Considerando fallos en los sensores para un enfriador termoeléctrico actuado por dispositivos Peltier, este trabajo propone un controlador tolerante a fallos no lineal robusto basado en operadores (FTC) integrado con detección temprana de fallos utilizando una máquina de soporte vectorial (SVM). En primer lugar, se formula un modelo físico basado en la ley de transferencia de calor, y el modelo estimado se deriva a partir de la identificación de Volterra. Luego, se emplea un sistema de control no lineal robusto basado en operadores para compensar las incertidumbres y eliminar los efectos del acoplamiento. Además, se diseña un FTC integrado con detección temprana de fallos basada en SVM para mejorar el rendimiento de seguridad en caso de fallos en los sensores. Los resultados de la simulación indican que la detección de fallos basada en SVM puede acortar el tiempo de detección en comparación con el método convencional sin el clasificador SVM. Los resultados del experimento se utilizan para verificar el rendimiento de seguimiento del método FTC propuesto en el estudio de caso.