Actualizado a: 11 de octubre de 2023
¿Qué es una célula Peltier? ¿Para qué sirven y por qué son tan importantes en industrias tecnológicas? Aunque la mayoría de usuarios casuales no necesitan conocer las características de este elemento tan concreto, hay otros tantos a los que sí les gustaría profundizar en sus conocimientos sobre el tema. Es por esto mismo que hoy quiero explicaros qué es y para qué sirve este componente esencialmente diseñado para muy diversos sistemas de refrigeración, entre otras cosas.
Con estro en mente, analizando desde la perspectiva de un móvil o un sistema electrónico, podemos decir que una célula Peltier es, por lo tanto, un componente electrónico. Asimismo, podemos decir que es un pequeño dispositivo de carácter termoeléctrico y de gran versatilidad que podemos encontrar en muy diferentes dispositivos. No obstante, esta definición se limita a arañar la realidad.
¿Qué es una célula Peltier?
Lo primero de lo que podemos hablar cuando hablamos de este tema es que una célula Peltier es un dispositivo de carácter electrotérmico que puede generar frío utilizando una corriente eléctrica. De la misma manera, podemos decir que es un componente que permite el paso de la corriente eléctrica. Lo hace a través de su circuito interno, el cual es capaz de producir ese efecto de refrigeración, por un lado, mientras genera calor por el otro. No obstante, esta última funcionalidad suele quedar en un segundo plano en no pocos casos.
Todo esto ha provocado que la célula Peltier adquiera gran relevancia en diversos ámbitos tecnológicos, ya que ofrece una amplia gama de utilidades a pesar de su teórica simpleza. En general, han sido capaces de revolucionar y transformar diversas industrias desde su descubrimiento. Como tal, para seguir entendiendo qué es, no estaría de más asomarnos superficialmente al concepto de «efecto Peltier», pues se basa en este.
Qué es el efecto Peltier
Sin adentrarnos del todo en materia, pues este es un tema bastante más complejo que concurre con otros muchos, podemos decir que el efecto Peltier es un fenómeno físico termoeléctrico. En líneas generales, tiene lugar cuando una corriente eléctrica pasa a través de dos puntos. Estos tienen que estar contacto mediante conductores, como pueden ser diferentes metales, o semiconductores. Cuando esta situación se produce, se da el efecto de calentamiento y enfriamiento que os he explicado con anterioridad.
Dicho en otras palabras, este efecto produce que, en el punto de unión entre los conductores (intersección) se genere calor. Mientras, en punto contrario, cuando se aplica una corriente electrónica continua, se genera frío. Esto es a lo que llamamos efecto Peltier, explicado de manera muy simplificada, y fue descubierto en 1834 por un físico francés llamado Jean Charles Athanase Peltier.
Peltier realizó experimentos para entender cómo la corriente eléctrica afecta las temperaturas en las uniones de diferentes metales. Observó que cuando una corriente eléctrica fluye a través de dos conductores diferentes en un circuito cerrado, se absorbe o libera calor en los puntos de unión, dependiendo de la dirección de la corriente.
En otras palabras, cuando la corriente eléctrica fluye de un conductor a otro, uno de los puntos de unión se calienta mientras que el otro se enfría. Este fenómeno se utiliza en las células Peltier para crear diferencias de temperatura y se ha convertido en la base para una variedad de aplicaciones, incluyendo la refrigeración y la calefacción controladas electrónicamente, así como la generación de energía termoeléctrica a partir de diferencias de temperatura en el medio ambiente.
¿Para qué una célula Peltier?
En general, las células Peltier tienen muchísimas utilidades, por lo que en esta ocasión solo hablaré de unas cuantas de ellas. Lo importante, en este punto, es entender que tienen varias aplicaciones gracias a su capacidad para generar variaciones en la temperatura a partir de una corriente eléctrica. Dicho esto, algunas de sus principales funciones son:
Refrigeración y calefacción
Tal y como habréis podido inferir, esta es una (por no decir) su principal funcionalidad. Las células Peltier se pueden utilizar tanto para refrigeración como calefacción. Cuando hablamos del primer punto, podemos decir que se emplean en muy diferentes tipos de dispositivos electrónicos (es ahí donde podemos citar tablets, smartphones, etc.) como sistema de refrigeración. En general, eso sí, no tienen tanta potencia, por lo que en muchos casos no son el sistema principal. Son mayormente utilizados en sistemas portátiles.
Por el lado contrario, aunque esto es bastante menos frecuente, las células Peltier se pueden utilizar como sistema de calefacción. Ahora bien, suelen ser más comunes (dentro de su rareza) en sistemas que requieran una producción de calor más precisa. Al tener una potencia inferior en la mayoría de casos, aunque todo depende del tamaño y las propiedades, se prefiere usar en sistemas más pequeños o aparatos como incubadoras. Todo sea dicho, debido a que es más costoso y menos eficiente, no se suele usar tanto para calentar.
Más funciones
En general, aunque lo hemos destacado como una de sus funciones, lo cierto es que esta es la base mediante la cual puede actuar en diferentes entornos. Por lo tanto, podríamos decir que la producción de frío y calor es lo que le permite desarrollar otras utilidades dentro de ámbitos más concretos. En ese sentido, podemos destacar:
Producción de energía
Al igual que otros muchos aparatos y dispositivos, se puede aprovechar el proceso anteriormente citado para generar energía. Como resultado, podemos decir que las células Peltier son capaces de aprovechar esas diferencias de temperatura para producir electricidad a menor escala. Generalmente, esto lo podemos ver en dispositivos que son capaces de utilizar los residuos de energía termoeléctrica, como en algunos sistemas de energía solar.
Electrónica
En dispositivos electrónicos, especialmente en componentes sensibles al calor como procesadores y láseres, las células Peltier ayudan a controlar la temperatura y evitar el sobrecalentamiento.
Otros usos
Sin duda alguna, estos son sus dos usos más habituales dentro de los ámbitos que, como amantes de la tecnología y el hardware, nos pueden interesar, pero lo cierto es que hay algunas más que podemos citar. Lo haré de manera más breve, pues en la mayoría de casos se escapan a nuestro control, mas no dejan de ser interesante. Por ejemplo, la industria espacial suele utilizar el efecto Peltier y las células homónimas debido a que pueden funcionar en el espacio.
Del mismo modo, hay diferentes investigaciones médicas y biotecnológicas que utilizan esta propiedad para llevar a cabo diferentes análisis mediante herramientas como los termocicladores. Asimismo, la industria del automóvil puede usarlos en sistemas de calefacción y refrigeración de, por ejemplo, asientos. Para terminar, y lo introduzco en este último apartado debido a su amplia versatilidad, se usa en bastantes electrodomésticos de pequeño tamaño.
Cómo funciona una célula Peltier
El funcionamiento de una célula Peltier se basa en dos principios fundamentales de la física: el efecto Seebeck y el efecto Peltier, ambos descubiertos en el siglo XIX. Estos efectos están relacionados con el comportamiento de los materiales conductores cuando se someten a diferencias de temperatura y corriente eléctrica.
Efecto Seebeck
El efecto Seebeck establece que cuando dos materiales conductores diferentes se ponen en contacto en un circuito cerrado y se mantienen a diferentes temperaturas, se genera una corriente eléctrica en el circuito. Esta corriente eléctrica se produce debido a la diferencia en las propiedades eléctricas de los dos materiales cuando se encuentran a temperaturas diferentes. En otras palabras, cuando hay una diferencia de temperatura en los puntos de unión de los materiales, se crea un flujo de electrones que constituye una corriente eléctrica.
Efecto Peltier
Como ya lo expliqué con anterioridad, lo resumiré. El efecto Peltier es el fenómeno inverso al efecto Seebeck. Se produce cuando una corriente eléctrica fluye a través de dos puntos de unión de materiales diferentes, creando un gradiente de temperatura en el proceso. En este caso, se libera o se absorbe calor en los puntos de unión dependiendo de la dirección de la corriente. Si la corriente eléctrica fluye de un material a otro, un lado de la unión se calienta mientras que el otro se enfría.
Funcionamiento de la Célula Peltier
Una célula Peltier está compuesta por múltiples pares termoeléctricos, cada uno formado por dos materiales conductores diferentes, generalmente semiconductores. Estos pares se disponen en serie y se intercalan entre dos placas cerámicas. Cuando una corriente eléctrica se aplica a través de estos pares termoeléctricos, el efecto Peltier entra en acción.
- El lado donde la corriente eléctrica entra en la célula Peltier se denomina lado caliente. Aquí, el efecto Peltier provoca que se absorba calor.
- En el lado opuesto, donde la corriente eléctrica sale de la célula, se encuentra el lado frío. En este lado, el efecto Peltier provoca que se libere calor, enfriando así la zona.
La célula Peltier puede enfriar un lado mientras calienta el otro simultáneamente, lo que la convierte en una herramienta valiosa en aplicaciones de refrigeración y calefacción controladas electrónicamente.
