La refrigeración termoeléctrica llega a lo más alto
Un enfriador termoeléctrico de diseño robusto transporta el calor de una superficie fría a otra caliente, lo que permite mantener el dispositivo electrónico por debajo de su temperatura límite. En los últimos años, con el propósito de mejorar el rendimiento de estos sistemas, se ha utilizado el control por modulación de duración de impulsos (MDI) de las corrientes suministradas. En el seno del proyecto THERMICOOL (Thermoelectric cooling using innovative multistage active control modules), financiado con fondos europeos, un grupo de investigadores intentó mejorar la madurez de la tecnología para aplicaciones aeronáuticas con el objetivo de llevar la gestión térmica a una disponibilidad de la tecnología (TRL) de nivel cinco. En primer lugar, los investigadores examinaron los conceptos de refrigeración y los materiales, así como los sistemas comerciales. La utilización del telururo de antimonio de bismuto (BiSbTe) fue la opción más adecuada para mejorar el rendimiento de la refrigeración termoeléctrica, manteniendo una temperatura en grados centígrados entre 90 y 95 en el lado frío e inferior a 160 en el lado caliente. Para el módulo a base de BiSbTe, el equipo del proyecto THERMICOOL desarrolló un modelo computacional que se analizó en distintos escenarios de flujo térmico. El equipo electrónico, cuyas dimensiones eran similares a la de los sistemas comerciales, estaba compuesto por un núcleo de potencia y paneles electrónicos para monitorización y control. Por último, en el laboratorio se llevó a cabo una serie ampliada de ensayos de evaluación con una configuración experimental que incluía un armario térmico, un sistema de calentamiento de aire, suministros eléctricos, detectores de flujo térmico y mediciones de temperatura, así como un panel de control para vigilar la configuración operacional. La configuración experimental también posibilitó un control MDI activo, concretamente un conversor CC-CC que generaba pulsos de corriente con unos patrones que permitían suministrar al módulo de refrigeración termoeléctrico, para lo cual se instalaron distintos sistemas de conmutación de la alimentación de potencia. Los ensayos realizados en el seno del proyecto THERMICOOL evidenciaron que los lazos de control son esenciales para asegurar una gestión térmica multi-etapa en las exigentes condiciones aeronáuticas. Además, la refrigeración termoeléctrica debe estar activa incluso en condiciones de temperatura moderada ya que de lo contrario la capacidad de refrigeración quedará limitada en caso de un aumento rápido de temperatura. Aunque los resultados de los ensayos normalmente concordaban con las predicciones de la simulación, existían diferencias notables que se justificaron por la naturaleza experimental del proyecto lo que, en consecuencia, provocó que algunas características del sistema no se simularan. Aunque se han dado los primeros pasos importantes para conseguir una refrigeración termoeléctrica multi-etapa, es necesario continuar con los esfuerzos de investigación y desarrollo a fin de satisfacer los requisitos de la industria aeroespacial.
Palabras clave
Refrigeración termoeléctrica, modulación de duración de impulsos, THERMICOOL, grado de madurez de la tecnología, industria aeroespacial
