En el año 1821, un científico famoso llamado Johann Seebeck revivió el concepto de gradiente térmico que se desarrolla entre dos conductores diferentes y esto puede generar electricidad. En relación al efecto termoeléctrico, existe un concepto llamado gradiente de temperatura en la sustancia conductora que produce calor y este resultado en la difusión del portador de carga. Este flujo de calor entre las sustancias calientes y frías se desarrolló Voltaje diferencia. Entonces, este escenario ha descubierto el dispositivo termoeléctrico generador , y hoy, nuestro artículo trata sobre su funcionamiento, ventajas, limitaciones y conceptos relacionados.
¿Qué es un generador termoeléctrico?
Termoeléctrico es el nombre que es la combinación de las palabras eléctrico y termo. Entonces el nombre significa que la térmica corresponde a la energía térmica y la electricidad corresponde a la energía eléctrica. Y los generadores termoeléctricos son los dispositivos que se implementan en la conversión de la diferencia de temperatura que se genera entre las dos secciones en la forma eléctrica de energía . Este es el básico Definición de generador termoeléctrico .
Estos dispositivos dependen de los efectos termoeléctricos que involucran la interfaz que ocurre entre el flujo de calor y la electricidad a través de componentes sólidos.
Construcción
Los generadores termoeléctricos son los dispositivos que son componentes de calor de estado sólido construidos a partir de dos uniones esenciales que son tipo py tipo n. La unión de tipo P tiene una mayor concentración de carga + ve y la unión de tipo n tiene una mayor concentración de elementos cargados -ve.
Los componentes de tipo p están dopados en la condición de tener más portadores o agujeros cargados positivamente, proporcionando así un coeficiente de Seebeck positivo. De manera similar, los componentes de tipo n están dopados para tener más portadores con carga negativa, lo que proporciona un tipo negativo de coeficiente Seeback.
Funcionamiento del generador termoeléctrico
Con el paso de la conexión eléctrica entre las dos uniones, cada portador con carga positiva se mueve hacia la unión n, y el portador con carga negativa similar se mueve hacia la unión p. En el construcción de generador termoeléctrico , el elemento más implementado es el telururo de plomo.
Es el componente que está construido de telurio y plomo que tiene cantidades mínimas de sodio o bismuto. Además de esto, los otros elementos que se utilizan en la construcción de este dispositivo son sulfuro de bismuto, telururo de estaño, telururo de bismuto, arseniuro de indio, telururo de germanio y muchos otros. Con estos materiales, diseño de generador termoeléctrico puede hacerse.
Principio de funcionamiento del generador termoeléctrico
los generador termoeléctrico trabajando depende del efecto Seeback. En este efecto, un bucle que se forma entre los dos metales genera una fem cuando las uniones metálicas se mantienen a varios niveles de temperatura. Debido a este escenario, estos también se denominan generadores de energía Seeback. los diagrama de bloques del generador termoeléctrico se muestra como:
Diagrama de bloques
Generalmente se incluye un generador termoeléctrico con una fuente de calor que se mantiene a valores altos de temperatura y también se incluye un disipador de calor. Aquí, la temperatura del disipador de calor debe ser menor que la de la fuente de calor. El cambio en los valores de temperatura para la fuente de calor y el disipador de calor permite que la corriente fluya a través de la sección de carga.
En este tipo de transformación de energía, no existen conversiones de energía de transición diferentes a los otros tipos de conversión de energía. Debido a esto, se denomina transformación de energía directa. La potencia generada debido a este efecto Seeback es de tipo CC monofásico y se representa como I2RLdonde RL corresponde al valor de resistencia en carga.
La tensión de salida y los valores de potencia se pueden aumentar de dos formas. Una es aumentar la variación de temperatura que se eleva entre los bordes fríos y calientes y la otra es formar una conexión en serie con generadores de energía termoeléctricos.
El voltaje de este dispositivo TEG viene dado por V = αΔ T,
Donde 'α' corresponde al coeficiente Seeback y 'Δ' es la variación de temperatura entre las dos uniones. Con esto, el flujo de corriente viene dado por
Yo = (V / R + RL)
A partir de esto, la ecuación de voltaje es
V = αΔT / R + RL
A partir de esto, el flujo de energía a través de la sección de carga es
P en carga = (αΔT / R + RL)2(RL)
La potencia nominal es mayor cuando R llega a RL, entonces
Pmax = (αΔT)2/ (4R)
Habrá flujo de corriente hasta el momento en que haya suministro de calor al borde caliente y eliminación de calor del borde frío. Y la corriente desarrollada está en forma de CC y se puede transformar en tipo de CA a través de inversores . Los valores de voltaje se pueden aumentar más mediante la implementación de transformadores.
Este tipo de conversión de energía también puede ser reversible cuando la ruta del flujo de energía se puede volver a cambiar. Cuando tanto la potencia de CC como la carga se eliminan de los bordes, entonces el calor puede simplemente retirarse de los generadores termoeléctricos. Entonces, esta es la teoría del generador termoeléctrico detrás de trabajar.
Ecuación de eficiencia del generador termoeléctrico
La eficiencia de este dispositivo se representa como la proporción de potencia generada en la resistencia en la sección de carga al flujo de calor a través de la resistencia de carga. Esta relación se representa como
Eficiencia = (Potencia generada en RL) / (Flujo de calor 'Q')
= (Yo2RL)/Q
Eficiencia = (αΔT / R + RL)2(RL)/Q
Así es como se puede calcular la eficiencia del generador termoeléctrico.
Tipos de generadores termoeléctricos
Según el tamaño del dispositivo TEG, el tipo de fuente de calor y la fuente para el disipador de calor, la capacidad de potencia y el propósito de la aplicación, los TEG se clasifican principalmente en tres tipos y son:
- Generadores de combustibles fósiles
- Generadores de combustible nuclear
- Solar generadores de fuentes
Generadores de combustibles fósiles
Este tipo de generador está diseñado para utilizar queroseno, gas natural, butano, madera, propano y combustibles para aviones como fuentes de calor. Para aplicaciones comerciales, la potencia de salida varía de 10 a 100 vatios. Este tipo de generadores termoeléctricos se emplean en lugares remotos como asistencias de navegación, recolección de información, redes de comunicación y seguridad catódica, por lo que evita la electrólisis al destruir tuberías metálicas y sistemas marinos.
Generadores de combustible nuclear
Los componentes descompuestos de los isótopos radiactivos podrían utilizarse para ofrecer una fuente de calor de temperatura aumentada para los dispositivos TEG. Como estos dispositivos son igualmente sensibles a las emisiones nucleares y el elemento de fuente de calor se puede utilizar durante un largo período, estos generadores termoeléctricos de combustible nuclear se utilizan en aplicaciones remotas.
Generadores de fuentes solares
Los generadores solares termoeléctricos se han empleado con pocos logros para proporcionar energía de tamaño mínimo a las bombas de riego en ubicaciones remotas y áreas subdesarrolladas. Los generadores solares termoeléctricos están construidos para suministrar energía eléctrica a naves espaciales en órbita.
Ventajas y desventajas de los generadores termoeléctricos
los ventajas del generador termoeléctrico son:
- Como todos los componentes utilizados en este dispositivo TEG son de estado sólido, tienen una confiabilidad mejorada
- La gama extrema de fuentes de combustible
- Los dispositivos TEG están diseñados para entregar una potencia que no sea mínima a la de mW y mayor a KW, lo que significa que tienen una gran escalabilidad.
- Estos son dispositivos de transformación de energía directa
- Operado silenciosamente
- Tamaño mínimo
- Estos pueden funcionar incluso en un rango extremo y nulo de fuerzas gravitacionales.
los desventajas del generador termoeléctrico son:
- Estos son un poco caros en comparación con otros tipos de generadores.
- Estos tienen una eficiencia mínima
- Propiedades térmicas mínimas
- Estos dispositivos necesitan más resistencia de salida
Aplicaciones de generadores termoeléctricos
- Para mejorar el rendimiento del combustible de los automóviles, se emplea principalmente el dispositivo TEG. Estos generadores hacen uso del calor que se genera en el momento de la operación del vehículo.
- Seebeck Power Generation se utiliza para proporcionar energía a la nave espacial.
- Los generadores termoeléctricos a implementar proporcionan energía para las estaciones remotas, como sistemas meteorológicos, redes de relés y otros.
Entonces, se trata del concepto detallado de generadores termoeléctricos. En general, dado que los generadores tienen una gran importancia, se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones en muchos dominios. Aparte de estos conceptos relacionados, el otro concepto que debe conocerse claramente aquí es el
