calor corporal; una alternativa para tu...
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CENTRO EDUCATIVO CRUZ
AZUL
BACHILLERATO CRUZ AZUL
Incorporado a la UNAM SÍ
Clave: 6914
Acuerdo 86/98 del 02 de Junio 1998
Sección Lagunas Oaxaca
CALOR CORPORAL; UNA ALTERNATIVA PARA TU TELEFONO
Folio: CIN2015A20065
Autores: Hernández Cabrera Hugo Fernando
Hernández Toledo María de los Ángeles
Tolentino Martínez Valeria del Carmen
Asesor: Juan Gerardo Hernández Narváez
Área del conocimiento: Físico -matemático
Disciplina: Física
Tipo de investigación: Documental y experimental
Ciclo escolar 2014-2015
Lagunas Oaxaca, Febrero del 2015
INDICE
Introducción .................................................................................................................................. 1
Objetivo ......................................................................................................................................... 2
Hipótesis ........................................................................................................................................ 2
Marco Teórico ............................................................................................................................... 3
Metodología ................................................................................................................................ 12
Procedimiento: ............................................................................................................................ 13
Resultados ................................................................................................................................... 14
Conclusiones ............................................................................................................................... 15
Referencias ..................................................................................................................................... I
RESUMEN
En el proyecto a desarrollar, se tendrá como objetivo la generación de energía
eléctrica a través de la temperatura creada por el calor del cuerpo y una base
fría que en este caso sería la temperatura ambiente. Se estudiará este efecto
de manera tanto teórica como práctica. En donde, se podrá apreciar que al unir
dos materiales distintos y someterlos a una diferencia de temperatura aparece
una diferencia de potencial que será la que generará energía, a esto se le llama
efecto Seebeck uno de los fenómenos que representan la termoelectricidad.
Sin embargo ¿Cómo podemos aprovechar estos fenómenos?, Recientemente
se ha diseñado un dispositivo conocido como: “Celda Peltier”, la cual está
basada en los principios mencionados anteriormente y consiste simplemente,
en la conexión “en serie” de varios termopares. Es ampliamente utilizada en
sistemas de refrigeración, sin embargo mi propósito en el presente trabajo será
utilizar éste dispositivo para generar la corriente eléctrica necesaria para cargar
la batería de un teléfono celular de 5 voltios. Con base en lo anterior se elaboró
un dispositivo que permita someter cada cara de la Peltier a diferentes
temperaturas para para cargar la batería de 5 voltios y cuando se le suministre
corriente eléctrica a la celda con una fuente de alta tensión.
ABSTRACT
The project to be developed, will target the energy generation through
temperature difference created by a solar oven and a cold base, in this case
water with ice. This effect will be studied in a theoretically and practice way.
Where, it will be appreciated that by joining two different materials and submit
them to a temperature difference it will appears a potential difference which it
will generate the energy that is need, this is know as the Seebeck effect, one of
the phenomena that represent thermoelectricity. But; how we can take
advantage of these phenomena?, Recently we have designed a device known
as " Peltier cell " which is based on the above principles and simply consists in
connecting "series " of several thermocouples. It is widely used in refrigeration
systems , however my purpose in this paper will use this device to generate the
electricity needed to charge a cell phone battery 5 volts. Based on the above, a
device for subjecting each side of the Peltier at different temperatures for
charging 5V and when electric current is supplied to the cell with a high voltage
source was developed.
1
INTRODUCCIÓN
Frente a la problemática de la durabilidad en la carga de la batería de los celulares
inteligentes modernos, a veces es necesario cargarlo más de una vez al día y no
siempre se cuenta con una corriente eléctrica al alcance, y en la actualidad el tiempo
es esencial y el teléfono celular una herramienta indispensable para ejecutivos o
inversionistas por ejemplo, incluso para los adolescentes modernos que están
acostumbrados al flujo rápido de información; se tiene la opción ya comercial de
adquirir una batería portátil que alimente al celular, pero proponemos una
innovadora y ecológica idea para cargar el celular de manera portátil sin necesidad
de utilizar la corriente eléctrica de ninguna manera para esto, que aprovecha un
recurso con el que cargamos todos los días, el calor de nuestro cuerpo, empleando
la diferencia de esta con la temperatura del exterior, esto es conocido como el efecto
Seebeck.
El efecto termoeléctrico es la conversión directa de las diferencias de temperatura a
tensión eléctrica y viceversa. Un dispositivo termoeléctrico crea tensión cuando hay
una temperatura diferente en cada lado. A la inversa, cuando se aplica un voltaje a
la misma, se crea una diferencia de temperatura. A escala atómica, un gradiente de
temperatura aplicado hace que los portadores de carga en el material a difundir
desde el lado caliente al lado frío. Este efecto puede ser utilizado para generar
electricidad, la temperatura medida o cambiar la temperatura de los objetos. Debido
a que la dirección de la calefacción y la refrigeración se determina por la polaridad
de la tensión aplicada, los dispositivos termoeléctricos se pueden utilizar como
controladores de temperatura. El término "efecto termoeléctrico" abarca tres efectos
identificados por separado: el efecto Seebeck, el efecto Peltier y Thomson efecto.
Los libros de texto pueden referirse a él como el efecto Peltier-Seebeck. Esta
separación se deriva de los descubrimientos independientes del físico francés Jean
Charles Athanase Peltier y bálticos físico alemán Thomas Johann Seebeck.
Calentamiento de Joule, el calor que se genera cada vez que se aplica un voltaje a
través de un material resistivo, se relaciona a pesar de que no se denomina
2
generalmente un efecto termoeléctrico. Los efectos Peltier-Seebeck y Thomson son
termodinámicamente reversibles, mientras que no es el calentamiento Joule.
Este proyecto se basa únicamente en el efecto seebeck que es la conversión de las
diferencias de temperatura directamente en electricidad; en 1821 Seebeck descubrió
que una aguja de la brújula se desvía por un circuito cerrado formado por dos
metales unidos en dos lugares, con una diferencia de temperatura entre las uniones.
Esto era debido a que los metales respondieron de manera diferente a la diferencia
de temperatura, la creación de un bucle de corriente y un campo magnético.
Seebeck no reconoció que había una corriente eléctrica en cuestión, por lo que
llamó el fenómeno del efecto termomagnético. El físico danés Hans Christian
DECPR rectifica el error y acuñó el término "termoelectricidad".
OBJETIVO
Realizar un prototipo basado en el efecto Seebeck que se alimente de la diferencia
de temperatura del cuerpo y del medio ambiente, y genere energía eléctrica para
cargar la batería de un celular y así reducir los contaminantes y gastos económicos
que generan los cargadores convencionales.
Saber cómo el efecto seebeck funciona y qué hace que pueda generar
energia viable para cargar un celular de manera mas economica.
Mediante investigaciones, analizar qué es la termoelectricidad y conocer
cómo funciona una celda peltier.
HIPÓTESIS
Proponemos un boceto de prototipo que genere una energía viable para cargar la
batería de un teléfono celular a base de una placa peltier que se alimente del calor
del cuerpo humano considerando éste de 36°c y la diferencia de temperatura que se
presente con el medio ambiente, entiéndase como el efecto Seebeck.
3
MARCO TEÓRICO
Conocemos con el nombre de termoelectricidad al efecto de producir electricidad
mediante la acción de calor. Macedonio Melloni, en 1830, Construyó la primera
papila térmica: una serie de barras de dos metales diferentes producen corriente
cuando uno de los extremos se calienta.1
La termoelectricidad se considera como la rama de la termodinámica superpuesta a
la electricidad donde se estudian fenómenos en los que intervienen el calor y la
electricidad, el fenómeno más conocido es el de electricidad generada por la
aplicación de calor a la unión de dos materiales diferentes. Si se unen por ambos
extremos dos alambres de distinto material (este circuito se denomina termopar), y
una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una
diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones caliente
y fría. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1821 por el físico alemán
Thomas Seebeck, y se conoce como efecto Seebeck. 2
En 1821, soldando dos alambres de metales diferentes (cobre y bismuto) en un lazo,
descubrió accidentalmente que al calentar uno a alta temperatura y mientras el otro
se mantenía a baja temperatura, se producía un campo magnético.
Seebeck no creyó, o no divulgó que una corriente eléctrica era generada cuando el
calor se aplicaba a la soldadura de los dos metales. En cambio, utilizó el término
termomagnetismo para referirse a su descubrimiento. Actualmente se lo conoce
como efecto Peltier-Seebeck o efecto termoeléctrico y es la base del funcionamiento
de los termopares.
El efecto Seebeck consiste en la creación de una diferencia térmica a partir de una
diferencia de potencial eléctrico. Ocurre cuando una corriente pasa a través de dos
metales similares que están conectados entre sí en dos uniones. La corriente
conduce una transferencia de calor desde una unión hasta la otra. 1Una unión se
1Santamaría Germán y Castejón Agustín (2009) Electrotecnia Ciclos Formativos Electricidad y electrónica, Editex, pág.
11
4
enfría mientras que la otra se calienta. El efecto es utilizado para refrigeración
termoeléctrica.2
Thomas J. Seebeck descubrió 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.
Para una pareja de materiales determinada, la diferencia de tensión es directamente
proporcional a la diferencia de temperaturas. Esta relación puede emplearse para la
medida precisa de temperaturas mediante un termopar en el que una de las uniones
se mantiene a una temperatura de referencia conocida (por ejemplo, un baño de
hielo) y la otra se coloca en el lugar cuya temperatura quiere medirse. A
temperaturas moderadas (hasta unos 260 °C) suelen emplearse combinaciones de
hierro y cobre, hierro y constatan (una aleación de cobre y níquel), y cobre y
constatan. A temperaturas mayores (hasta unos 1.650 °C) se utiliza platino y una
aleación de platino y rodio. Como los alambres de los termopares pueden tener
dimensiones muy pequeñas, también permiten medir con precisión las temperaturas
locales en un punto. La corriente generada puede aumentarse empleando
semiconductores en lugar de metales, y puede alcanzarse una potencia de unos
pocos vatios con eficiencias de hasta el 6%. Estos generadores termoeléctricos,
calentados con quemadores de queroseno, son muy utilizados en zonas remotas de
Rusia para alimentar receptores de radio.3
Cuando se hace pasar una corriente por un circuito compuesto de materiales
distintos cuyas uniones están a la misma temperatura, se produce el efecto inverso.
En este caso, se absorbe calor en una unión y se desprende en la otra. Este
fenómeno se conoce como efecto Peltier, en honor al físico francés Jean Peltier
2Lorrio Romera Jose Javier (2010) MODELIZACIÓN, VALIDACIÓN Y APLICACIÓN DE UN SISTEMA DE AUTO-
REFRIGERACIÓN TERMOELÉCTRICA, Pamplona, Universidad Pública de Navarra. 3Cid Sarria Saúl y Rodríguez Rebelo Fernando (2011) Termoelectricidad. Aplicación de las placas Peltier a la
generación de energía eléctrica en plataformas flotantes. San Cibrao da Viñas, Parque Tecnolóxico de Galicia,Ourense
5
quién lo descubrió en 1834. Es posible usar sistemas de semiconductores basados
en el efecto Peltier como refrigeradores para aplicaciones especiales.2
Aunque se considera como descubridor del efecto termoeléctrico a Seebeck, al
revisar los estudios de A. Volta se ha constatado que en sus trabajos pioneros sobre
electricidad midió diferencias de potencial debidas a la termoelectricidad al usar
contactos entre diversos metales, sin embargo no prestó demasiada atención a
dicho efecto.2
Seebek realizó notables investigaciones en varios campos de la física, intentando
establecer la conexión entre calor y electricidad. Llegó así a descubrir, en 1821, que
uniendo una lámina de cobre con otra de bismuto, en un circuito cerrado, al calentar
una de las uniones se genera una corriente eléctrica que fluye por el circuito en tanto
persista la diferencia de temperatura, fenómeno que se utiliza aún para el diseño de
dispositivos que permiten realizar mediciones de temperatura con una gran
sensibilidad y precisión (termopar), así como para generar energía eléctrica para
aplicaciones especiales.
La cantidad de electricidad producida dependerá de los dos metales elegidos y
también de la diferencia de temperatura entre la unión de ambos y los extremos
libres. Incluso en el mejor de los
casos, la cantidad de electricidad
será bastante modesta, sin
embargo, estos termopares
pueden ser verdaderamente
pequeños, por lo que, en poco
espacio se pueden disponer
muchas de ellas en serie
(sumamos tensiones), o en
paralelo (sumamos intensidad),
o3mezcla de ambos (serie y paralelo). De este modo, la cantidad de electricidad
generada puede ser significativa.4
4 Celdas Peltier: Una alternativa para sistemas de enfriamiento con base en semiconductor. Arturo P. Sandoval. Universidad
Tecnológica de la Mixteca. http://www.utm.mx/~mtello/Extensos/extenso020709.pdf. 5. Fouillé André. Compendio de electrotecnia. España. Edit. Boixareu. Págs: 96–98
6 P. Vincent (1981) El cuerpo humano, Reverte, págs. 265-267
6
Una celda peltier es una matriz con muchos termopares (celdas) dispuestas en un
espacio muy reducido.
Las células que se comercializan en el mercado, esencialmente están compuestas
por dos tipos de elementos semiconductores, telururo 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.
Los termopares que la conforman no están hechos de simples metales sino con
semiconductores. Por lo general dichas celdas están fabricadas con Bismuto para la
cara del semiconductor tipo P y Telurio para la cara tipo N.
Dichas celdas están dispuestas eléctricamente en serie mediante conductores de
cobre. Para aislar los conductores de cobre del disipador se agrega entre ellos una
placa de cerámica que funciona como aislante.
Una polarización como la mostrada en la
figura anterior, se distribuye a lo largo de
cada elemento semiconductor de la
celda, es decir, cada elemento semiconductor posee una diferencia de potencial
proporcional a la polarización de entrada. Por esta razón, los portadores
mayoritarios, electrones débilmente ligados, emigran hacia el lado positivo de cada
uno de sus extremos en los elementos semiconductores tipo N, debido a la atracción
de cargas de diferente signo. Mientras que los portadores mayoritarios, huecos de
los elementos semiconductores P, emigran hacia la terminal negativa que se
encuentra en cada uno de sus extremos. Esta ausencia de cargas en cada elemento
7
semiconductor cerca de la unión metal - semiconductor provoca un enrarecimiento
de cargas y el consecuente descenso de temperatura en el área circundante. Por
otro lado, la compresión o acumulación de portadores cerca de la unión metal
semiconductor en la parte baja de los elementos semiconductores en la figura
anterior, provoca un ascenso de temperatura. Este comportamiento nos permite
afirmar que si invertimos la polaridad de la fuente de alimentación, la cara fría ahora
calentará y la cara caliente sufrirá un descenso de temperatura.5
En los últimos años la termoelectricidad ha avanzado enormemente, motivo de ello
es que hoy en ida la mayoría de la gente ha oído hablar sobre este fenómeno o al
menos ha visto alguna aplicación en él. Cada día hay mayor interés en esta rama de
la física, las aplicaciones son tantas como la imaginación pueda desarrollarlas,
especialmente en aplicaciones en las cuales un control de la temperatura es
necesario.
El establecimiento de un flujo de calor, opuesto a la difusión térmica, cuando un
material sometido a un gradiente de temperatura es atravesado por una corriente
eléctrica, permite pensar en aplicaciones de refrigeración termoeléctrica. Esta
solución alternativa a la refrigeración clásica que utiliza ciclos de compresión-
expansión no necesita de partes móviles, lo que incrementa su fiabilidad y elimina
los ruidos y vibraciones.
Estas propiedades son fundamentales en aplicaciones en las que la temperatura
debe ser regulada de forma muy precisa y fiable, como por ejemplo en los
contenedores empleados en el transporte de órganos para trasplantes o en aquellas
en las que las vibraciones son un inconveniente grave, como por ejemplo los
sistemas de guía basados que emplean láser o los circuitos integrados. Además, la
posibilidad de crear un flujo térmico a partir de una corriente eléctrica de manera
directa hace inútil el empleo de gases como el freón, que resultan perjudiciales para
la capa de ozono.
El hecho de poder refrigerar o calentar una zona concreta y de reducido tamaño es
muy interesante en campos de la ingeniería eléctrica. En el mercado hay ya una
serie de empresas trabajando en este sector y con grandes inquietudes de mejorar
sus productos.
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Ya existen aplicaciones muy comerciales como por ejemplo las neveras portátiles, y
en un futuro no muy lejano es de desear el poder desarrollar un acondicionador de
aire para automóviles, el poder refrigerar el turbo, aire acondicionado portátil, un
chaleco refrigerado, un zapato que soporte todo tipo de climas, cajas de transportes
auto regulables térmicamente, en fin mil y una aplicación que aun esta por
desarrollarse.
Desde hace décadas se vienen estudiando materiales termoeléctricos que funcionen
a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente, especialmente a base de
aleaciones de bismuto y teluro, aunque en la actualidad se experimenta con otros
tipos diferentes, como el germanio, que pueden convertir calor en luz y viceversa
mucho más eficientemente.7
CALOR PRODUCIDO POR EL CUERPO HUMANO
Según el libro ‘El cuerpo humano’ de P. Vincent de la pagina 265 a 267; Todos los
seres vivos, animales o vegetales, producen calor; pero sólo los animales con
temperatura constante (homeotermos) tienen una temperatura interna independiente
de la del exterior.
Esta temperatura oscila entre los 35 y 44 °C según las especies. El valor medio de la
del hombre, tomada en el recto, es 37 °C.
Si se toma la temperatura rectal de un hombre adulto diferentes horas del día, se
comprueba que alcanzó un mínimo de 36.7 °C a las seis de la madrugada y un
máximo de 37.5 °C a las seis de la tarde.
Asimismo, la temperatura presenta diferencias según los órganos. En la figura 226
se representa en forma de esquema la circulación, el reparto de las temperaturas
endilgues. Se compró de manera correcta que la sangre se calientan liga de los
músculos, por el contrario, se enfrían los pulmones y en la vecindad de la piel.
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Lo
expuesto anteriormente permite deducir que:
Existen órganos que producen calor a temperatura normalmente alta
(hígado y músculos)
Hay órganos que eliminen calor a temperaturas normalmente más baja
(pulmones, piel)
El flujo constante de calor padres primeros organizar los segundos,
siguiendo la circulación sanguínea.
Producción de calor
Toda célula vida produce calor, pero está la supremacía de los sistemas músculos y
las glándulas merecen ser considerados como órganos productores.
Los músculos en reposo producen el 40% del calor total. En el transcurso del trabajo
intenso esta cifra se incrementa rápidamente puede llegar al 80%. De las glándulas,
el hígado por sí solo ya produce normalmente del 25 al 30% del calor corporal.
Todo órgano en actividad produce normalmente calor, y por ello el calor animal
aparece como una pérdida inevitable, una especie de despilfarro. Es una pérdida, ya
que la energía así gastada no se puedo utilizar para nada. Es un despilfarro, ya que
10
es necesario que el calor producido sea inmediatamente liberado el exterior, con el
fin de evitar el recalentamiento del órgano productor. 6
CARGA DE UN SMARTPHONE
Las Baterías consisten de dos piezas separadas, llamadas electrodos, hechos de
dos metales diferentes. Una sustancia líquida, llamada electrolito, toca cada
electrodo. Cuando se aplica una fuerza externa de electricidad como un
tomacorriente, las reacciones químicas entre los electrodos y los electrolitos hacen
que fluya una corriente eléctrica, lo que da a las baterías su “combustible” o energía.
Según una popular página de internet (eHow), el sitio oficial de Apple y el
conocimiento previo de nuestro asesor de proyecto el profesor Juan Gerardo
Hernández Narváez, físico de nuestra institución; el iPhone utiliza una batería de
polímero de iones de litio. La batería tiene una capacidad de 1400mAh y 3,7 voltios;
utiliza un cargador con un adaptador USB. Éste ofrece aproximadamente 5 voltios,
aunque hay alguna variación menor con el uso. Cualquier otro cargador o alternativa
de carga también debe ofrecer aproximadamente 5 voltios.
OPTIMIZAR EL EFECTO SEEBECK
Unos investigadores que estaban estudiando un efecto magnético que convierte
calor en electricidad han descubierto cómo amplificarlo mil veces, un primer paso
para hacer que esta tecnología sea más práctica y viable comercialmente.
El efecto en cuestión, llamado efecto Seebeck de espín, fue descubierto en 2008, y
consiste en una redistribución del espín como consecuencia de la aplicación de un
gradiente de temperatura. El espín de los electrones crea una corriente en
materiales magnéticos que se detecta como un voltaje en un metal adyacente.
Unos investigadores de la Universidad Estatal de Ohio han descubierto cómo crear
un efecto similar en un semiconductor no magnético, y producir más energía
11
eléctrica. A este efecto amplificado le han dado el nombre de Efecto Seebeck
gigante de espín.
El equipo de científicos ha conseguido incrementar de modo espectacular la
cantidad de voltaje producido por grado de cambio de la temperatura dentro del
semiconductor, pasando de los pocos microvoltios que hasta ahora se lograban por
la vía convencional, a varios milivoltios, un aumento de mil veces en el voltaje.
Aunque los voltajes logrados con esta versión gigante del efecto siguen siendo
diminutos, ese aumento de mil veces en el voltaje generado resulta toda una proeza
tecnológica, y un importante paso hacia una fase futura de desarrollo que permita
darle a este efecto una utilidad práctica y hacer viable comercialmente un generador
basado en él.
La meta final del equipo de Joseph Heremans es lograr un dispositivo de estado
sólido, que sea barato y que convierta con gran eficiencia el calor en electricidad.
Los dispositivos de esta clase no tendrían ninguna pieza móvil, no se desgastarían
con facilidad, y serían muy fiables.
Esta línea de investigación podría posibilitar que los dispositivos electrónicos
reciclasen parte de su propio calor residual, generado electricidad extra a partir del
mismo. En un ordenador, un sistema de conversión eficiente de esa clase podría
hacer posible la computación energizada por calor, o, actuando a la inversa, podría
proporcionar refrigeración.
Investigadores de muchas partes del mundo están trabajando para desarrollar una
electrónica que se valga del espín de los electrones para leer y escribir datos. La
espintrónica, que es como se le llama a esa clase de electrónica, cuenta con
muchas ventajas potenciales, ya que los dispositivos espintrónicos podrían
almacenar más datos en menos espacio, procesar con mayor rapidez esos datos y
consumir menos energía. Y el efecto Seebeck de espín puede impulsar el concepto
de la espintrónica aún más allá, al usar el calor para inducir una "corriente
12
espintrónica". Por ahora, el uso práctico del efecto Seebeck gigante de espín aún
está lejos en el horizonte tecnológico, puesto que primero habrá que solucionar
varios impedimentos técnicos importantes. Sin embargo, el camino ya está abierto.
En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Roberto Myers,
Christopher Jaworski y Ezekiel Johnston-Halperin.8
METODOLOGÍA
El proyecto se dividió en dos fases, la primera fue una investigación documental
ya que recopilamos la información para poder tener un mayor sustento teórico
sobre el tema, donde la mayor parte de la información se buscó en fuentes
electrónicas, para contar con las bases las herramientas a utilizar para elaborar el
prototipo.
La segunda fase fue una investigación de tipo experimental que consistió en
realizar un prototipo que generara electricidad a base de la diferencia de
temperaturas.
CANTIDAD MATERIAL DESCRIPCIÓN
2 disipador para
microprocesador
De 50 mm x 50mm
2 botes De 1 L
1 celda Peltier De 135 wats de 40mm x
40mm
1 motor De 2 voltios, corriente directa
1 tubo de silicon rojo Forma JuntexTF
1 fuente de alta tension obtenida de un CPU
descompuesta
2 Termómetros Escala de -10°C a 260°C
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Para esta según da fase utilizamos el siguiente procedimiento:
PROCEDIMIENTO:
Primera parte: elaboración
1. Recortar en la tapa de uno de los botes, un rectángulo, a manera de que se
pueda encajar uno de los disipadores. Después de encajarlo sellarlo usando el
silicón rojo cubriendo perfectamente cualquier orificio a través del cual se pueda salir
el agua. (bote 1)
2. Repetir el mismo procedimiento, pero esta vez utilizando la base de otro de los
botes. (bote 2)
3. En el tercer bote hacer otro orificio para que se pueda fijar el motor con las aspas
(se puede hacer otro orificio par que salgan los cables del motor)
Segunda parte: procedimiento:
1. Llenar el bote 1 de agua caliente.
2. Llenar el bote 2 de agua fría con hielos.
3. Unir el cable rojo de la Peltier al cable positivo del motor y el cable negro al lado
negativo.
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4. Colocar la celda Peltier entre las caras de los 2 disipadores, a manera que quede
un bote sobre otro y entre ellos este la Peltier. No importa cual cara este en el lado
caliente y cual en el lado frio.
5. Medir el voltaje obtenido utilizando el multímetro
RESULTADOS
La celda Peltier utilizada utiliza un voltaje máximo de 12v y una intensidad de
corriente máxima de 9A. Con la fuente de alta tensión se le aplica un voltaje de 10.9
v y se obtiene una intensidad de corriente promedio de 2.8A.
Intentos con: Temperatura
agua caliente
Temperatura
agua fría
Diferencia de
temperatura
Voltaje
obtenido
Dos hielos 74° C 0° C 74° C 2.1 V
Un hielo 74° C 0° C 74° C 1.49 V
Agua fría 70° C 7° C 63° C 0.6 V
En los resultados se puede apreciar un aumento en el voltaje obtenido conforme
aumentaba la diferencia de temperaturas en ambas caras y también con respecto a
la superficie de contacto (como es el caso de los 2 hielos).
PROPUESTA:
Ya que fracasamos al creer que la temperatura del cuerpo sería suficiente
para cargar un teléfono celular, proponemos este dispositivo con el que
realizamos nuestro primer experimento, que si bien no es práctico y portátil
como la propuesta inicial, es una manera creativa y ecológica de cargar tu
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teléfono celular, ya que este tipo de energía, al alimentarse únicamente de
una diferencia de temperatura, no presenta el más mínimo daño al ambiente.
Proponemos también continuar con las investigaciones hasta hallar una
manera de representar la propuesta original, con la certeza de que puede
lograrse basándonos en investigaciones recientes de un tema muy reciente
que aún desconocemos, Efecto Seebeck gigante de espín.
CONCLUSIONES
La diferencia de temperatura suficiente para producir los 5 volts que se esperaban
es mayor a la lograda con 2 hielos que solo produjeron 2 V, lo cual atribuyo al
aumento de contacto con la superficie de la placa Peltier, ya que cuando se utilizó
solo un hielo a pesar de que la diferencia de temperaturas es la misma no se
alcanzó el voltaje deseado. Sin embargo se puede apreciar la influencia de la
diferencia de temperaturas en la generación de voltaje, cuando se ven los resultados
al utilizar el agua fría ya que la diferencia disminuyo 11˚C y también disminuyó
considerablemente el voltaje.
En este primer experimento, medimos qué diferencia de temperatura se necesita
para producir cuánto voltaje. Obtuvimos que se necesita una diferencia de
temperatura mayor a 74° C para conseguir 5 V necesarios para poder realizar la
carga de un Smartphone, por lo tanto la diferencia de temperatura del cuerpo y el
medio ambiente no será suficiente para alimentar una placa peltier que cargue la
batería de un teléfono celular.
I
REFERENCIAS
1. Santamaría Germán y Castejón Agustín (2009) Electrotecnia Ciclos
Formativos Electricidad y electrónica, Editex, pág. 11
2. Lorrio Romera José Javier (2010) MODELIZACIÓN, VALIDACIÓN Y
APLICACIÓN DE UN SISTEMA DE AUTO-REFRIGERACIÓN
TERMOELÉCTRICA, Pamplona, Universidad Pública de Navarra.
3. Cid Sarria Saúl y Rodríguez Rebelo Fernando (2011) Termoelectricidad.
Aplicación de las placas Peltier a la generación de energía eléctrica en
plataformas flotantes. San Cibrao da Viñas, Parque Tecnolóxico de
Galicia,Ourense
4. Celdas Peltier: Una alternativa para sistemas de enfriamiento con base en
semiconductor. Arturo P. Sandoval. Universidad Tecnológica de la Mixteca.
http://www.utm.mx/~mtello/Extensos/extenso020709.pdf.
5. Fouillé André. Compendio de electrotecnia. España. Edit. Boixareu. Págs:
96–98
6. P. Vincent (1981) El cuerpo humano, Reverte, págs. 265-267
7. Anónimo. (2009). Encender un LED con una bombilla. Termoelectricidad:
contra el despilfarro de tecnologías deficientes. 19/01/2015, de ISon21 blog
de ingeniería y sostenibilidad para el s. 21 Sitio web:
http://www.ison21.es/2009/01/11/encender-un-led-con-una-bombilla-
termoelectricidad-contra-el-despilfarro-de-tecnologias-deficientes.
8. Anónimo. (2012). Aumentan en mil veces el voltaje generado por un efecto
termoeléctrico. 19/01/2015, de noticias de la ciencia y la tecnología Sitio
web:http://noticiasdelaciencia.com/not/4970/aumentan_en_mil_veces_el_vo
ltaje_generado_por_un_efecto_termoelectrico/
9. Martínez Rueda Jesús (2007). Sistemas eléctricos y electrónicos de las
aeronaves. España. Edit. Tomson – Paraninfo. Págs. 346