Desarrollo de un protocolo para el uso de un peltier en el proceso de enfriamiento direccional

Abstract

La técnica de freeze casting para la fabricación de materiales porosos ha ganado importancia con el pasode los años. Grosso modo, esta técnica se basa en la solidificación de una disolución de partículasmetálicas o cerámicas utilizando distintos sistemas de enfriamiento, para luego, eliminar los cristales dedisolvente y así, conseguir una estructura porosa.El presente trabajo busca una alternativa a los métodos de enfriamiento utilizados hasta el momento,con el que poder tener un control preciso de la estructura cristalina del disolvente, y como fin último, de lamorfología de poros.El avance de los semiconductores de los últimos años ha permitido un gran desarrollo de la termoelec-tricidad, por lo que se propone el uso de un enfriador termoeléctrico o célula peltier, para llevar a cabo unenfriamiento unidireccional de una suspensión coloidal con freeze casting.Antes de incluir una célula peltier en el proceso de solidificación se estudia este dispositivo de formaaislada en condiciones ambientales. La idea es comprobar la diferencia de temperatura entre las superficies dela placa peltier en función de la potencia eléctrica consumida. Una vez encontrado el intervalo de potencias,que generen una diferencia de temperaturas adecuada para la solidificación de la suspensión, se procedea analizar el efecto del enfriador termoeléctrico sobre el cambio de fase de líquido a sólido. Para ello, secalcularán tres variables: velocidad de solidificación (del frente sólido), velocidad de enfriamiento y gradientetérmico.Si se logra controlar estas tres variables con la ayuda del dispositivo peltier, se podrá elaborar un patrónque relacione las magnitudes eléctricas utilizadas y las variables termodinámicas calculadas, de manera que,para conseguir una estructura porosa concreta, solo habrá que reproducir las condiciones estudiadas.

Freeze casting technique for the manufacturing of porous materials has gained importance over the years.Roughly, this technique is based on the solidification of a solution of metallic or ceramic particles usingdifferent cooling systems, to later eliminate the solvent crystals and thus achieve a porous structure.The present work seeks an alternative to the cooling methods used up to now, with which to have a precisecontrol of the crystalline structure of the solvent, and as an ultimate goal, of the pore morphology.The advancement of semiconductors in recent years has allowed a great development of thermoelectricity,so it is proposed to use a thermoelectric cooler or peltier cell, to carry out unidirectional cooling of a colloidalsuspension with freeze casting.Before including a peltier cell in the solidification process, this device is studied in isolation under ambientconditions. The idea is to check the temperature difference between the surfaces of the peltier plate as afunction of the electrical power consumed. Once the range of powers has been found, which generate a suitabletemperature difference for the solidification of the suspension, the effect of the thermoelectric cooler on thechange of phase from liquid to solid is analyzed. For this, three variables will be calculated: solidificationspeed (of the solid front), cooling speed and thermal gradient.If these three variables can be controlled with the help of the peltier device, a pattern can be elaboratedthat relates the electrical quantities used and the calculated thermodynamic variables, so that, to achieve aspecific porous structure, it will only be necessary to reproduce the conditions studied.