PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ 
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA 
 
 
 
 
 
 
 
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR DE 
TEMPERATURA BASADO EN EL DISPOSITIVO PELTIER PARA 
CÁMARA AMBIENTAL EN LA PRUEBA DEL SATÉLITE 
PUCPSAT-1 
 
 
 
Tesis para optar el Título de Ingeniero Electrónico, que presenta el bachiller: 
 
Diana Elena Postigo Diez Canseco 
 
 
ASESOR: Dr. Jorge Arturo Heraud Pérez 
     
 
 
Lima, marzo del 2011 


 
 
Resumen 
El objetivo del presente trabajo de tesis es desarrollar un sistema de control  
de temperatura basado en el manejo del sentido de corriente a través de un  
dispositivo termoeléctrico denominado PELTIER, el cual permitirá variar el  
flujo de calor que será conducido a una carga; este trabajo implica  
desarrollar diversos subsistemas que interactúen de forma eficiente es por  
ello que se cuentan con objetivos secundario que facilitarán el funcionamiento  
óptimo de todo el sistema, entre ellos está el desarrollar un circuito  
electrónico que permita la regulación de tensión suministrada al Peltier, así  
como implementar un sistema de control de potencia que permita controlar el  
sentido de la corriente.  
Esto también implica elaborar un módulo de control digital que trabaje con un  
sensor de temperatura y pueda trabajar en coordinación con el control de  
potencia para lograr una variación de temperatura oscilante. 
Este trabajo se realizará con todas las especificaciones necesarias para poder  
dejar un sistema de control listo para añadirse a una cámara ambiental. 
Para poder detallar todo este trabaja se ha dividido el estudio y el  
desarrollo en diversas partes las cuales están mencionadas en capítulos y se  
nombran a continuación.  
En el capítulo 1, se va a encontrar una descripción y análisis del ambiente  
espacial, de esta forma se podrá apreciar como repercute el entorno espacial a  
los equipos electrónicos. 
En el capítulo 2, se puede apreciar un informe acerca de pruebas similares  
desarrollados por otros equipos de investigación los cuales se han  
considerados como referencia además se describe el diseño mecánico electrónico  
de la cámara ambiental que se va a elaborar en el Instituto de  
Radioastronomía, el cual es el ente encargado de realizar las pruebas. 
ii 
 
En el capítulo 3, se encuentra el diseño de todo el sistema así como la  
elección de los componentes y circuitos definidos en subsistemas. También se  
aprecia la interacción y relación que hay entre ellas. 
En el capítulo 4, se encuentra documentado las pruebas y resultados que se han  
obtenido del sistema luego de someterlo a simulaciones de funcionamiento. 
En la parte final de documento se presenta las conclusiones obtenidas gracias  
a las pruebas llevadas a cabo así como las respectivas  recomendaciones  
respecto al desarrollo de este trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ii 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Esta tesis va dedicada a mis queridos padres,  
Rossana y Henry,   
quienes me acompañaron en todo momento  
y se preocuparon siempre por darme lo mejor;  
y también a aquellas personas que con su apoyo 
incondicional me mostraron lo que es la verdadera amistad. 
 
 
 
 
 
 
 
iii 
 
Índice 
INTRODUCCIÓN                      1 
1. DESCRIPCIÓN DEL AMBIENTE ESPACIAL                                                    3                                
1.1. PROYECTO PUCP SAT I         3 
1.2. DESCRIPCIÓN DE UN CUBESAT                                        4 
1.3. MEDIO ESPACIAL          5 
1.3.1. ORBITAS DE COMUNICACIÓN SATELITAL     5 
1.3.2. ORBITA BAJA TERRESTRE (LEO)       7 
1.3.3. CARACTERISTICAS DEL MEDIO ESPACIAL Y  
SU REPERCUCIÓN ENLOS OBJETOS      9 
1.3.4. CONTEXTO ESPACIAL DE UN SATELITE CUBESAT   10 
1.3.5. CONCLUSION SOBRE EL MEDIO ESPACIAL                              12 
2. DESCRIPCION DE LA PRUEBA Y REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA     13 
2.1. ESTADO DEL ARTE              13 
2.1.1. PRUEBAS AMBIENTALES          13 
2.1.1.1. PRUEBA DE TEMPERATURA Y VACIO      14 
2.1.1.2. PRUEBA DE CICLO TERMICO          16 
2.2. DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA A REALIZAR EN LA CAMARA  
AMBIENTAL DEL PROYECTO PUCP-SAT 1                          17 
2.3. PRESENTACIÓN DEL ASUNTO DE ESTUDIO         18 
2.3.1. MODELO DE CAMARA TERMICA AMBIENTAL PARA              
CUBESAT DE STANDFORD RESEARCH INSTITUTE        20 
2.3.2. MODELO DE CAMARA AMBIENTAL PARA PROBAR  
SATÉLITE PUCP-SAT 1            21 
2.4. TERMOELECTRICIDAD Y EFECTO PELTIER         24 
2.4.1. MÓDULO TERMOELÉCTRICO-PELTIER      24 
2.4.2. FUNCIONAMIENTO DEL MODULO PELTIER        25 
2.4.3. VENTAJAS DE UN MODULO PELTIER                26 
2.5. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA CONTROLADOR DE        
TEMPERATURA            26 
3. DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA DE  
LOS DISPOSITIVOS PELTIER                                  28 
3.1. OBJETIVOS                               28 
iv 
 
3.1.1. OBJETIVO PRINCIPAL                            28 
3.1.2. OBJETIVOS SECUNDARIOS                             28 
3.2. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DEL CONTROLADOR DE  
TEMPERATURA BASADO EN DISPOSITIVOS PELTIER                      29 
3.2.1. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL SISTEMA                    31 
3.2.2. ETAPAS DEL SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA 
 BASADO EN DISPOSITIVOS PELTIER                 32 
3.3. DISEÑO DE LAS ETAPAS DEL SISTEMA DE CONTROL DE 
 TEMPERATURA BASADO EN DISPOSITIVOS PELTIER                   33 
3.3.1. REGULADOR DE VOLTAJE PARA ALTAS CORRIENTES           33 
3.3.2. CIRCUITO DE CONTROL DE POTENCIA                                     37 
3.3.3. DISEÑO DEL MÓDULO DE CONTROL DIGITAL                   40 
3.3.3.1. DISEÑO DEL HARDWARE                     40 
3.3.3.2. DISEÑO DELSOFTWARE                   46 
4. PRUEBAS Y RESULTADOS                     51 
4.1. PRUEBAS DEL SISTEMA                    51 
4.1.1. CONSIDERACIONES PREVIAS                      51 
4.1.2. IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO REGULADOR DE                 
VOLTAJE                     52 
4.1.3. IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO DE CONTROL DE          
POTENCIA                                    55 
4.1.4. IMPLEMENTACIÓN DEL MÓDULO DE CONTROL DIGITAL        57 
4.1.5. IMPLEMENTACIÓN Y PRUEBAS DEL SISTEMA  
CONTROLADOR DE TEMPERATURA                                              59 
4.1.5.1. PRUEBAS INICIALES                    61 
4.1.5.2. PRUEBAS FINALES                     64 
CONCLUSIONES                      67 
RECOMENDACIONES                      68 
REFERENCIAS                      69 
 
 
Introducción 
Para el hombre, el espacio siempre resultó ser un lugar con mucho misterio, y con  
incógnitas inexplicables, de allí que la vehemencia humana por interpretar lo 
desconocido, hizo posible el desarrollo de la ciencia y la tecnología, logrando 
esclarecer las dudas que tuviera al respecto.  
En el siglo pasado a fines de la década de 1950, los Estados Unidos de Norte 
América y la Unión Soviética, en su afán de conquistar el espacio y motivados por el 
deseo de ser el primero en alcanzarlo, dieron inicio a una particular competencia 
denominada “la carrera espacial”. Para ello iniciaron sus primeras pruebas realizando 
lanzamientos de artefactos o vehículos espaciales. Mediante estas interacciones con el 
espacio, y los viajes que posteriormente pudo realizar el hombre hacia ese entorno, se 
corroboraron las teorías científicas formuladas; hipótesis planteadas siglos atrás fueron  
experimentalmente demostradas o refutadas esto también generó la formulación de 
nuevas hipótesis lo cual hace del espacio el lugar perfecto para que pueda interactuar 
la tecnología y la ciencia en todas sus expresiones. 
Desde ese entonces han transcurrido más de cincuenta años, y hoy también nuestro 
país está en condiciones de experimentar con el conocimiento del espacio. 
La tecnología satelital juega un importante rol en el mundo moderno y una de  
las alternativas que nos brinda esta oportunidad es la tecnología de los pico  
satélites también llamados CubeSat, diseñados y patentados por el talentoso profesor 
Robert Twiggs, en colaboración conjunta entre el Politécnico de California (Cal Poly) y 
la Universidad de Stanford.  
Actualmente, la Pontificia Universidad Católica del Perú  se encuentra desarrollando 
el proyecto PUCP-SAT-1, el cual tiene como objeto, poner en órbita el primer satélite  
peruano. El logro de este objetivo no solo implica desarrollar las unidades internas  
del satélite sino también implica poner en marcha proyectos colaterales que permitan 
preparar al satélite para que tenga un exitoso rendimiento cuando interactúe con las 
condiciones extremas que presente el ambiente espacial.  
2 
 
Para poder probar el correcto funcionamiento de la tecnología desarrollada para el 
satélite PUCP-SAT-1, es necesario realizar  distintas pruebas ambientales con las que 
se garantice la resistencia del satélite a los diferentes factores del clima espacial.  
La presentación y ejecución de esta tesis tiene como objetivo desarrollar un  sistema 
de control de temperatura para un modulo que realizara mediciones mediante una 
cámara ambiental de pruebas para el pico satélite, cuyo diseño mecánico utiliza como 
actuador para enfriar y calentar dispositivo termoeléctrico Peltier. Es por ello, que esta 
tesis está abocada a realizar la electrónica necesaria para controlar estos elementos 
de tal forma que se pueda realizar variaciones de temperaturas necesarias para 
demostrar el funcionamiento óptimo del satélite PUCP-SAT-1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
Capítulo 1 
DESCRIPCIÓN DEL AMBIENTE ESPACIAL 
Este capítulo tiene como finalidad describir el contexto espacial en el que se hallan 
orbitando los satélites artificiales, particularmente los picos satélites de la familia 
CubeSat.  De esta manera, al finalizar esta división habremos percibido la problemática 
que implican las condiciones espaciales para con el conjunto del satélite. 
 
1.1.  PROYECTO PUCP-SAT- 1 
Como mencionamos en la parte introductoria, la Pontificia Universidad Católica del 
Perú, al igual que otras universidades del mundo, ha asumido el reto de inducir a sus 
jóvenes alumnos en la adquisición de nuevas habilidades, que los conduzcan a 
investigar y a participar en ingeniería espacial. 
Todo ello es posible gracias al desarrollo de la nueva generación de satélites, los 
que al ser cada vez más pequeños, de reducido costo económico y de fácil 
implementación, hacen accesible su inversión por parte de esta Casa de Estudios. 
El Ingeniero Aeroespacial Robert Twiggs, profesor de la Universidad de Stanford, es 
quien dio origen a este movimiento intelectual al crear este nuevo estándar de satélites, 
CubeSat.  Su propósito al introducir este concepto en el ámbito de las instituciones 
educativas fue motivar a estudiantes a desarrollar estos pico satélites y así propulsar 
una suerte de carrera espacial. 
La promoción de la actividad académica a través del desarrollo de proyectos es un 
objetivo que comparte el Doctor Jorge Hearud Pérez, Director del Instituto de 
Radioastronomía de la Pontificia Universidad Católica del Perú, quien gracias a su 
iniciativa y a su vínculo con Robert Twiggs, viene dirigiendo el Proyecto PUCPSAT-1 
con la decisión de lanzar el primer pico satélite peruano en el presente año. 
4 
 
Esta tesis en el proyecto se ubica dentro de la etapa de realización de pruebas 
preliminares del satélite el cual es desarrollado por los alumnos participantes. Es así, 
que el diseño e implementación de esta, forma parte de la elaboración de una cámara 
ambiental de pruebas para el satélite PUCP-SAT-1. 
Este sistema permitirá así, ejecutar la prueba de ciclo térmico, con el cual al exponer 
todos los componentes del satélite a un ambiente de temperatura variante entre 
extremos de calor y frio, se podrá demostrar el buen desempeño de cada uno de ellos.   
 
1.2. DESCRCIPCION DE UN CUBE SAT 
Un Cube Sat es un satélite artificial y como su nombre indica, este tiene la forma de 
un cubo. Este satélite pertenece al tipo pico satélite pues sus dimensiones son de 
100.0 ±0.1 mm de ancho (aristas X e Y) y 113.5 ± 0.1 mm de alto (arista Z), y cuyo 
peso – estructura metálica junto con todos los dispositivos internos-  no puede exceder 
1.33 kg.  El material utilizado tanto para la estructura del satélite como de los rieles 
debe ser aluminio 7075 ó 6061. [1] 
 
 
Fig. 1.1 Estructura básica de un satélite CubeSat estándar. 
Fuente: http://www.cubesatkit.com/ 
Según el propósito del satélite se variará la carga interna, pero siempre se contará 
con estos subsistemas: 
‐ Unidad de Alimentación. 
5 
 
‐ Sistema de Comunicación. 
‐ Procesador Principal. 
‐ Sensores. 
Un parámetro de gran importancia al momento de la selección de los componentes 
para cada fin particular del satélite, es  el rango de temperatura al que puede ser 
sometido cada dispositivo ya que esto asegurará su buen funcionamiento en el 
espacio.  Más adelante se discutirá sobre el rango de temperatura establecido para 
elaborar la prueba de vacío y temperatura. 
 
1.3. MEDIO ESPACIAL 
Al ser el objetivo del proyecto PUCP-SAT-1 realizar un satélite artificial Cube Sat y 
el fin de esta tesis colaborar con las pruebas en tierra, debemos conocer las 
características del medio donde será puesto en órbita para así poder establecer los 
parámetros que definirán el diseño de la cámara ambiental. 
 
1.3.1. ORBITAS DE COMUNICACIÓN SATELITAL 
En la historia de las telecomunicaciones, el uso de satélites artificiales rompió las 
fronteras de la comunicación, pues ellos aún permiten la transmisión de información a 
largas distancias, con mayor rapidez y gran eficiencia.   
Antes de los satélites, se buscaron diversas alternativas de solución para el 
problema de comunicación en línea recta entre antenas separadas grandes distancias 
(de un continente a otro).  Una solución posible es colocar una antena relevo entre 
otras dos, sin embargo, como la gran parte del planeta es agua, resultaba imposible o 
muy costoso. [2] 
La siguiente alternativa fue usar la ionosfera terrestre para reflejar las señales 
transmitidas, pero este método tiene problemas como el limitado ancho de banda y la 
atenuación debido a efectos propios e incontrolables de la atmosfera.  
Si se sigue con la idea de considerar a la ionosfera como un simple reflector se 
induce la validez de utilizar otros elementos del espacio para esta finalidad, como la 
6 
 
luna.  Es así que surgen los satélites artificiales como estaciones espaciales que 
reciben las señales de un punto y lo retransmiten a otro punto en la Tierra. Entonces, la 
característica más importante de este tipo de comunicación es el poder abarcar 
grandes extensiones sobre la superficie terrestre. [2] 
 
          
(a) (b) 
(c)  
Fig.1.2 Diferentes métodos de comunicación entre dos lugares distantes sobre la 
Tierra: (a) Utilización de grandes antenas sobre masa continental;  (b) uso de la ionosfera  
terrestre como un reflector natural; y (c) aplicación de satélites artificiales como reflectores en el 
espacio.  [2] 
7 
 
De esta manera surge el campo de la comunicación satelital, el cual ha tenido un 
rápido desarrollo y actualmente se ha vuelto una herramienta indispensable para las 
actividades sociales humanas. 
Existen distintos tipos de órbitas según su separación de la tierra, estas son: [3] 
‐ Órbita Baja Terrestre (LEO). 
‐ Órbita Geoestacionaria (GEO). 
‐ Órbita Polar. 
‐ Órbita Solar Síncrona. 
‐ Órbita de Mediana (MEO) y Gran Altura (HEO). 
‐ Orbits Elliptical o Molniya. 
‐ Órbitas de Parqueo y Desecho. 
 
 
 
 
 
 
Fig.1.3 Selección de altura para sistemas satelitales. [2] 
 
1.3.2. ORBITA BAJA TERRESTRE (LEO) 
Para la comunicación satelital lo ideal sería tener al satélite en una órbita 
geoestacionaria, que tenga un periodo de rotación de 24 horas y parezca estática 
respecto a la tierra.  Sin embargo, solo existe una órbita que cumple con esta 
característica, esta está ubicada en el plano ecuatorial a una altura de 35 780 km y 
además presenta problemas de eficiencia como retardo y pérdida de energía en la 
transmisión debido a la gran distancia de separación con la tierra además del medio 
entre los mismos. Por estas razones se prefieren las órbitas bajas LEO para ciertas 
aplicaciones. [2] 
 
GSO                                                    
Cinturón Exterior de Van Allen 
Odyssey, Inmarsat‐P (MEO) 
Cinturón Interior de Van Allen 
Globalstar (LEO) 
Iridium, Teledesic (LEO) 
 
8 
 
Las orbitas terrestres bajas (LEO) se encuentran entre los 100 a 1000 km sobre la 
superficie terrestre. La posición de estas órbitas está entre la atmósfera terrestre y el 
cinturón interior de Van Allen, esta es una de las  ventajas de las orbitas LEO, pues 
estos anillos de radiación reducen el tiempo de vida de un satélite. Pero las 
características más importantes de un sistema satelital LEO son el poco retardo y las 
pocas pérdidas en la transmisión comparado con otros sistemas ubicados en otras 
órbitas. [3], [2] 
En el siguiente cuadro se muestran algunas de las diferencias entre las órbitas LEO, 
MEO y GEO con respecto al satélite y la telecomunicación. 
 LEO MEO GEO 
Costo del satélite Máximo Mínimo Medio 
Tiempo de vida del 
satélite(años) 
3-7 10-15 10-15 
Retardo de 
propagación 
Corto Medio Largo 
Pérdida de 
propagación 
Bajo Medio Alto 
Complejidad del 
sistema 
Complejo Medio Simple 
Tiempo de 
desarrollo 
Largo Corto Largo 
Visibilidad del 
satélite 
Corto Medio Siempre 
Cuadro 1.1 Comparación de diferentes sistemas satelitales. [2] 
 
En nuestro caso, el satélite PUCP-SAT-1 es un satélite con fines educativos, 
diseñado no para ser una estación de retransmisión de señales, sino para enviar 
información acerca del espacio y de esta forma establecer contacto con los 
estudiantes.  Enviar un satélite al espacio es un proyecto ambicioso, en el cual el factor 
capital monetario es un limitante; sin embargo, al basarse este en un pico-satélite – 
CubeSat- y por tener fines educativos, los costos deben reducirse al máximo.  
Es así, que una conveniente selección de órbita favorece a este propósito.  El costo 
para colocar un objeto espacial en una órbita LEO es el más barato y el más fácil pues 
se requiere menos energía que para una órbita más alejada, por estas razones los 
satélites CubeSat orbitan a esta distancia. [3] 
9 
 
1.3.3. CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO ESPACIAL Y SU REPERCUSIÓN EN LOS 
OBJETOS 
En tierra, bajo las condiciones de presión y temperatura promedio (1 atm, 25°C), los 
equipos electrónicos funcionan correctamente de acuerdo a sus especificaciones 
técnicas; sin embargo, el contexto de trabajo en el espacio es completamente distinto y 
no considerar los nuevos parámetros de este medio imposibilitaría el buen desempeño 
de cualquier circuito electrónico. 
Los principales factores que influyen en cualquier objeto en el espacio son los 
siguientes: [4] 
 Vacío (o vacío parcial)- que induce la desgasificación, la cual es la emanación 
de gases de las superficies de los materiales dentro de un sistema cuando se 
es sometido a una presión similar a su presión de vaporización. Esto tiene una 
gran repercusión en las propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas de los 
componentes internos. 
 Oxígeno atómico, radiación ultravioleta/exposición solar. 
 El ciclo térmico puede producir microgrietas. 
 El plasma espacial produce carga y descarga del objeto. 
 Basura espacial- aún no es mucha. 
 Crecimiento de bacterias u hongos. 
 Inflamabilidad, corrosión química o física (stress). 
 Interferencia electromagnética (EMI). 
 Condiciones planetarias (planetary environment). 
Muchos de estos fenómenos son producto de la interacción de los campos 
magnéticos del sol y de la tierra. Sabemos que las corrientes eléctricas del interior de 
la Tierra originan la componente cuantitativamente más importante del campo 
magnético terrestre llamado dipolo, pero también las corrientes de la Ionosfera 
participan en menor proporción alterando el campo magnético externo. Estas 
alteraciones son debidas a la dependencia del estado de la Ionósfera respecto de la 
actividad solar. 
10 
 
  
Fig.1.4  Estructura global del campo magnético terrestre, cinturón de radiación y 
magnetopausa. El viento solar incidente deforma el campo magnético, creando una cola 
magnética que se aparta del Sol. [5] 
Algo más que deberíamos considerar son los cinturones de radiación. Las partículas 
ionizadas que llegan a la Tierra, principalmente del Sol (“viento solar”),  son desviadas 
y dirigidas hacia dos grandes anillos que rodean a la Tierra por el Ecuador, conocidos 
como Cinturones de Van Allen. Estos cinturones de radiación se dividen en dos 
regiones: la zona interior, a una altura de 4 000 km y con una anchura de 3 000km y la 
zona exterior, a una altitud de 16 000 km y con una anchura de 7 000 km. 
 
1.3.4. CONTEXTO ESPACIAL DE UN SATÉLITE CUBE-SAT 
El satélite artificial CUBE-SAT orbitará entre 100 a 1 000 Km alrededor de la tierra, 
lugar correspondiente a una órbita tipo LEO.   Si nos fijamos en la correspondencia de 
alturas de las capas de la atmosfera terrestre podremos verificar que las órbitas LEO 
aún están dentro de ella.   
Como se observa en la figura 1.5, la temperatura en la atmósfera va variando 
conforme aumenta la altura y a partir de la exosfera se eleva hasta sobrepasar los 
1500°K. De ser así, un satélite en el espacio estará sometido a temperaturas extremas: 
por un lado recibirá todo el calor del Sol (6 000°C) y por el otro, el frio del espacio 
11 
 
profundo (aprox. 3°K); sin embargo, este rango dependerá de la zona donde se 
encuentre orbitando. Por ejemplo la temperatura promedio alrededor de nuestro 
planeta oscila entre -180°C a 122°C. 
 
Fig. 1.5 Corte a través de la atmósfera terrestre. 
Fuente: http://www.educa.madrid.org/educamadrid/ 
 
Según datos de temperatura recogidos por los satélites del formato CubeSat que se 
encuentran ya orbitando alrededor de la tierra, el rango de temperaturas externas 
promedio va entre -30°C y 50°C con fluctuaciones de extremo a extremo en un tiempo 
promedio de 60 min.  Asimismo, el rango de temperaturas en el interior del satélite es 
de -20 °C a 20°C aproximadamente. 
12 
 
(a)  
(b)  
Fig.1.6 Fluctuación de temperaturas en el exterior (a) e interior (b) del satélite CP3. [22]  
 
1.3.5. CONCLUSIÓN SOBRE EL MEDIO ESPACIAL 
Frente a los agentes nocivos anteriormente descritos, de una realidad aún poco 
comprendida, es necesario tomar las debidas precauciones al momento de diseñar un 
objeto que operará en el espacio exterior.  En el caso del proyecto PUCP-Sat-1, al ser 
el satélite un elemento con parte mecánica y electrónica, deberán considerarse muy en 
serio las especificaciones técnicas de cada elemento por separado, pero además de 
ello, será necesario examinar el desempeño del conjunto en un ambiente que se 
asemeje al lugar donde se ubicará finalmente.  Es aquí que la necesidad de realizar 
pruebas ambientales se hace imprescindible. 
13 
 
 
Capítulo 2 
DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA Y 
REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA 
 
2.1. ESTADO DEL ARTE 
 
2.1.1. PRUEBAS AMBIENTALES 
Antes de llevarse a cabo el lanzamiento de un satélite al espacio, siempre es 
necesario efectuar las debidas pruebas en tierra para garantizar el correcto 
funcionamiento de este en el exterior. 
Las pruebas que normalmente se realizan son tres: 
 Prueba de Interferencia Electromagnética (EMI) 
 Prueba de Vibración 
 Prueba Térmica y de Vacío 
 
 
Fig.2.1 Secuencia de pruebas ambientales. Programa de calificación para un CubeSat de 
Montana State University (MSU).  [9] 
 
EMI‐Electromagnetic 
Interference
•Operar el sistema a 
RF nominal de 
comunicación y 
verificar la integridad 
operacional.
Vibration Test
•Realizar oscilaciones 
leves para verificar 
los modos de 
funcionamiento.
•Realizar oscilaciones 
de diversas 
magnitudes.
Thermal/Vacuum Test
•Operar  en un 
ambiente vacío a 
distintas 
temperaturas para 
verificar el correcto 
funcionamiento.
14 
 
(a) (b)  
(c)  
 
Fig.2.2  Pruebas de vibración(a), de interferencia electromagnética (c) y de 
temperatura y vacío (b). Programa de calificación para un CubeSat de Montana State 
University (MSU).  [9] 
En proyectos como CUTE – I, realizado por el Instituto Tecnológico de Tokio – 
(Tokyo Institute of Technology), se realizó además, la prueba de micro-gravitación para 
estimar velocidades de separación, y la alteración del CUTE-I durante la separación, y 
la prueba de comunicación a largas distancias.  Mientras más pruebas en tierra se 
hagan, mejor será el desenvolvimiento del satélite en el espacio.   
 
2.1.1.1. PRUEBA DE TEMPERATURA Y VACÍO 
Cuando el satélite se encuentre en el espacio exterior, orbitando alrededor de la 
tierra, estará sujeto a las características del medio: rayos cósmicos, plasma, micro 
meteoritos, basura espacial, altas y bajas temperaturas, vacío, entre otros, siendo las 
dos últimas, pruebas críticas que  deberá superar el satélite para mantenerse 
funcionando en el espacio.  
Las características del diseño de cualquier objeto espacial deben considerar los 
efectos que producen el vacío y la temperatura, sobre los sistemas eléctrico y 
15 
 
mecánico. Muchos materiales que son resistentes en tierra funcionan correctamente; 
sin embargo, cuando estos son llevados a las condiciones espaciales (temperaturas 
extremas y presión cero) son inapropiados para desarrollar las mismas tareas.    
Un factor crucial cuando se diseña para el espacio es el alto vacío. Como sabemos, 
las distintas combinaciones de presión y temperatura en un material definen su estado, 
el cual puede ser sólido, líquido, gaseoso o plasma. Una vez en el espacio, sin presión 
alguna, las temperaturas que definen los estados del material varían. Uno de los 
principales efectos del vacío es la desgasificación. “La desgasificación es la emanación 
de gases de las superficies de los materiales dentro del sistema. Estos gases 
emanados pueden ser vapor de agua, oxígeno u otros gases adheridos a las 
superficies internas de las paredes del sistema de vacío o también átomos de las 
superficies sólidas que se liberan debido a las condiciones de presión y temperatura.”  
[12] 
La desgasificación puede ser totalmente perjudicial para el desenvolvimiento del 
satélite por lo siguiente:   [4] 
 El gas emanado puede ser dañino para instrumentos ópticos y celdas solares 
instalados en él.  
 La formación de pequeñas nubes de gas afecta la sensibilidad de lectura de 
instrumentos. Por ejemplo se hace casi imposible realizar astronomía 
ultravioleta cuando se acumula vapor de agua.  
  La contaminación molecular producida por la desgasificación degrada el 
desempeño de los controladores de temperatura de las paredes, especialmente 
aquellos que cuentan con refrigeración por radiación. 
 En polímeros  y otros materiales volátiles, con gran desgasificación por 
naturaleza, pueden conllevar a serios cambios en las propiedades básicas del 
material. 
Para evitar todos los posibles eventos perjudiciales en el proyecto debido a la 
desgasificación, se realiza la prueba de temperatura  y vacío.  Esta consiste en crear 
un espacio a presión mínima- alto vacío- y seguir una secuencia de calentamiento 
llevando al objeto desde temperatura ambiente (aproximadamente 25°C) hasta 70°C o 
60°C dependiendo de las características de la electrónica.  Para poder observar el 
16 
 
fenómeno de desgasificación es necesario un vacío mínimo de 5x 10-4 Torr (1Torr= 
133.322 Pa). [25] 
 
Fig.2.3 Secuencia de calentamiento para la desgasificación. [25] 
 
2.1.1.2      PRUEBA DE CICLO TÉRMICO 
Esta es la prueba que más se aproxima al objetivo de la cámara ambiental para el 
proyecto PUCP-SAT-1. Esta consiste en determinar la capacidad de los componentes 
para resistir extremas temperaturas como frío y calor, así como su habilidad para 
soportar una exposición cíclica a estas temperaturas.  
La importancia de esta prueba está más enfocada a detectar las fallas mecánicas 
ante ciclos térmicos, estas fallas son llamadas errores de fatiga, que al realizar esta 
prueba son acelerados. [26] 
En la experiencia realizada por la Misión de Pico satélites NSPO – YamSat, la 
prueba de ciclo térmico tomó como temperaturas extremas – 10°C y +45°C, teniendo 
una duración de 1.5 horas (fig. 2.4). [8] 
 
17 
 
 
Fig. 2.4  Resultado de la prueba de ciclo térmico del YamSat. [8] 
 
A pesar de que el ciclo térmico realizado por esta prueba no alcanza los rangos de 
temperatura extrema en una órbita LEO, ni se realiza con el periodo correspondiente 
del ciclo térmico en el espacio mostrado en la fig.1.6, su desempeño es válido para 
comprobar la buena resistencia de cada componente de satélite. 
 
2.2. DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA A REALIZAR EN LA CAMARA AMBIENTAL 
DEL PROYECTO PUCP-SAT-1 
La finalidad de realizar un módulo de pruebas ambientales, como se expuso 
anteriormente, es verificar el correcto funcionamiento de cada una de las partes que 
componen el satélite PUCP-SAT-1 y el conjunto.  
La prueba que se desarrollará particularmente consiste en llevar a toda la estructura 
del satélite a las temperaturas extremo promedio de una órbita LEO, es decir, se 
variará la temperatura del satélite de manera oscilante en un tiempo determinado a 
manera de simular las condiciones térmicas al momento de traslación en el espacio. 
 
 
 
 
18 
 
 
Fig.2.5 Registro de temperaturas externas del Satélite CP3. [22] 
 
Nos basamos en registros de temperaturas de otros satélites del mismo tipo que se 
encuentran orbitando alrededor de la tierra para definir las temperaturas extremas de 
una órbita LEO.  La imagen superior (fig.2.5)  muestra las temperaturas captadas en 
cada cara del satélite CP3 de la familia CubeSat. Como se observa en ambas fechas el 
cambio de temperatura del satélite es oscilante y va entre -30°C y +50 °C en un 
periodo de 90 minutos aproximadamente. 
Por ser lo requerido una prueba con cierta similitud a la prueba de ciclo térmico, no 
deberá descartarse la posibilidad de trabajar en rangos menores de temperatura.  
Debemos resaltar, que la prueba a ejecutarse con este sistema no será la prueba de 
temperatura y vacío descrita en el primer capítulo de este documento.  
 
2.3. PRESENTACIÓN DEL ASUNTO DE ESTUDIO 
 
Es sabido que el desarrollo de tecnología espacial implica la inversión de grandiosas 
sumas de dinero, por ende el correcto funcionamiento del sistema en el exterior debe 
ser garantizado al cien por ciento.  En el caso del proyecto universitario PUCPSat-1, es 
preciso asegurar que el satélite opere en el espacio tal como se había previsto, pues 
una vez puesto en órbita no habrá forma de corregir los errores. 
19 
 
Puede ser que el diseño mecánico y el electrónico del sistema funcionen 
correctamente en tierra, pero esto no es suficiente, para afirmar que el satélite resistirá 
las agresiones que recibirá por parte del medio espacial una vez que circunde la tierra. 
Una de estas agresiones será por parte de las extremas temperaturas y del vacío, 
como se ha descrito anteriormente.  Es por ello que realizar la prueba de temperatura y 
vacío antes de enviar el producto final al espacio es crucial para asegurar la resistencia 
del sistema frente al medio. 
Actualmente podemos encontrar diversas empresas que desarrollan cámaras 
ambientales para pruebas espaciales que simulan muy bien los casos extremos del 
medio (fig.2.6); sin embargo, adquirir estos grandiosos equipos involucra un  gasto que 
sobrepasaría el presupuesto asignado para este proyecto, considerando que es un 
ejercicio universitario que busca, más que todo, la inserción del estudiante a la 
ingeniería espacial.  Además, estas cámaras ofrecen espacios amplios donde caben 
artefactos espaciales de gran tamaño comparado con las dimensiones de un satélite 
CubeSat. 
 
(a) (b)  
 
Fig.2.6  Cámaras de temperatura y vacío de NASA [16] (a) y empresa Angstrom 
Engineering [17] (b). 
 
20 
 
2.3.1. MODELO DE CAMARA TERMICA AMBIENTAL PARA CUBESAT DE 
STANFORD RESEARCH INSTITUTE 
 
Una alternativa de solución al problema del elevado costo que implica realizar 
pruebas ambientales, fue expuesta por Stanford Research Institute International en la 
convención CubeSat Developer´sWorkshop llevada a cabo el año 2009 en California, 
USA. Este instituto de investigación sin fines de lucro propuso utilizar materiales de 
bajo costo para construir una pequeña cámara ambiental donde se pudiese probar un 
satélite del formato CubeSat.   
 
 
Fig.2.7  Cámara ambiental desarrollada por SRI. [14] 
Uno de los objetivos fue construir un ambiente de vacío suficiente para suprimir la 
convección en su interior.  Esta experiencia nos demostró que no es necesario tener un 
ambiente de alto vacío para probar al satélite, sino que basta llegar a presiones bajas 
como 0.2 Torr para realizar las pruebas.  
Otro alcance que se obtuvo de esta exposición fue la utilización de dispositivos 
termoeléctricos Peltier para enfriar el interior y de resistencias para elevar la 
temperatura.  Como se mencionó anteriormente, el rango de temperatura con el que 
deberá lidiar el satélite será de -30 a +50 grados Celsius en promedio y esto es 
alcanzado con este equipo. 
Esta cámara ambiental cuenta con 3 sistemas: Sistema Térmico, Sistema de Vacío 
y Sistema Eléctrico. [14] 
21 
 
Las ventajas al realizar una cámara ambiental de este tipo frente a una convencional 
son grandes en cuanto a costo refiere, pero la más importante es poder obtener 
información instantánea del satélite funcionando  en un lugar donde aún es accesible y 
se puede variar las cargas al realizar las pruebas. 
 
2.3.2. MODELO DE CAMARA AMBIENTAL PARA PROBAR SATELITE PUCP-SAT I 
Tomando como referencia la experiencia exitosa del instituto SRI en la aplicación de 
dispositivos termoeléctricos Peltier para enfriar, el ingeniero Omar Piminchumo apoyó 
al proyecto con el diseño el sistema mecánico térmico para la construcción de una 
nueva cámara ambiental para la etapa de pruebas del proyecto PUCP-SAT-1 (fig. 2.8).  
 
Fig. 2.8 Diseño mecánico térmico de cámara ambiental por Ing. Omar Piminchumo 
 
A diferencia del sistema térmico del la cámara desarrollada por SRI, esta utilizará 
dos dispositivos Peltier no solo para enfriar, sino también para calentar el interior. Este 
diseño mecánico será complementado con un sistema de control electrónico, el cual 
dirigirá el funcionamiento del sistema completo (fig. 2.9). 
 
22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.9 Diagrama de bloques del sistema de la cámara ambiental del proyecto PUCP-
SAT-1 
 
El ingeniero Omar Piminchumo realizó simulaciones en el software SolidWorks - un 
programa  que permite el diseño de estructuras mecánicas y la simulación del 
comportamiento de la estructura frente a condiciones impuestas por el usuario- con lo 
cual acreditó la viabilidad de utilizar dos dispositivos Peltier (VT-199-1.4-1.15) para cubrir 
el rango de temperaturas desde -30 hasta +50 grados Celsius.   
Es importante resaltar que la forma de transferencia de calor hacia el satélite será 
principalmente por conducción y radiación a través de una base de metal conductor, 
esto debido al vacio interno que no permite convección por ausencia de aire. 
En las imágenes mostradas (Fig.2.10 y 2.11) se observan las simulaciones para 
ambos extremos de temperaturas.  Para la simulación de enfriamiento, se dispuso que 
la corriente de trabajo para los dispositivos Peltier  fuera de 8A en cada uno. Con esta 
condición de trabajo es posible alcanzar temperaturas aun menores a la requerida (-
73°C). 
 
 
 
Ventilador  Dispositivos Peltier 
Sensor de 
temperatura 
Puntas de 
prueba 
SplitterBomba 
de vacío 
VacuómetroDisipador 
Circuito de 
control de 
temperatura 
Fuente DC de 
alta corriente
Computadora 
Flujo  aire 
Plato de 
transferencia
Válvula de 
control
23 
 
 
Fig.2.10 Simulación de enfriamiento con dos dispositivos Peltier (8A) 
Sin embargo, cuando se realizó la simulación para calentar, la corriente de trabajo 
necesaria por los dispositivos Peltier para alcanzar 70°C  fue mayor, llegando a 11A.  
Como se aprecia en la figura 2.11, el aire que fluye por el disipador es menor y se va 
enfriando en el transcurso.  Esto indica que para lograr 50°C se utilizará una corriente 
menor a 11A en el caso ideal, pero no se debe descartar la posibilidad de trabajar con 
la corriente máxima permitida por el dispositivo, pues en la realidad no siempre ocurre 
lo esperado por la simulación.  
 
Fig.2.11 Simulación de calentamiento con dos dispositivos Peltier (11A) 
24 
 
No está demás repetir que la diferencia con el modelo de SRI International radica en 
el uso de dos dispositivos Peltier en serie tanto para calentar como para enfriar el 
interior, razón por la cual los requerimientos del sistema de control serán distintos y 
estarán basados esencialmente en las características de funcionamiento de estos 
dispositivos termoeléctricos. 
   
2.4. TERMOELECTRICIDAD Y EFECTO PELTIER 
La termoelectricidad es un fenómeno que relaciona calor con electricidad y que es 
posible en metales de textura cristalina y de poder conductor desiguales.  Al aplicar o 
retirar calor a la juntura de estos dos metales se produce una corriente eléctrica que va 
desde la unión hacia el metal que sea más conductor. “La electricidad desarrollada de 
esta manera se llama termo-electricidad; es decir, electricidad desprendida por el 
calor”. Este fenómeno fue observado en 1922 por Thomas Seebeck y por ello se 
conoce como efecto Seebeck. [19] 
El opuesto al efecto Seebeck se denomina efecto Peltier donde al circular corriente 
a través de dos elementos semiconductores, genera calor en la unión de estos.  
 
2.4.1. MÓDULO TERMOELÉCTRICO-PELTIER 
Los módulos termoeléctricos consisten en un arreglo de elementos semiconductores 
conectados eléctricamente en serie, pero térmicamente en paralelo. A esto se adhieren 
dos láminas de cerámico en cada lado que permitirán el flujo de calor de cara a cara 
cuando circule corriente continua. Es así, que estos módulos son considerados 
bombas de calor de estado sólido que operan con el efecto Peltier. [20] 
25 
 
 
Fig.2.12 Esquemático de un dispositivo Peltier.  [20] 
  
2.4.2. FUNCIONAMIENTO DEL MÓDULO PELTIER 
Según sean las características eléctricas térmicas de un módulo Peltier se deberá 
contar con una fuente capaz de otorgar la corriente necesaria para alcanzar la 
diferencia de temperatura deseada en las caras de este. Sin entrar más en lo 
particular, a continuación se describirá el funcionamiento general de un módulo Peltier. 
Al hacer circular corriente continua a través del módulo Peltier se crea una 
diferencia de temperatura entre ambas caras. El calor fluye del lado de baja 
temperatura hacia el de alta temperatura, enfriando el ambiente del lado frio y 
calentando el del lado opuesto. 
Basta cambiar el sentido de la corriente para invertir el flujo de calor. Además, al 
variar el valor de corriente circulante se logra cambiar la cantidad de calor de bombeo. 
[21] 
 
26 
 
2.4.3. VENTAJAS DE UN MÓDULO PELTIER 
Si se compara contra un compresor, un módulo termoeléctrico no tiene partes 
móviles y no utiliza freón para refrigerar, por ende no perjudica al medio ambiente, es 
un equipo fiable y casi no necesita mantenimiento. Pueden trabajar en cualquier 
dirección y son ideales para refrigerar objetos sensibles a vibración mecánica. Su 
tamaño compacto los convierte ideales para aplicaciones donde el tamaño o peso no 
pueden excederse. La capacidad de calentar o enfriar con un cambio en el sentido de 
corriente los hacen realmente útiles para aplicaciones donde se requieren las dos 
acciones o donde el control a una temperatura exacta es crítico. [20] 
 
2.5. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA CONTROLADOR DE TEMPERATURA 
BASADO EN DISPOSITIVOS PELTIER 
Este sistema debe permitir al usuario determinar los parámetros de ejecución de la 
prueba, es decir, poder elegir el rango de temperaturas del ciclo térmico y además, 
tener control sobre la velocidad de calentamiento o enfriamiento, dado que de esta 
forma es posible probar gradualmente las partes y no solo trabajar con temperaturas 
fijas de un ciclo térmico preestablecido. 
Debe considerarse la opción de detener la prueba, reiniciarla y de retomarla. Cabe 
indicar que existe la posibilidad de que ocurran eventos inesperados no deseados 
durante el proceso, lo que hace de esta opción una medida de emergencia. 
Respecto a la parte térmica, el actuador del sistema de control de temperatura está 
basado en dispositivos Peltier que estarán en contacto con una superficie metálica que 
permite la  transferencia de calor hacia el satélite, como se describió anteriormente.  
Las condiciones de operación  según la hoja de especificaciones del módulo 
termoeléctrico a utilizar [23] fijarán los requerimientos eléctricos del sistema de control 
a diseñar. 
27 
 
 
Fig. 2.13 Especificaciones de operación de dispositivo termoeléctrico (Peltier) VT-199-1.4-
1.15. [23] 
 
 Podemos observar en este cuadro que las condiciones de operación máximas de 
este módulo Peltier en particular se dan al suministrarse 27.3 VDC y 11.3 A.  Además, 
al apreciar las curvas de trabajo vemos que su desempeño - diferencia de temperatura 
entre las caras del dispositivo- varía según los valores de tensión en sus extremos o 
por la corriente ingresada a él.  
 
Fig. 2.14 Curvas de Corriente vs. Diferencia de Temperatura a distintos valores de 
tensión eléctrica suministrada al dispositivo Peltier VT-199-1.4-1.15. [23] 
 
Además, se dispone de fuentes de voltaje DC fijo con las que se pretende energizar 
los módulos termoeléctricos.  Entonces,  es conveniente tener control sobre la energía 
entregada a los dispositivos Peltier y así poder trabajar en todo el rango de su 
capacidad y no solo alimentar estos con el valor nominal de las fuentes de tensión. 
28 
 
 
Capítulo 3 
DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL DE 
TEMPERATURA DE LOS DISPOSITIVOS 
PELTIER  
 
3.1.  OBJETIVOS 
3.1.1 OBJETIVO PRINCIPAL 
Desarrollar un sistema de control de temperatura basado en el manejo del sentido 
de corriente a través de un dispositivo Peltier que permitirá variar el flujo de calor  
transmitido hacia una carga. 
3.1.2 OBJETIVOS SECUNDARIOS 
 Diseñar e implementar un circuito que permita la regulación de tensión 
suministrada al dispositivo Peltier a utilizarse en la cámara ambiental de 
pruebas para el satélite PUCP-SAT-1. 
 Desarrollar un sistema de control de potencia que permita controlar el sentido 
de corriente a través del dispositivo Peltier. 
 Elaborar un módulo de control digital que trabajando conjuntamente con un 
sensor de temperatura dirija a la etapa de control de potencia para lograr una 
variación de temperatura oscilante. 
 Dejar un sistema de control de temperatura electrónico para una posterior 
aplicación en el desarrollo de una cámara ambiental de pruebas para el satélite 
PUCP-SAT-1. 
 
29 
 
3.2. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DEL CONTROLADOR DE TEMPERATURA 
BASADO EN DISPOSITIVOS PELTIER 
El controlador de temperatura a realizar en esta tesis, está diseñado para dirigir el 
comportamiento de dos dispositivos Peltier; sin embargo, el número de estos solo 
repercute en la cantidad de reguladores de voltaje y corriente necesarios, mas no 
habrá diferencia alguna en el programa controlador, es decir, el programa será válido 
tanto para 1 Peltier como para n módulos Peltier.  A continuación se explicará el 
porqué de este enunciado. 
Para realizar el control sobre dos módulos termoeléctricos nos basamos en un 
controlador de tres dispositivos Peltier en serie, siendo muy similar la manera de 
controlar ambos.  El control se realiza de una forma muy sencilla, básicamente se 
efectúa  a través de dos modos: encendido y apagado.  Así, si la temperatura 
sobrepasa el margen de error establecido por el usuario, se activa la opción calentar o 
enfriar según sea el caso para mantener la temperatura deseada. [24] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.3.1  Muestra de la respuesta del controlador a diferentes condiciones de temperatura 
en el tiempo, t.  Cuando Tactual es menor que Tset - Twindow, el controlador responde 
calentando la muestra. Cuando Tactual supera Tset + Twindow, el controlador enfría la muestra. 
[24] 
Tactual Twindow
t
Tset 
T
t
t
H
ea
t  
Co
ol
 
30 
 
En el caso de este proyecto, no será necesario mantener una temperatura fija, pero 
sí variar esta dentro de un rango establecido por el usuario.  Para cumplir con los 
requerimientos de la cámara ambiental, será necesario calentar y enfriar la base de 
metal que estará en contacto directo con el satélite de manera alternante para simular 
la variación de temperatura en el movimiento de traslación sobre una órbita LEO. 
Para realizar este ciclo térmico aproximaremos la imagen de las temperaturas 
captadas por el satélite CP3 (Fig.2.5) a una onda escalonada (Fig.3.2), donde se 
calentará o enfriará la base de conducción de manera gradual, es decir, en rangos 
menores de temperatura dT y luego se dará un tiempo de reposo o establecimiento test 
para que se uniformice en cierta forma la temperatura en el interior del satélite. Es 
posible que en este tiempo de reposo no se mantenga la temperatura final del escalón, 
lo cual no afectaría la prueba, pues no es trascendental elaborar una onda perfecta. 
Prosiguiendo con la descripción, esta escalera ascenderá o descenderá hasta 
alcanzar, más no sobrepasar, las temperaturas extremas Tmax y Tmin dadas por el 
usuario y luego invertirá la pendiente, es decir, si iba ascendiendo ahora descenderá y 
si descendía, ascenderá. 
 
Fig.3.2 Secuencia de control de temperatura para la cámara ambiental. 
 
El modo de realizar este cambio de calentamiento a enfriar en la secuencia de 
control se logra al invertir el sentido de la corriente a través de los dispositivos Peltier.  
Para ello se recurre a la configuración de Puentes H para cada elemento, como se 
31 
 
muestra en la figura 3.3. De acuerdo a la imagen, en el momento que se desea 
calentar se cierran los interruptores de color rojo (S1, S3, S6 y S8) y la corriente 
eléctrica va de izquierda a derecha a través de los módulos. Para enfriar, se cierran los 
interruptores de color azul (S2, S4, S5  S7) y la corriente fluye en sentido contrario. Al 
momento de diseñar el programa de control nunca debe permitirse que ambos 
interruptores rojos y azules se cierren al mismo instante, esto causaría corto circuito en 
las fuentes. [24] 
 
 
 
 
 
 
 
 
                    
Fig.3.3 Diagrama de conexión eléctrica de dos dispositivos Peltier. 
 
Una nota de suma importancia que se da en el caso del controlador de tres 
elementos Peltier y que es válida para dos también, es prevenir el sobrecalentamiento 
de la pila de termoeléctricos manteniendo una diferencia entre los valores de tensión 
Vhi y Vlo, siendo Vhi > Vlo. 
 
3.2.1.  PLANTEAMIENTO GENERAL DEL SISTEMA 
El desarrollo del controlador de temperatura basado en dispositivo Peltier 
comprende de distintas etapas las cuales son: la etapa de regulación de voltaje, 
seguido por la etapa de control de potencia y la etapa del módulo de control digital. 
La primera etapa es de gran importancia, pues al encargarse esta de graduar la 
potencia de trabajo para los dispositivos Peltier, será posible cubrir el rango de 
temperatura deseado.  Esta fase es sumamente necesaria, pues estos elementos 
S6 
S5
S8 
S7
S2 
S1 
S4 
S3 
DISIPADOR 
Psuperior 
Pinferior 
VHI 
VHI VLOW 
VLOW 
GND 
GND 
GND 
GND 
Sensor Temperatura 
32 
 
termoeléctricos variarán su capacidad de transferencia de calor entre sus caras de 
acuerdo al voltaje y corriente suministrados. 
El circuito de control de potencia Peltier será el intermediario entre el control digital 
dado por el programa y este actuador (disp. Peltier).  Esta etapa permitirá direccionar el 
sentido de la corriente a través del dispositivo termoeléctrico y de este modo, alternar 
entre calentar o enfriar el interior de la cámara ambiental. 
Finalmente, para el control digital de temperatura se elaborará un módulo de control, 
que a través de una interfaz reciba los parámetros de trabajo ingresados por el usuario 
que definirán el rango de temperatura extremas y tiempo del ciclo para la realización de 
la prueba. 
 
3.2.2. ETAPAS DEL SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA BASADO EN 
DISPOSITIVOS PELTIER 
Como fue descrito anteriormente, este proyecto consta principalmente de tres 
etapas: una encargada de suministrar la potencia necesaria a los dispositivos Peltier, la 
siguiente es el controlador de los dispositivos y finalmente, un programa que junto con 
el sensor de temperatura dirigirán todo el proceso. 
 
 
Fig.3.4 Esquema del sistema de control de temperatura 
33 
 
3.3. DISEÑO DE LAS ETAPAS DEL SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA 
BASADO EN DISPOSITIVOS PELTIER  
3.3.1. REGULADOR DE VOLTAJE PARA ALTAS CORRIENTES 
Una de las razones para realizar una cámara ambiental  en el instituto de 
Radioastronomía de esta universidad, pruebas es el bajo costo que implica su  
elaboración comparado con el precio de las cámaras convencionales.  Es por ello que, 
con el afán de no redundar en mayores gastos, se han utilizado y reutilizado partes con 
las que se contaban en el INRAS, tanto para elaborar la estructura mecánica como la 
parte eléctrica. 
Para suministrar energía a los dispositivos termoeléctricos se cuenta con fuentes de 
alimentación extraídas de servidores IBM en desuso.  Cada una de estas fuentes 
entrega 12V @ 16A, con lo cual colocadas dos en serie es posible entregar una 
potencia cercana a la potencia máxima de los actuadores (ver fig.2.13).  Sin embargo, 
lo que se desea es disponer de todo el rango de trabajo del Peltier  no sólo de una 
línea, como se observa en la imagen de la hoja de datos del modelo seleccionado. 
 
Fig.3.5 Curvas de trabajo de Peltier VT-199-1.4-1.15 Tetechnology,Inc. [23] 
Debemos considerar también al momento de elegir el regulador de voltaje,  que a 
pesar de no contarse hoy con fuentes más potentes necesarias para que los Peltier 
trabajen al límite, es probable que un futuro se las adquiera.  
Será entonces prudente diseñar un regulador de voltaje que nos permita regular  
valores de tensión dentro del rango [0, 24.1] V - según la hoja de especificaciones del 
34 
 
termoeléctrico Peltier - o por encima de 24.1V, en el caso de cambiar a un dispositivos 
de mayor potencia.  
Por este motivo se eligió el regulador de voltaje LM317 que cumple con los 
requerimientos del rango de tensión según su hoja de especificaciones, además de ser 
un dispositivo comercial comúnmente usado para este fin. 
La condición principal de trabajo de este regulador según su hoja de 
especificaciones es la siguiente:  
3V≤ Vin – Vout ≤ 40V 
10mA ≤ Iout ≤ Imax 
Imax = 1.5 A 
Entonces, utilizando las fuentes de 12 VDC 16A con las que se cuenta, conectadas 
2 en serie, el voltaje a la entrada del regulador será Vin= 24V y el voltaje máximo a su 
salida será Vout = 21V.   
Además, se observa que este regulador de voltaje solo podrá otorgar 1.5 A como 
máximo, por lo cual será necesario utilizar un elemento que permita transmitir la 
corriente de entrada hacia el punto de salida, de tal forma que se siga controlando el 
voltaje en este punto y además se entregue corriente suficiente a la carga. 
Para ello se ha tomando como referencia un esquema de un circuito regulador de 
voltaje para altas corrientes obtenido de la hoja de datos del mismo regulador LM317. 
Analizando la configuración, vemos que se dispone de una configuración tipo 
Darlington donde el transistor tipo PNP al ser saturado con una pequeña corriente en 
su base, permite la conducción a través del transistor NPN de potencia. 
Para este diseño se utilizará un transistor NPN de potencia de código MJ802 que 
soporta hasta 30 A de corriente a través de su colector, esto es mucho más de lo que 
exigirá la carga- disp. Peltier- de esta forma aseguramos que la fuente reguladora de 
voltaje permita al módulo termoeléctrico operar en sus condiciones extremas (11.3 A).  
Para activarlo se utilizará el transistor tipo PNP TIP32 que brindará corriente suficiente 
a la base del MJ802 para que este pueda trabajar en la región activa (ver Fig. 3.6). 
35 
 
IN
1
OUT
2
GND
0
LM317
5K
120
600
D1
10uF
47uF
10uF
22
TIP32
1K
500
MJ802
Vin Vout
 
Fig. 3.6 Diagrama esquemático del circuito regulador de voltaje DC para 30 A. 
 
Cuadro 3.1. Características eléctricas y térmicas del transistor de potencia MJ802. 
 
Algo importante para la elección de este transistor es su capacidad de disipación de 
potencia. Considerando que la entrada del regulador de voltaje es la máxima Vin =  24 
y la salida de él es Vout=21V, existe una diferencia de tensión en el transistor  MJ802 
de 3V. En este caso el dispositivo Peltier consumirá según sus curvas de trabajo 
36 
 
aproximadamente 10 A que son suministrados en su mayoría por el transistor de 
potencia.  
Vin – Vout = 3V 
Iout = 10 A 
P= Iout x ΔV 
P= 10 A x 3 V  
P= 30W 
Haciendo un pequeño cálculo para aproximar la potencia de disipación del transistor 
MJ802 cuando la corriente por el termoeléctrico es máxima, vemos que la potencia es 
menor a la potencia máxima de disipación del transistor PD=200W según su hoja de 
especificaciones. (Cuadro 3.1)  
Pero analizando el caso cuando el voltaje de salida es menor Vout=12V y la carga 
consume Iout = 6 A, la potencia se incrementa notablemente, pero aún así esta se 
encuentra dentro de las permisiones del transistor. 
Vin – Vout = 12V 
Iout = 6 A 
P= Iout x ΔV 
P= 6 A x 12 V  
P= 72W 
Con estas consideraciones vemos que es viable utilizar el transistor de potencia de 
código MJ802 para entregar la corriente requerida por el dispositivo Peltier en 
cualquiera de sus modos de operación siempre y cuando el valor de tensión a la 
entrada de este regulador sea cercano al voltaje máximo posible para la carga, con la 
finalidad de no incrementar la diferencia ߂V y del mismo modo la potencia disipada por  
el transistor. 
37 
 
3.3.2.  CIRCUITO DE CONTROL DE POTENCIA 
Regular los instantes en que se suministra energía a los dispositivos Peltier es a su 
vez controlar el modo de operación de los mismos, calentar o enfriar, como se 
describió en el principio de operación del controlador de temperatura.  El propósito de 
este circuito es poder dirigir el sentido de la corriente eléctrica sobre los módulos 
termoeléctricos, por esta razón se utilizará la configuración de puentes H para cada 
uno.  
Para realizar esta configuración se propone utilizar un modelo modificado de puente 
H basado en transistores de potencia MOSFET como se muestra en la figura 3.7. Este 
circuito es aplicable para un diseño mecánico que disponga de uno, dos o más 
dispositivos Peltier en serie. 
 
 
Fig.3.7 Diagrama esquemático del circuito del puente H modificado. 
 
 Como se observa en la imagen, este puente H permite alternar la alimentación del 
módulo termoeléctrico entre dos valores de tensión Vhi y Vlow con la finalidad de no 
sobrecargar al siguiente módulo en el caso de un arreglo de dispositivos Peltier en 
serie. Si solo ha de utilizarse uno, puede trabajarse ambas entradas a una misma 
tensión o si se desea tener diferentes respuestas al calentar como al enfriar se puede 
seguir usando los dos terminales. 
38 
 
Las señales de control que activan los modos de enfriamiento o calentamiento sobre 
el módulo termoeléctrico se muestran en los extremos derecho e izquierdo del circuito. 
Estas serán activadas solo una a la vez por el microcontrolador.  Es de esta manera 
que el puente H es el medio de conexión entre el control digital y el actuador o 
dispositivo Peltier.  
Para transmitir la señal de control proveniente del microcontrolador al circuito de 
control es recomendable utilizar optoacopladores con la finalidad de separar 
eléctricamente las etapas de control digital de la etapa de control de potencia y así, 
adaptar estas a señales con niveles más altos. 
Cada señal de control al ser activa saturará a un optoacoplador de código 4N35, los 
cuales se encuentran con facilidad en el mercado y además son de bajo costo. El 
circuito que determina la corriente por el emisor óptico pertenece a la tarjeta del circuito 
controlador, la cual será descrita posteriormente; sin embargo, es importante nombrarlo 
ahora, pues complementará el análisis. 
 
 
Fig.3.8 Circuito adaptador de la señal de control al puente H. 
 
La señal eléctrica de control proveniente del microcontrolador ATMega8 es negada 
por la compuerta NAND 74LS00, la cual lo fija a tierra al momento de emitirse. De esta  
forma, al cerrar el circuito se activa el LED emisor del optoacoplador y además 
enciende un LED indicador del modo que está operándose. Asumiendo que la caída de 
tensiones en cada uno de estos es 1.2 V  se obtiene: 
39 
 
Vcc – VLED – VF -  IFxRF = 0 
5 – 1.2 – 1.2  - IFx330 = 0 
IF ≈ 7.8 mA 
Siendo así, la salida del optoacoplador queda limitada a una corriente Ic aproximada 
a 9mA de acuerdo a su curva característica con lo cual la tensión entre su Colector y 
Emisor se aproximaría a 0.5V. Se observa en el diagrama del circuito (figura 3.8) que la 
disposición del optoacoplador 4N35 y el transistor NPN de código 2N2222 es de una 
configuración Darlington con lo cual el primero satura al segundo con una pequeña 
corriente de Colector y de esta forma el segundo, el transistor 2N2222, activa al 
transistor de potencia MOSFET canal P.  
Para este circuito se ha optado por utilizar transistores MOSFET ya que son 
dispositivos que permiten conmutar grandes corrientes, además de activarse por  
diferencia de tensión entre su Compuerta y el Surtidor y no por corriente. 
Según la disposición del circuito mostrada en la imagen (fig.3.7), las señales de 
control necesitarán generar un voltaje bajo en la Compuerta del MOSFET canal P para 
dispararlo.  Se seleccionaron los transistores MOSFET IRF9540, canal P, e IRF540, 
canal N, cuyas características satisfacen las condiciones impuestas por el actuador o 
dispositivo Peltier, es decir, ambos soportan como máximo hasta 23 A de corriente a 
través del Drenador y 100V como diferencia de tensión entre Drenador y Surtidor, 
según hoja de especificaciones. 
Al emitirse la señal de control en la compuerta correspondiente del microcontrolador, 
ocurrirá la secuencia descrita: la señal de control es transmitida al circuito de puente H 
gracias al optoacoplador que satura al transistor 2N2222 provocando una tensión baja 
en la Compuerta del  transistor MOSFET IRF9540, -2V > VGS> -4V, activándolo.   
Inmeditamente al dispararse el MOSFET canal P, el MOSFET de canal N cuya 
Compuerta está conectada a la salida del Drenador del mencionado previamente, es 
activado, completando de esta forma la ruta por donde circulará la corriente a través 
del dispositivo Peltier.  
 
40 
 
3.3.3.  DISEÑO DEL MÓDULO DE CONTROL DIGITAL 
Luego de la etapa de potencia es necesaria una etapa de control  que dirija el 
trabajo del conjunto, esto es principalmente, el direccionamiento del flujo de calor a 
través de los dispositivos Peltier controlando los puentes H según el algoritmo de 
control con el que se realizará la prueba. 
Como se mencionó en el principio de operación del sistema controlador de 
temperatura basado en dispositivos Peltier, los parámetros que regirán la prueba 
deberán ser ingresados por el usuario, de ahí la necesidad de contar con un medio de 
comunicación entre la persona y el programa. 
 Para ser posible el control de temperatura se debe utilizar un sensor de 
temperatura que dé la señal de retroalimentación al sistema, de tal manera que informe 
el estado actual sobre la placa de conducción y participe en el algoritmo de control. 
Además se contará con un display LCD donde el usuario podrá visualizar la 
temperatura sensada durante la prueba. 
También será necesario, por medidas de prevención, contar con un sensor de flujo 
que compruebe que el ventilador de disipación se encuentre en funcionamiento y así 
garantizar la diferencia de temperaturas en las caras de los termoeléctricos. 
En caso de ocurrir un imprevisto durante la prueba, debe existir la posibilidad de 
detenerla y luego retomarla del modo deseado, calentando o enfriarlo, o simplemente 
reiniciar el proceso completo o concluir la prueba. 
 
3.3.3.1. DISEÑO DEL HARDWARE 
MICROCONTROLADOR ATMEGA8 
Para el análisis de la información recibida tanto por el usuario como por los 
sensores, se recurrirá a un mircrocontrolador, el cual finalmente de acuerdo a la lógica 
del programa tendrá la capacidad de decisión sobre el sistema. 
 Por este motivo se utilizará el micro-controlador ATMega8 por contar con periféricos 
que permiten la interacción tanto con el sistema a controlar, como con el usuario. Los 
41 
 
periféricos requeridos por el sistema son: el conversor análogo-digital (ADC) de 10 bits 
a través del cual se realizará la lectura del sensor de temperatura; el puerto serial para 
la adquisición de parámetros de trabajo ingresados por el usuario; temporizador para el 
conteo del tiempo de estabilización; interrupción externa para detener la prueba. 
En el caso de la comunicación serial se utilizará el circuito integrado MAX-232 el 
cual permitirá la transmisión y recepción de datos entre el microcontrolador y la 
computadora a través del puerto serial,  gracias a su capacidad de conversión de 
niveles TTL/CMOS a EIA-232. 
 
Fig.3.9 Diagrama de bloques del microcontrolador ATMega8 
42 
 
SENSOR DE TEMPERATURA 
Para obtener la señal temperatura que realimente al sistema de control, se eligió el 
sensor de temperatura LM35 por ser un dispositivo cuyo rango de trabajo cubre los 
requerimientos de esta prueba, además, es de bajo costo y  se encuentra con facilidad 
en nuestro mercado, importante en caso de falla del mismo. 
Las características más importantes del sensor de temperatura LM35 son: 
 Sensor lineal calibrado directamente en grados Celsius. 
 Lineal + 10.0 mV/°C. 
 Rango de trabajo: [-55; 150] °C. 
 Baja impedancia de salida, 0.1 Ω a 1 mA de carga. 
 
Una característica muy importante de este sensor es en cuanto a su funcionamiento, 
pues de acuerdo a su configuración, este entrega voltajes negativos para temperaturas 
negativas, como se aprecia en la imagen extraída de la hoja de datos del mismo. 
 
 
Fig.3.10  Rango completo del sensor de temperatura Celsius LM35.  
 
Sabemos que el rango de temperatura del sensor es de -55°C a 150°C, lo que es 
igual a 250°C de variación.  También de la hoja de datos podemos deducir que el 
rango de voltajes  ΔVout  es de 2050mV.  Siendo así, es preciso adecuar la señal de 
salida del sensor para que pueda ser procesada por el conversor análogo digital del 
microcontrolador  ATMega8.  Para ello se diseñará un circuito de adaptación que 
43 
 
sumará una tensión determinada a la salida del sensor de temperatura para eliminar 
los valores negativos de voltaje.  Si consideramos este valor 550mV, tendríamos:  
 
Antes:      
          Vout = 0 mV + 10 mV/°C xT                  ;  T: temperatura en Celsius. 
 
 
Luego del circuito de adaptación: 
      
                       Vout = 550 mV + 10 mV/°C xT 
 
 
Fig.3.11 Nueva escala de tensiones después de sumar 550mV al rango inicial. 
 
 
CIRCUITO DE ACONDICIONAMIENTO DEL SENSOR DE TEMPERATURA 
Para desplazar la escala de valores de tensión se utilizó principalmente dos 
configuraciones de amplificadores operacionales (OPAMP): seguidor de voltaje y 
sumador no inversor.  
El circuito propuesto para acondicionar la señal de temperatura proveniente del 
sensor LM35 se muestra en la imagen a continuación.  
 
44 
 
 
Fig. 3.12 Circuito de acondicionamiento para el sensor de temperatura  
 
Las siguientes ecuaciones describen el diseño de la etapa del circuito de 
acondicionamiento para el sensor de temperatura: 
Conf. OPAMP seguidor:                                        (ec.1) 
    Conf. OPAMP sumador:                               (ec.2) 
                                     (ec.3) 
Resolviendo (ec.2) y (ec.3) se obtiene: 
                (ec.4) 
       (ec.5) 
Siendo    , reemplazando (ec.5) en (ec.4 ) comprobamos que el circuito 
cumple con la finalidad de sumar una tensión V2 al voltaje recibido por el sensor de 
temperatura, V1. 
            (ec.6) 
Vout  V1 
V2 
V0 V+ 
V‐ 
45 
 
De esta forma el desplazamiento de tensión V2 que se le aplica a la señal de 
temperatura sensada, V1, debe ser complementado con un desplazamiento digital en el 
programa del controlador del sistema.  
En la fig. 3.12, el potenciómetro de 1K Ω es el que debe ser regulado para realizar el 
desplazamiento en la escala de tensiones correspondientes a la temperatura sensada 
y como se mencionó anteriormente, este debe ser mayor a 550mV para evitar valores 
de voltaje negativos que no son aceptados por el convertidor análogo digital del 
microcontrolador ATMega8. Debemos resaltar que la calibración del sensor debe 
hacerse digitalmente y no utilizando este circuito de adaptación. 
 
 
SENSOR DE FLUJO DE AIRE 
Se ha dispuesto de un pequeño ventilador de computadora para comprobar que el 
ventilador, encargado de disipar el calor emitido por el módulo Peltier, se encuentra 
operando.  El funcionamiento de este dispositivo es sencillo, pues cuando el viento  
gira sus paletas se induce una tensión mayor a 0.6V entre los extremos de su pequeño 
motor.  Para comprobar que este ventilador se encuentra girando, la tensión inducida 
es comparada con un valor de tensión de 0.5V el cual es regulado a través de un 
potenciómetro de precisión.  El circuito encargado de esta comparación es el mostrado 
a continuación. 
 
Fig. 3.13 Circuito de verificación de flujo de aire. 
 
46 
 
PANTALLA LCD 2x16 CARACTERES 
Durante la realización de la prueba en la cámara ambiental, es necesario que el 
usuario pueda tener conocimiento de la temperatura actual sensada en cada instante 
por el sensor LM35 ubicado en la superficie de conducción.  Con este requerimiento, 
se vio conveniente la utilización de una pantalla LCD la cual mostrará la temperatura 
actual, de tal forma que el usuario pueda verificar las condiciones térmicas del 
momento dentro de la cámara ambiental.  
 
Fig.3.14  Display LCD utilizado para visualizar al temperatura actual 
 
3.3.3.2. DISEÑO DEL SOFTWARE 
El algoritmo del programa se diseñó para cumplir con los principios de operación del 
sistema expuestos al inicio de este capítulo y ha sido implementado en base al 
microcontrolador ATMega8. 
Al inicio del programa se ejecutarán las configuraciones de los puertos de entrada y 
salida, así como también los periféricos necesarios para poder interactuar con el resto 
del sistema, los cuales son el periférico de comunicación serial, el conversor análogo 
digital, el  temporizador y el de  interrupción externa. Además, para poder visualizar la 
temperatura actual sensada dentro de la cámara ambiental, se realizarán las 
configuraciones que permitan el uso de un del display LCD . 
 
47 
 
Luego, dentro el programa principal, gracias a la comunicación serial y a la interfaz 
del programa Hyperterminal, se pedirá al usuario ingresar los parámetros con los 
cuales desea regirse la prueba y el modo en el que se desea empezar: calentar o 
enfriar.  
Los modos de calentar como enfriar son complementarios, uno va seguido del otro, 
de tal forma que pueda generarse una onda escalonada de temperatura en la 
superficie de placa de conducción en contacto con el dispositivo Peltier como se 
describió en el principio del controlador de temperatura.  
Se contará con una subrutina de interrupción que permitirá detener la prueba en 
caso de emergencia y dará la opción de elegir entre retomar la prueba, reiniciarla o 
terminarla. 
Para mayor detalle sobre las configuraciones realizadas en la programación, revisar 
anexos Software. Los siguientes diagramas de flujo describen el funcionamiento del 
programa controlador del sistema. 
 
 
Fig.3.15 Diagrama de flujo del Inicio del programa  
48 
 
Abrir Puente H
INTERRUPCIÓN
Desea:
1.Enfriar
2. Calentar
3.Reiniciar el programa
4. Terminar prueba
FIN
 
Fig.3.16 Diagrama de flujo de subrutina de interrupción 
 
 
Fig. 3.17 Diagrama de flujo del programa en el modo Calentar 
49 
 
Encender 
Ventilador
Iniciar conversión 
ADC
¿Fin de 
conversión?
Leer Tact y 
mostrar en LCD
Tfinal= Tact + dT
¿Tfinal > 
Tmin?
Empezar a 
enfriar
Iniciar 
conversión 
ADC
¿Fin de 
conversión?
Leer Tact y 
mostrar en LCD
¿Tact < 
Tfinal?
Dejar de 
enfriar
Esperar tiempo de 
establecimiento 
test
¿Flujo de 
aire?
Mostrar alerta de 
ventilador apagado
ENFRIAR
CALENTAR
 
Fig.3.18 Diagrama de flujo del programa en el modo Enfriar 
 
 
 
 
 
 
50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3.19 Diagrama esquemático del módulo de control digital 
51 
 
 
Capítulo 4 
PRUEBAS Y RESULTADOS 
 
4.1. PRUEBAS DEL SISTEMA 
El siguiente capítulo tiene por finalidad verificar el correcto funcionamiento de cada 
circuito propuesto en la etapa de diseño.  Es con la implementación que se confronta la 
respuesta del modelo teórico con el modelo real, lo cual permite tomar las medidas 
correctivas en caso de error o para mejorar el desempeño del sistema. 
 
4.1.1. PRUEBAS DE LOS SUBSISTEMAS 
CONSIDERACIONES PREVIAS 
 Para las pruebas preliminares de las etapas que conforman el control y 
regulación del suministro de energía de los dispositivos Peltier, se utilizó una 
resistencia de 2Ω, 100W, en lugar del módulo termoeléctrico por practicidad. 
Sin embargo, el consumo de corriente eléctrica de esta resistencia se 
aproxima al exigido por un dispositivo Peltier. 
 Si bien el circuito de control de los dispositivos Peltier- Puente H modificado - 
ha sido diseñado para trabajar con dos valores de tensión Vhi y Vlow, para  
las pruebas se han unido ambas entradas pues solo se contará con una 
carga y no será necesario disponer de dos tensiones Vhi y Vlow como se 
describió en el capítulo anterior para el caso de dos dispositivos Peltier en 
serie. 
 
 
52 
 
4.1.1.1. IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO REGULADOR DE VOLTAJE 
En la implementación de esta etapa se fueron haciendo mejoras a un circuito base 
con el que se inicio el modelo de regulador de voltaje, llegando finalmente a 
desarrollarse el circuito mostrado en el capítulo previo.  
En la figura 4.1 se muestra el diseño del circuito impreso del circuito final del 
regulador de voltaje cuyo correcto funcionamiento es respaldado por las pruebas 
llevadas a cabo durante su implementación. 
 
Fig. 4.1 Circuito impreso del regulador de tensión 
 
Para llevar a cabo esta prueba y comprobar la capacidad de transmisión de 
corriente por el regulador de voltaje se utilizó una resistencia de 2Ω, 100W como se 
mencionó anteriormente. 
El suministro de energía lo dieron dos fuentes de tensión continua dispuestas en 
serie, de tal forma que otorgaran como máximo 24 VDC @ 16 A.  
 
53 
 
  
Fig. 4.2 Circuito regulador de voltaje con una carga de 2Ω 
 
Se realizó un pequeño cálculo para conocer la máxima tensión y corriente que se le 
podía aplicar a la resistencia y así definir el límite del rango a regular con el circuito. 
V2/R = P 
V2/2 = 100 W 
V= 14.14 V 
 
I2xR = P 
I2 x 2 = 100 W 
I = 7.07 A 
Siendo así, el límite de tensión para esta prueba fue 14V  y la máxima corriente 
entregada 7 A. 
 
54 
 
Los resultados fueron estos: 
 Prueba sin carga:  
o Siendo 24V la tensión entregada por las fuentes, logró regularse 
dentro del rango [  2 ; 22 ] V. 
 Prueba con carga de 2Ω: 
o Antes de conectar la carga, se reguló la tensión a dos valores y la 
respuesta para cada uno fue la siguiente: 
 
Tensión sin carga (V) Tensión con carga (V) 
10.6 10.6 
13.2 13.2 
 
Con estas pruebas se comprobó la capacidad del circuito de regular la energía 
suministrada a la salida de este. Además, esta experiencia nos informó sobre la 
fiabilidad de las fuentes de servidores utilizadas para la prueba, pues se mantuvo el 
voltaje a pesar de que se le exigió mayor corriente. 
 
 
 
 
55 
 
 
Fig.4.3 Pruebas del circuito regulador de tensión 
 
4.1.1.2. IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO DE CONTROL DE POTENCIA 
 En esta prueba se juntaron dos etapas del sistema: el regulador de voltaje y el 
puente H.   
Recordando las consideraciones iniciales, para esta prueba solo se utilizará una 
carga y un solo voltaje para ambos modos de operación.  Debemos recordar que los 
modos de operación: calentar y enfriar, guardan relación con el sentido del flujo de 
corriente a través de la carga. 
Se probó el circuito en ambos sentidos y respondió de la siguiente forma para 
ambos casos: 
Tensión sin carga (V) Tensión con carga (V) 
12.93 11.38 
RESISTENCIA 2Ω, 
100 W 
FUENTES  12 VDC 
EN SERIE 
CIRCUITO 
REGULADOR DE 
TENSIÓN 
56 
 
La caída de tensión a la salida al agregar la carga es aproximadamente de 2.6 V y 
se debe a los transistores MOSFET cuya resistencia interna afecta el rendimiento del 
sistema. 
(a) (b)  
Fig. 4.4. Diseño del circuito impreso del puente H modificado (a) e implementación (b) 
 
 
Fig.4.5 Pruebas del circuito de control de potencia alimentado por el regulador de tensión 
 
CONTROL DE 
POTENCIA – PUENTE H 
57 
 
Se mantuvo el circuito en funcionamiento por un tiempo de dos minutos y se notó 
que el transistor de potencia disipaba gran cantidad de calor.  Frente a este hecho se 
optó por poner dos transistores de potencia en paralelo en lugar de uno solo, de tal 
forma que la corriente se dividiera entre los dos y de esta forma evitar que se 
recalentara.  
El regulador de tensión, por otro lado, no se calentó durante el tiempo de la prueba. 
 
Fig. 4.6 Diagrama esquemático del circuito regulador de voltaje DC para 30 A. 
 
4.1.1.3. IMPLEMENTACIÓN DEL MÓDULO DE CONTROL DIGITAL 
 
SOFTWARE 
El programa de control se elaboró utilizando el programa VMLAB el cual brinda las 
herramientas necesarias para realizar simulaciones y verificar la secuencia lógica del 
algoritmo diseñado. Se utilizó el lenguaje ensamblador para la programación de este. 
58 
 
 
Fig.4.7 Simulaciones realizadas en el programa VMLAB 
 
HARDWARE 
Posteriormente, se implementó el circuito impreso correspondiente a este módulo de 
control y se empezó con la etapa de pruebas. 
 
 
 
Fig. 4.8 Diseño del circuito impreso de la tarjeta de control digital e implementación 
59 
 
CONSIDERACIONES: 
 Para simular las variaciones de temperatura se utilizó un potenciómetro en 
lugar del sensor. 
 No se colocó ninguna carga en las salidas de control. 
PRUEBAS: 
Se comprobó la comunicación con la interfaz del usuario a través del puerto serial. 
El desempeño del programa frente a las variaciones de voltaje de entrada  que 
correspondían a temperaturas captadas por el sensor, correspondió a la lógica de 
control. 
Se verificó el correcto funcionamiento de circuitos de acondicionamiento de las 
señales correspondientes al sensor de temperatura y al sensor de flujo de aire.  
 
 
4.1.2. IMPLEMENTACIÓN Y PRUEBAS DEL SISTEMA CONTROLADOR DE 
TEMPERATURA 
Para las pruebas finales del sistema de control de temperatura basado en 
dispositivos Peltier se utilizó un módulo Peltier prestado por el Laboratorio Energía de 
la sección de Ingeniería Mecánica.  
Este equipo consiste en un tanque de aluminio de 10x 20x 25 cm3 de volumen 
donde en el exterior de una de sus caras laterales se encuentra posicionado un 
dispositivo Peltier con su respectivo disipador térmico y ventilador.  
 
60 
 
 
Fig. 4.9 Tanque de aluminio con dispositivo Peltier acoplado  
 
Se debe resaltar que este no es el dispositivo Peltier a utilizarse en la cámara 
ambiental de pruebas para el satélite PUCP-SAT-1, sus características de operación 
son distintas; sin embargo, de igual forma nos permitió verificar la respuesta del 
sistema de control de temperatura diseñado aunque a una menor escala. 
El código de este módulo termoeléctrico es TEC1 12705 y sus características son 
las siguientes: 
 
Vmax 
(VDC) 
Imax 
(A) 
Qmax 
(W) 
DTmax
(°C) 
15.4 4.60 42.0 68 
 
 
61 
 
 
4.1.2.1. PRUEBAS INICIALES 
 
Debido a las características del dispositivo Peltier a manejar en estas pruebas, se 
vio conveniente utilizar solo una fuente de tensión de 12VDC y fijar un voltaje de salida 
de 10VDC a través del circuito regulador de tensión. 
Luego de ser ensambladas todas las etapas correspondientes al sistema 
controlador, se posicionó el sensor de temperatura dentro del tanque en la cara 
opuesta al lugar donde estaba ubicado el dispositivo Peltier.  
 
 
 
Fig.4.10 Ubicación del sensor de temperatura 
 
En la realización de estas primeras pruebas, se varió el programa para omitir el 
tiempo de establecimiento que ocurre luego de determinada variación de temperatura, 
de tal forma que podamos observar el rango de temperatura máxima y mínima que se 
puede obtener con este dispositivo Peltier y el equipo mecánico.  
Este rango fue desde 0°C hasta 50°C ubicando el sensor a la menor distancia del 
dispositivo Peltier, esto es al centro de la cara lateral. 
 
 
62 
 
 
 
 
 
Fig.4.11 Ensamble de las etapas que conforman el controlador de temperatura 
 
Con esta prueba también se comprobó que el sistema de control de temperatura 
alternaba los modos de calentamiento y enfriamiento al lograrse las temperaturas límite  
ingresadas por el usuario a través de la interfaz, lo cual correspondía a la lógica del 
programa de control. 
Luego de verificar la concordancia de la respuesta del sistema con la lógica de 
control, las siguientes pruebas a realizarse fueron usando el tiempo de establecimiento 
activo, con la finalidad de observar cambios escalonados de temperatura en la 
superficie de transmisión.  
Con el sensor de temperatura ubicado en la parte central de la superficie de 
conducción (posición 1), aplicar un tiempo de establecimiento de un minuto fue en 
vano, pues la retención de calor por parte de la superficie de contacto era mínima por 
63 
 
tener menor área y la variación de temperatura alcanzada era perdida durante el 
tiempo de estabilización (Fig. 4.12). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 4.12 Ubicación del sensor de temperatura en la superficie de conducción respecto 
a la posición del dispositivo Petier 
 
Con esta experiencia se optó por alejar  3 cm del centro al sensor de temperatura 
(posición 2) y lograr un mayor volumen que sea capaz de retener calor por más tiempo. 
Ejecutamos la prueba con una variación de temperatura de 3°C por paso y 1 minuto de 
establecimiento.  Los resultados se muestran a continuación. 
 
 
Sensor de 
temperatura 
Superficie de 
conducción 
Superficie de 
conducción 
3cm 
2
1
Sensor de temperatura 
Dispositivo 
Peltier 
Vista Perfil  Vista Frontal 
64 
 
 
 
Fig. 4.13 Curva de temperatura obtenida en la primera prueba. 
 
Ubicando el sensor de temperatura a 3 cm del centro notamos un gran esfuerzo 
para lograr temperaturas altas como bajas, obteniéndose un rango de trabajo  [19; 40] 
°C.  
Notamos también que conforme  se va alcanzando temperaturas mayores, el grado 
de pérdida durante un minuto de establecimiento también es incrementado. 
 
 
4.1.2.2. PRUEBAS FINALES 
 
Con la experiencia previa, decidió trabajarse el tiempo de establecimiento en 
segundos, para evitar que el calor se perdiera a través de toda la superficie del tanque 
de aluminio.  
Esta prueba se realizó con una variación de temperatura de 5°C por paso y 15 
segundos de establecimiento y el sensor de temperatura ubicado a 2 cm del centro. El 
resultado fue positivo, y se muestra en la siguiente imagen. 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
00
:0
0.
0
00
:3
4.
2
01
:3
3.
9
02
:2
6.
6
03
:2
2.
0
04
:1
1.
8
05
:1
1.
9
06
:2
6.
6
07
:2
6.
6
08
:4
0.
3
09
:4
1.
4
11
:1
1.
0
12
:1
1.
0
13
:3
9.
7
14
:4
0.
0
15
:0
9.
5
16
:0
9.
0
17
:0
1.
4
18
:0
1.
3
T (°C)
Tiempo (MM:SS)
Temperatura vs Tiempo
65 
 
 
Fig.4.14 Curva de temperatura obtenida en la prueba final 
 
OBSERVACIONES 
Se observa a través de la curva de temperatura que la pendiente al enfriar es 
pronunciada al inicio de este modo; sin embargo, al cruzar la temperatura del ambiente 
(21°C) esta disminuye. La curva de temperatura descrita demuestra que es posible 
calentar y enfriar este sistema de forma oscilante a través del dispositivo Peltier. 
Con esto, podemos verificar el sistema desarrollado permite tener control sobre los 
dispositivos Peltier y que la respuesta térmica podrá variarse de acuerdo a los 
requerimientos de la prueba a realizar, la cual es programada en el microcontrolador 
ATMega 8 que a través del módulo digital de control dirigirá la rutina. 
El factor que tiene gran repercusión sobre esta prueba viene dado por las 
características de la carga a calentar o enfriar, estas tienen que ver mucho con su 
conductividad térmica y volumen, pues al ser solo posible la transferencia de calor por 
conducción, el tiempo en que llegue la carga a cierta temperatura dependerá mucho de 
esta misma.  De ser así, la temperatura obtenida por el sensor ubicado en la superficie 
de conducción, debería ser contrastada con otras obtenidas por diferentes sensores 
ubicados en distintos puntos de la carga.  
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T (°C)
Tiempo (MM:SS)
Temperatura vs. Tiempo
66 
 
Antes de la prueba se pensó que era posible estimar el tiempo de duración de un 
ciclo de prueba, es decir, que el usuario podía ingresar el tiempo de un ciclo térmico y 
el programa calcularía el tiempo y la variación de temperatura por paso; sin embargo, 
esto no será posible, por depender este tiempo de la carga porque es probable que el 
tiempo necesario sea mayor o menor. 
Otro alcance que obtuvimos al realizar estas pruebas fue la gran importancia de la 
resolución del convertidor análogo digital, pues no solo es necesario conocer el grado 
de temperatura como número entero, es recomendable trabajar también fracciones de 
grado.  
Respecto a la programación, si lo finalmente deseado para las pruebas del satélite 
es obtener una curva escalonada de temperatura, es recomendable trabajar con lazos 
de histéresis en los tiempos de estabilización y considerar tanto minutos como 
segundos para este. Además de esto, se debe tener mucho cuidado al trabajar con las 
funciones de comparación junto con las de condición, pues el resultado de estas 
afectaría la correspondencia entre la variación de temperatura por paso ingresado y lo 
que en la realidad sucede.  
Es recomendable que para pruebas futuras se utilice un sensor de temperatura con 
mayor resolución, además, con empaque metálico y con facilidades para el montaje 
sobre superficies para un mejor sensado de temperatura. 
Por el tiempo de duración de la prueba, los dispositivos de potencia utilizados se 
calientan considerablemente, para ello se sugiere contar además con un sistema de 
ventilación que facilite la disipación de calor de estos. 
 
 
 
 
67 
 
Conclusiones 
 
Del desarrollo del presente trabajo de tesis, se concluye lo siguiente: 
 Se diseñó e implementó con éxito la electrónica necesaria para regular el 
suministro de energía al dispositivo Peltier, así como el circuito controlador de 
potencia que permite variar el sentido de corriente a través de él y el módulo de 
control digital capaz de dirigir, según el programa controlador,  al conjunto 
durante la prueba. 
 
 Se logró integrar satisfactoriamente todas las etapas del sistema, conformando 
un sistema de control de temperatura basado en dispositivos Peltier básico, que 
permite adecuarse a las características de funcionamiento del módulo 
termoeléctrico a controlar. 
 
 Se ha logrado demostrar que es posible realizar una curva de un ciclo térmico 
controlando el sentido de corriente que circula a través de los dispositivos 
Peltier,  lo cual es requerido para el proyecto de desarrollo de una cámara 
ambiental de pruebas para el satélite PUCP-SAT-1 
 
 
 
 
 
 
 
68 
 
Recomendaciones 
 
Con respecto a las fuentes de voltaje continuo, que brindan la potencia necesaria 
para el funcionamiento de los dispositivos Peltier, es recomendable que el valor de 
tensión entregada de estos supere el voltaje máximo de operación de los elementos 
termoeléctricos para que así al regular el voltaje sea posible aprovechar al máximo el 
desempeño de los dispositivos. 
Es recomendable contar con grandes disipadores para los transistores MOSFET de  
la etapa de control de potencia así también para el transistor de potencia en la etapa 
de regulación de voltaje. 
Al ser este sistema de control de temperatura básico basado en dispositivos Peltier ,  
es posible mejorar el desempeño del programa realizando lazos de histéresis para el 
tiempo de establecimiento al final de la variación de temperatura si lo deseado es 
obtener una variación de temperatura aproximada a una curva escalonada.  
Si bien se desarrolló un sistema básico de control de temperatura, es posible 
realizar cambios en la programación que permitan variar el tipo de prueba a realizar 
dependiendo de los requerimientos del proyecto PUCP SAT 1.   
El desempeño de la prueba desarrollada por el programa de control dependerá 
mucho de la respuesta térmica de la estructura mecánica y de la carga, por ello es 
recomendable que las pruebas se realicen finalmente sobre el sistema mecánico final 
que incluye la base de transferencia de calor como la carga a calentar o enfriar.  De 
acuerdo al desempeño se realizarán las medidas correctivas del programa. 
 
 
 
 
69 
 
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[26] URL: SILICONFAREAST http://www.siliconfareast.com/TCT.htm 
[27] CubeSat Design Specification. CubeSat. California Poltechnic State University. 
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