EFECTO TERMOELCTRICO

EFECTO TERMOELCTRICO

1. INTRODUCCIN

La tecnologa termoelctrica actual slo se usa en campos muy especializados, como la refrigeracin de estado slido, porque los materiales no son muy eficientes. Un ejemplo es el enfriamiento de asientos de automviles en climas clidos. Los dispositivos, similares a los calentadores de asientos, proporcionan confort directamente al individuo, en vez de enfriar el automvil entero, ahorrando costos de climatizacin y de energa. Otra aplicacin curiosa son las botas que emplean la termoelectricidad generada por el calor de los pies para cargar el telfono mvil.Los motores de combustin interna actuales slo aprovechan un 25% de la energa liberada en la combustin. Las clulas fotovoltaicas tienen un rendimiento mximo de un 15%. Sin embargo, los nuevos materiales permiten ahorros substanciales de energa al poderse fabricar motores ms eficientes. Las nuevas clulas fotovoltaicas hbridas permiten generar energa elctrica y trmica simultneamente. Los dispositivos electrnicos tambin aprovechar el calor radiado en termoelectricidad.Otro de los usos de estos nuevos materiales podra se en la conversin del calor desechado de los reactores nucleares, en el enfriamiento de los productos obtenidos de los altos hornos o en la extraccin de crudo de las plataformas petrolferas. A su vez, la compaa Fujitsu ha desarrollado un dispositivo hbrido capaz de generar electricidad utilizando dos fuentes de energa natural simultneamente: luz y calor. Esta nueva generacin de dispositivos har posible mantener la produccin de energa a todas horas, reemplazando una fuente cuando la otra no est disponible

2. OBJETIVOS:Estudiar la conversin de la energa trmica en elctrica.

3. INTRODUCCION TERICA

3.1. Efecto termoelctrico:

Los dispositivos termoelctricos se basan en el hecho de que cuando ciertos materiales son calentados, generan un voltaje elctrico significativo. Por el contrario, cuando se les aplica un voltaje, se vuelven ms calientes en un lado, y ms fros en el otro. Los electrones se mueven del extremo caliente del material al extremo fro, creando electrodos positivos y negativos y con ello el voltaje elctrico. Este efecto, conocido como PeltierSeebeck, es reversible. Esto no se produce en todos los materiales ya que, por ejemplo, el filamento de las bombillas incandescentes produce calor al aplicarle una diferencia de voltaje (efecto Joule), pero no es un efecto reversible.

[3.2. Materiales Termoelctricos:

El proceso de termoelectricidad slo ocurre en ciertos materiales, especialmente bien en los semiconductores (los materiales con los que se fabrican los chips). El problema fundamental para crear materiales termoelctricos eficientes es que necesitan ser muy buenos transmitiendo la electricidad, pero no el calor.Actualmente, los materiales termoelctricos tienen un bajo rendimiento energtico, slo un 6 por ciento. Una nueva generacin de materiales, en lo que se aade antimonio y plomo al semiconductor de teluro de plomo, produce un material termoelctrico que es ms eficiente en las altas temperaturas que los materiales existentes, alcanzando el 14 por ciento de eficiencia. La meta a largo plazo es alcanzar el 20 por ciento de eficiencia.La clave para hacerlos ms prcticos ha sido crear materiales semiconductores especiales en los cuales se crearon diminutos patrones para alterar el comportamiento de los materiales. Esto puede incluir la incorporacin de nanopartculas o nanocables en una matriz de otro material. Estas estructuras nanomtricas interfieren con el flujo de calor pero permiten a la electricidad fluir libremente.

3.3. Termocupula:

Lostransductoreselctricos detemperaturautilizandiversosfenmenosentreloscualesfiguran:Variacinderesistenciaenunconductor(sondasresistivas).Variacinderesistenciadeunsemiconductor(termistores).femcreadaenlaunindedosmetalesdistintos(termocuplas).Enestaseccinnosdedicaremosaestosltimos

Untermocuplasecomponededoshilosdediferentesmetalesunidosensusextremos.Unajuntaeslajuntacalienteodemedicinylaotraladereferenciaojuntafra.ThomasSeebecken1821describielfenmenoqueconsisteenlacirculacindeunacorrienteendichocircuito.

ElfenmenodescriptoporSeebeckocurreporlacombinacindedosefectostermoelctricoscombinados,elefectoPeltieryelefectoThomson,stosestnsobreimpuestosconelefectoJoule.

Estosefectossepuedenvercomofuerzaselectromotricesgeneradasencadacasoasaber:1.ElefectoPeltierproduceunaf.e.menlajuntadedosmetalesdiferentes.Estafemdependedelatemperaturaydelpardemetalesqueformanlajunta.Launindelosmetalesdebeserenuncontactontimo,pero,nonecesariamentesoldada.JeanPeltierdescubresuefectoen1834.

Esteefectosepuedemanifestartambincomolaabsorcinoliberacindeenergatrmicacuandoenunajuntademetalesdiferentescirculaunacorriente.

2.ElefectoThomsondalarelacinentrelafemgeneradaenunconductorhomogneosimpleyladiferenciadetemperaturaentresusextremos.Estafem crececonladiferenciadetemperaturasydependedelmetalencuestin.Figura03.Tambinsemanifiestaenlaliberacinoabsorcindecalorcuandounacorrientecirculaporunmetalhomogneoenelquehayungradientedetemperaturasentresusextremos.

Laliberacindecalorsucedecuandolacorrientecirculaenelconductorenlamismadireccinquelohaceelflujodecalorenelmismoqueestdadoporelgradientedetemperaturasmencionado.Comovemosporlasobservacionesanotadasen1yen2esosfenmenossonreversibles,noloesaselefectoJoule.

Lacorrientequecirculaenelcircuitodelafigura1eslaquegeneranlasfemdelosefectosPeltieryThomsonesdecirlatensindeSeebeck.

LEYESDELASTERMOCUPLASLacostumbredaparalaaplicacinprcticaalgunasleyesbsicasquesalendecombinarlosefectostermoelctricosylasleyesdeloscircuitoselctricos,porloqueenrealidadnosonleyes.Sehaceusodesusenunciadosparagenerarlossistemasdemedicin.LEYDELOSCIRCUITOSHOMOGNEOSEnunconductormetlicohomogneonopuedesostenerselacirculacindecorrienteelctricaporlaaplicacinexclusivadecalor.

LEYDELOSTEMPERATURASINTERMEDIASEnunatermocuplaconlasjuntasdelosmetalesAyBalastemperaturasT1yT2lafemtermoelctricageneradaesindependientedelastemperaturasintermediasen.losconductoresAyB.

LEYDELOSMETALESINTERMEDIOS:SienunatermocuplainsertamosunsegmentodeconductordeuntercermetalC,enalgunodelosdosconductoresmetlicosAB.lafemgeneradaserindependientedelaexistenciadeestetercerconductorsiemprequelastemperaturasdelasjuntasdelmismoseaniguales.

Laaplicacindeesaleypermitehacerlasextensionesdelastermocuplasconotrosmaterialesdistintosdelosdelparsensorens.

4. ELEMENTOS A UTILIZAR

Fuente Alterna 220v, 60 Hz. Instrumento medidor. Regulador de Temperatura. Contador Termocupla Horno (cocinilla)

5. PROCEDIMIENTO

a) Armar el esquema sealado.b) Alimentar con tensin de 220v a la cocinilla, hasta que el agua entre en ebullicin. Una vez logrado ello, introducir la Termocupla al recipiente.c) En el instante de ebullicin tomar medidas de temperatura 4 veces (con el termmetro de Hg), anotar al mismo los milivoltios que indica el HDC.d) Desconectar la tensin de la cocinilla.e) Durante el enfriamiento lento del agua, realizar mediciones de: Temperatura (termmetro de Hg) Milivoltios (que indica el HDC)

6. CUESTIONARIO

1. Describir las caractersticas de los elementos del esquema I y II.

a) Termocupla: Es un instrumento que consiste en dos conductores, cobre y constatan que estn unidos por torsin es sus extremos, formando un circuito, que al calentar uno de sus extremos permaneciendo el otro fro surge una corriente elctrica.

b) Sensor bimetlico: Es un aparato constituido de dos tiras delgadas de metales diferentes que se unen a todo lo largo.

c) Interruptor de control: Este es usado con el sensor bimetlico, el sensor bimetlico al elongarse hace contacto con este interruptor, y este les comunica a la bobina del contactor y esta abre el circuito, mientras ste caliente, pero al disminuir la temperatura nuevamente se acciona el circuito.

d) Cocinilla: Es un aparato que sirve para calentar al sensor bimetlico, este conecta al contactor.

2. Cuntos circuitos elctricos (cerrados) existen en el esquema NI.1.- L1, hasta la entrada del Nc del termostato (cuando los conductores estn presionando) de la salida del NC del termostato hasta la entrada de la bobina del conductor y de la salida de la bobina del contactor hasta L2.

2.- L1 y L2 a las entradas de dos no del contactor ( que va a estar cerradas pues hay voltaje en la bobina) y de las salidas de los no del contactor hasta la de la cocinilla (uno a la entrada y el otro a la salida de la cocinilla).

3. Dibujar la Termocupla usada, indicando los materiales de su composicin y la polaridad correspondiente.

Las termocuplas son los sensores de temperatura de uso industrial ms generalizado. Una termocupla est hecha de dos alambres elaborados en distinto material que se unen en un extremo usualmente por medio de soldadura. La aplicacin de temperatura en el lugar de unin de los metales genera un voltaje muy pequeo -conocido como efecto Seebeck- del orden de los milivolts, el cual aumenta con la temperatura.

4. Por el interruptor del control del 192 PDCK. Qu cantidad de corriente alterna circula.

El interruptor simple es parte del circuito de control de la bobina del contactor.En la prctica no se utilizo el interruptor en forma de varilla.5. Construir la curva de regulacin de la Termocupla usada, con referencia al punto de ebullicin del agua (Temperatura C vs Milivoltios)

Temperatura(0 C) Tensin(mV)

910,4

870,3

820,2

720,1

480

6. Observaciones y Conclusiones.

En el laboratorio, el circuito elaborado nos da la idea de poder usarlo en un circuito de seguridad, por ejemplo un circuito que nos corte el paso de la corriente elctrica cuando se alcance una temperatura crtica evitando as posibles accidentes.

A cierta temperatura la termocupla permite el paso de la corriente, una cierta cantidad de voltaje (milivoltios) que est en relacin con la temperatura.

El sensor de temperatura, (termostato) bimetlico hace observar que al calentar un extremo del sensor, los metales se dilatan, esto hace que el extremo del metal haga contacto con el interruptor del control.

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