TEC

Un enfriador termoeléctrico es un dispositivo semiconductor que mueve el calor de una superficie a otra cuando la corriente continua fluye a través de él. A diferencia de los enfriadores basados en compresores, no tiene partes móviles, ni refrigerante, ni vibración. La física en juego es el efecto Peltier: cuando la corriente pasa a través de una unión de dos materiales semiconductores diferentes, el calor se absorbe en una unión y se disipa en la otra. Si se invierte la polaridad, los lados caliente y frío cambian.

Un módulo TEC típico contiene docenas de pares semiconductores de telururo de bismuto (Bi2Te3) dispuestos en una cuadrícula entre dos placas cerámicas. Los pares están cableados eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo. La corriente suele oscilar entre unos pocos amperios y 20 amperios; el voltaje, entre 5 y 15 voltios. Un módulo de 40 milímetros cuadrados podría bombear de 50 a 100 vatios de calor desde el lado frío mientras disipa varias veces esa cantidad en el lado caliente, dependiendo de la diferencia de temperatura que deba mantener.

Los TECs destacan donde el silencio, la compacidad y el control preciso de la temperatura son importantes. Mantienen temperaturas estables en instrumentos analíticos de precisión, estabilizan diodos láser, enfrían detectores infrarrojos y regulan cámaras de prueba de semiconductores. En enfriadores portátiles y vinotecas, eliminan el volumen de un compresor. Sin embargo, son ineficientes: su coeficiente de rendimiento disminuye drásticamente a medida que aumenta la diferencia de temperatura. Enfriar a 20 grados Celsius por debajo de la temperatura ambiente es práctico; 40 grados se vuelve un desperdicio. La refrigeración industrial a gran escala exige sistemas de compresores.

La disipación de calor es la mitad olvidada de la ecuación. Un lado frío a 0 grados Celsius no logra nada si el lado caliente no tiene dónde descargar 300 vatios. La disipación de calor efectiva, a menudo con ventiladores y pasta térmica, es obligatoria. Sin ella, la diferencia de temperatura colapsa y la refrigeración se detiene. La condensación en el lado frío es otro peligro: el agua corroe los contactos y las uniones semiconductoras. A menudo son necesarias barreras contra la humedad y espacios de aire.

El término cubre una amplia familia. Los módulos de una sola etapa son adecuados para pequeñas diferencias de temperatura. Los módulos en cascada (apilados) pueden alcanzar un frío más profundo, pero la eficiencia disminuye aún más. Los TECs de película delgada, cultivados en sustratos por pulverización catódica, están surgiendo en aplicaciones de nicho como la refrigeración en chip, aunque siguen siendo caros. La fiabilidad de los módulos estándar es alta cuando se operan dentro de sus límites, aunque las uniones de soldadura pueden fallar bajo ciclos térmicos si el módulo se calienta y enfría repetidamente.