier refrigeran significativamente mejor que los convencionalesdisipadores, siendo muy adecuados para el overclocOinq. Es importante subrayar que el disipador

de un refrigerador *eltier estar mas caliente que un disipador de un refrigerador convencional,

debido al calor a2adido que produce el propio elemento *eltier.

P'!"-,%( ' !%( ,'+,"-',$%,'( P'!"',

3i bien un refrigerador *eltier puede ser una perfecta solucin trmica, si su dise2o es

insuficiente o los ventiladores estn instalados inadecuadamente: puede ser peligroso.

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