Se
recordará que un fluido puede experimentar una reducción considerable de su
temperatura debido al estrangulamiento, lo que constituye la base de operación
en los refrigeradores y en la mayor parte de los acondicionadores de aire. Sin
embargo, esto no siempre sucede. La temperatura del fluido puede permanecer
invariable o es posible incluso que aumente durante un proceso de
estrangulamiento.
El
comportamiento de la temperatura de un fluido durante un proceso de estrangulamiento
(h = constante) está descrito por el coeficiente de Joule- Thomson,
definido como:
El
coeficiente de Joule-Thomson es una medida del cambio en la temperatura con la
presión durante un proceso de entalpía constante. Observe que si durante un
proceso de estrangulamiento:
La
ecuación con la que se define, revela que el coeficiente de Joule-Thomson
representa la pendiente de las líneas h = constante en un diagrama T-P.
Dichos diagramas pueden construirse con facilidad a partir de mediciones de
temperatura y presión durante los procesos de estrangulamiento.
A
continuación se desarrolla una relación general para el coeficiente de Joule-Thomson
en términos de los calores específicos, la presión, el volumen y la
temperatura. Esto se logra con facilidad modificando la relación generalizada para
el cambio de entalpía:
Para
un proceso de h =constante tenemos dh= 0. Así, esta ecuación
puede reacomodarse para dar
Que
es la relación deseada. De este modo, el coeficiente de Joule-Thomson se determina
a partir del conocimiento del calor específico a presión constante, y del
comportamiento P-v-T de la sustancia.
PREGUNTA
¿Se puede
crear electricidad o energía eléctrica a partir de la diferencia de
temperatura?
- Thomas Johann Seebeck descubrió el efecto
termoeléctrico. En 1806 Descubrió los efectos del calor y productos químicos en
diversos colores del espectro solar. A principios de 1820, Seebeck realizó
variados experimentos en la búsqueda de una relación entre la electricidad y
calor.
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.
Efecto
Seebeck:
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. Una unión se enfría mientras que la otra
se calienta. El efecto es utilizado para refrigeración termoeléctrica.
- Jean Charles Peltier en 1834 descubrió que cuando circula una
corriente eléctrica por un conductor formado por dos metales distintos, unidos
por una soldadura, ésta se calienta o enfría según el sentido de la corriente
(efecto Peltier).
Efecto Peltier:
Necesitamos
un generador de corriente, un polímetro, una placa Peltier a la que se ha
adjuntado un disipador de calor y dos termómetros (unidos a los dos metales que
forman la placa Peltier, respectivamente).
Con
el circuito abierto anotamos las temperaturas de ambos termómetros. Aplicamos
una corriente a la placa. Observamos cómo una de las dos temperaturas disminuye
y la otra se va elevando poco a poco.
EFECTO SEEBECK Y PELTIER
El
efecto Seebeck es una propiedad termoeléctrica descubierta en 1821 por el
físico alemán Thomas Johann Seebeck inversa al efecto Peltier.
Este efecto provoca la conversión
de una diferencia de temperatura en electricidad. Se crea un voltaje en
presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores
homogéneos. Una diferencia de temperaturas T1 y T2 en las juntas entre los
metales A y B induce una diferencia de potencial V.
El efecto Peltier hace referencia a la creación de una diferencia de temperatura debida a un voltaje eléctrico. Sucede cuando una corriente se hace pasar por dos metales o semiconductores conectados por dos “junturas de Peltier”. La corriente propicia una transferencia de calor de una juntura a la otra: una se enfría en tanto que otra se calienta.
El efecto Peltier hace referencia a la creación de una diferencia de temperatura debida a un voltaje eléctrico. Sucede cuando una corriente se hace pasar por dos metales o semiconductores conectados por dos “junturas de Peltier”. La corriente propicia una transferencia de calor de una juntura a la otra: una se enfría en tanto que otra se calienta.
Este
efecto realiza la acción inversa al 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 diferentes o
semiconductores (tipo-n y tipo-p) que están conectados entre sí en dos
soldaduras (uniones Peltier). La corriente produce una transferencia de calor
desde una unión, que se enfría, hasta la otra, que se calienta. El efecto es
utilizado para la refrigeración termoeléctrica.
Durante
los últimos 50 años, emplear este calor desperdiciado ha sido un importante
objetivo de las investigaciones en los conversores termoeléctricos, que emplean
un método más simple y directo de generar la electricidad. Esperan que esta
energía limpia y renovable producida a partir del movimiento de los océanos y
ríos pueda, potencialmente, cubrir parte de las necesidades de electricidad del
mundo.
BIBLIOGRAFÍA
CENGEL,
YUNUS .A. & BOLES, MICHAEL A. (2011). Termodinámica. México: Mcgraw – Hill
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