MISIÓN SECUNDARIA CANSAT: PROGRAMACIÓN DE UNA CELDA DE PELTIER CON ARDUINO

CURSO: 1º y 2º Bachillerato

MATERIA: Física y Química, Biología, Tecnología y Matemáticas.

PROFESORADO: Guadalupe Donoso Morcillo, Víctor Luque León, Raquel Muñoz Vara y Antonino Vara Gazapo.

RECURSOS UTILIZADOS: Portátiles del aula ATECA, aplicación web Tinkercad y ArduinoBlocks, programa ArduinoIDE, sensor BMP280 y sensor DS1820. 

HORAS DE DEDICACIÓN: 30 horas [10 horas de elaboración y preparación del material y 20 sesiones en los recreos y en horario extraescolar].

DESCRIPCIÓN Y PROCESO DE LA ACTIVIDAD:

El segundo equipo de nuestro centro que participa en la competición CANSAT Extremadura 2024 se ha propuesto como misión secundaria explorar el potencial de las celdas Peltier en el contexto de una misión espacial. Estas celdas tienen la capacidad de generar electricidad a partir de diferencias de temperatura, al mismo tiempo que pueden utilizarse para enfriar dispositivos. En nuestra investigación, nos proponemos evaluar cómo estas celdas pueden contribuir tanto a la refrigeración de componentes críticos como a la generación de energía para sistemas auxiliares. Esta idea fue propuesta por Antonio Gordillo,  profesor de la Universidad de Extremadura, el cual se reunió con nosotros por videoconferencia para explicarnos el funcionamiento de las placas y sus posibles aplicaciones en misiones espaciales.

Las celdas de Peltier funcionan a partir del efecto Seebeck, que es la conversión de la diferencia de temperatura a voltaje eléctrico y viceversa. Hemos realizado experimentos en el laboratorio para evaluar la generación de electricidad mediante celdas Peltier a partir de diferencias de temperatura controladas. Estos experimentos nos han proporcionado datos preliminares sobre la eficiencia y el rendimiento de las celdas en condiciones controladas.


Como se observa en el gráfico anterior, la producción de electricidad es mínima en nuestras circunstancias por lo que descartamos esta opción y decidimos comprobar, en el laboratorio, si la celda de Peltier era capaz de generar una diferencia de temperatura significativa y ser utilizada como controlador de temperatura. 


Como se puede comprobar en el gráfico, en 5 minutos, la celda hizo descender casi 1ºC la temperatura interior del satélite. 


Una vez comprobado en el laboratorio, la capacidad de las celdas de Peltier de producir electricidad  a partir de la diferencia de temperatura y al revés, hemos decidido que los objetivos de nuestra misión secundaria serán estudiar la efectividad de la celda de Peltier como controlador de temperatura y contrarrestar el calor generado por el poco espacio disponible, evitando sobrecalentamientos de los componentes.
Para ello, hemos incorporado un disipador de calor con ventilador para que el lado caliente de la celda de Peltier se refrigere y así, ayudar a la celda a enfriar la otra cara que está junto a los componentes electrónicos del satélite.  También, hemos añadido pasta térmica: su función es crear una capa entre la celda de Peltier y el disipador de calor, que permite una mejor conductividad térmica, logrando que el calor generado por la celda se disipe de manera más eficiente. 
Por otra parte, para evitar que nuestro experimento pueda afectar a algún otro satélite mientras que está dentro del cohete, hemos decidido que la celda de Peltier, sólo se pondrá en funcionamiento, una vez sea liberado el CanSat y descienda. 
Para medir la temperatura interna, hemos añadido un sensor DS1820 y de esta forma,  comparar cómo evoluciona la temperatura externa y la interna, una vez que la celda se encienda.