DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE SISTEMA DE REFRIGERACIÓN AUTOMATIZADO MEDIANTE PLACAS TERMOELÉCTRICAS

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE SISTEMA DE REFRIGERACIÓN AUTOMATIZADO MEDIANTE PLACAS TERMOELÉCTRICAS

WILBER AGUILAR CARRANZA

ALBERTO JR FLOREZ SALCEDO

ANDREW LEIVA SALGADO

MAURICIO RHENALS ANGULO

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

BARRANQUILLA ATLÁNTICO

2017-02

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE SISTEMA DE REFRIGERACIÓN AUTOMATIZADO MEDIANTE PLACAS TERMOELÉCTRICAS

WILBER AGUILAR CARRANZA

ALBERTO JR FLOREZ SALCEDO

ANDREW LEIVA SALGADO

MAURICIO RHENALS ANGULO

ING. CAMILO ERNESTO FONTALVO CALVO

GRUPO AD

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

BARRANQUILLA ATLÁNTICO

2017-02

1. CONTENIDO

OBJETIVOS        4

OBJETIVO GENERAL:        4

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:        4

1.        INTRODUCCIÓN        5

2.        PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA        6

2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA        6

2.2 PREGUNTA PROBLEMA        6

3.        JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA        7

4.        MARCO REFERENCIA        8

4.1 EFECTO PELTIER        8

5.        ANTECEDENTES:        9

6.        DESCRIPCIÓN DE MATERIALES        11

7.        CRITERIO DE SELECCIÓN        12

7.1        SISTEMA DE CONTROL TÉRMICO POR ARDUINO.        12

7.2. SISTEMA DE CONTROL POR TERMOSTATO        13

8.        DIAGRAMA DE BLOQUES        14

9.        PRESUPUESTO        15

10.        BIBLIOGRAFÍA        16

OBJETIVOS

Objetivo general:

Construir un sistema de refrigeración de aire mediante placas termoelectricas con un dispositivo controlador de temperatura para implementar los sistemas de control.

Objetivos Específicos:

• Comparar y seleccionar el sistema más eficiente en relación al costo y su funcionamiento.

• Describir las características de los sistemas de enfriamiento y constatarlos con otros sistemas.

• Demostrar el efecto Peltier a través de un sensor que genere un voltaje directo, teniendo una diferencia de temperaturas.

• Evaluar el costo de los materiales a utilizar garantizando que el valor del proyecto no se exceda de los $150.000.

• Seleccionar los materiales adecuados y establecer la estructura física del sistema.

1. INTRODUCCIÓN

Los sistemas de refrigeración son una parte fundamental para gran variedad de dispositivos y equipos electrónicos. Estos sistemas tienen la función de regular la disipación de calor que produce la entrada de energía. Los sistemas de enfriamiento actuales buscan aprovechar al máximo todas las formas de transferencia de calor ya sea por convección, conducción o radiación, de forma que se logre la mayor eficiencia en el sistema al hacer fluir el calor lejos de la fuente del mismo.

En la búsqueda de nuevas alternativas de generación de energía, se presentó un avance significativo en cuanto a tecnología con la llamada: termoelectricidad, la cual es una rama de la termodinámica superpuesta a la electricidad que estudia los fenómenos de conversión de la energía eléctrica a calorífica y al contrario. Se rige por varios efectos, uno de los cuales se profundizará en este documento. [1]

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Ante la preocupación a gran escala que existe por la contaminación ambiental, sea local o mundial, que se da en algunos casos por gases nocivos para el medio ambiente, producidos por el efecto de la refrigeración, como consecuencia de la implementación de compresores, se propone realizar un mejor método para el sistema de refrigeración que involucre placas termoeléctricas denominadas: Células Peltier.

Realizando investigaciones sobre las principales tecnologías de enfriamiento, se encuentra que dichos sistemas manejan altos precios para su obtención debido a los diversos componentes que conforman al sistema.

2.2 PREGUNTA PROBLEMA

¿Existe un método o dispositivo automatizado capaz de generar un control de temperatura a bajo costo?

1. justificación del problema

En la búsqueda de nuevas estrategias para satisfacer necesidades humanísticas, se encuentra la implementación de un sistema de control de temperatura asequible el cual permite la transferencia de calor de un foco frío a uno caliente, mediante un efecto denominado: Efecto Peltier. [2] Efecto por el cual se rige la termoelectricidad. Las celdas Peltier, llamadas así en honor así al descubridor de dicho efecto sirven como un dispositivo capaz de generar frío y calor a partir de la electricidad. Ofrece mejoras medioambientales, puesto que no emite ningún perjuicio ambiental al no existir factores nocivos en su implementación. Además que por su simplicidad otorga un bajo costo en su adquisición.

1. MARCO REFERENCIA

4.1 EFECTO PELTIER

Descubierto por el físico Jean Charles Athanese Peltier, el cual consiste en al momento de circular una corriente entre dos metales conductores, se genera o se absorbe calor en la unión de los materiales, dependiendo de la corriente eléctrica. Siendo así una célula Peltier estaría compuesta por dos caras o lados y al aplicarle corriente eléctrica a la celda, una de sus caras incrementa su temperatura y la otra cara disminuye su temperatura, es decir que la temperatura en sus dos caras es inversamente proporcional. A mayor corriente aplicada, mayor será el valor de temperatura en una de sus caras y menor en la otra. [3]

[pic 1]

Tabla 1. Especificaciones técnicas celdas Peltier [4]

1. ANTECEDENTES:

Autor: ROCÍO HERRANZ PINDADO MADRID

Proyecto de final de carrera titulado, climatización mediante células Peltier, por la Universidad Pontificia Comillas. En donde básicamente estudia el control de la temperatura de un flujo de aire enfriado por células Peltier en donde su principal objetivo es el control de la temperatura de un flujo de aire en la denominada Unidad de Refrigeración Local (URL). El prototipo URL es un pequeño dispositivo que podría denominarse ventilador activo ya que crea un flujo de aire, pero además lo enfría o lo calienta según convenga en cada caso. Se analiza el comportamiento del sistema con el objetivo de controlarlo de manera óptima, teniendo en cuenta el máximo aprovechamiento de las células Peltier y la eficiencia energética. [5]

[pic 2]

Figura 1. Prototipo de Unidad de refrigeración

La unidad descrita consta de cuatro células Peltier, dos disipadores, dos ventiladores, una tobera y un soporte de metacrilato. El prototipo está destinado a refrigeración local en ambiente no climatizado o como complemento para conseguir condiciones de confort térmico para una persona a través de un chorro de aire frío dirigido hacia ella, en un ambiente climatizado.

Autor: Fabián Garita González

Proyecto final de carrera titulado, Sistemas de enfriamiento de bajo costo con Arduinos para diodos láser, por la Universidad de Costa Rica. En este proyecto, se diseña e implementa un sistema de enfriamiento casero de bajo costo utilizando Arduino, para regular correctamente la temperatura de un diodo láser. En el que Se utilizó un dispositivo de enfriamiento Termoeléctrico (Células Peltier). Con el sistema propuesto fue posible lograr un enfriamiento de hasta 8°C. Durante el proyecto fue necesario caracterizar la planta para poder sintonizar el controlador seleccionado. Al aplicar un sistema casero de control PI, usando un TEC como actuador se logró estabilizar la temperatura en +/- 0,3 °C con respecto a la temperatura de referencia. Esta oscilación es causada por la inercia térmica del metal. [6]

...