Generador termoeléctrico funcionamiento
Construcción de generadores termoeléctricos
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Un generador termoeléctrico (TEG), también llamado generador Seebeck, es un dispositivo de estado sólido que convierte el flujo de calor (diferencias de temperatura) directamente en energía eléctrica mediante un fenómeno llamado efecto Seebeck[1] (una forma de efecto termoeléctrico). Los generadores termoeléctricos funcionan como los motores térmicos, pero son menos voluminosos y no tienen piezas móviles. Sin embargo, los TEG suelen ser más caros y menos eficientes[2].
Los generadores termoeléctricos podrían utilizarse en centrales eléctricas para convertir el calor residual en energía eléctrica adicional y en automóviles como generadores termoeléctricos de automoción (GTA) para aumentar la eficiencia del combustible. Los generadores termoeléctricos radioisotópicos utilizan radioisótopos para generar la diferencia de temperatura necesaria para alimentar sondas espaciales[2].
En 1821, Thomas Johann Seebeck descubrió que un gradiente térmico formado entre dos materiales conductores diferentes (tiene propiedad electromagnética) puede producir electricidad[3][4] En el corazón del efecto termoeléctrico está el hecho de que un gradiente de temperatura en un material conductor da lugar a un flujo de calor; esto provoca la difusión de portadores de carga. El flujo de portadores de carga entre las regiones caliente y fría crea a su vez una diferencia de tensión. En 1834, Jean Charles Athanase Peltier descubrió el efecto inverso, es decir, que el paso de una corriente eléctrica a través de la unión de dos conductores distintos podía, dependiendo de la dirección de la corriente, hacer que actuara como calentador o enfriador[5].
Ventajas e inconvenientes del generador termoeléctrico
La captación de energía representa la energía derivada de fuentes ambientales que se extrae y se convierte directamente en energía eléctrica. Esta forma de suministrar energía se utiliza además cuando no se dispone de otra fuente de energía (uso fuera de la red) para alimentar dispositivos electrónicos de pequeño y mediano tamaño, así como sistemas eléctricos, con potencias desde nW hasta cientos de mW [1, 2]. En general, la captación de energía se refiere a un entorno con fuentes de energía ambientales regulares y bien evaluadas. La recolección de energía se aplica cuando existe una correspondencia entre la energía disponible y la energía necesaria.
Los cosechadores de energía más utilizados son: cosechador térmico basado en el efecto termoeléctrico; cosechador de luz basado en el efecto fotoeléctrico; cosechador electromagnético basado en la inducción; cosechador químico basado en diferentes reacciones en las superficies de los electrodos; cosechador piezoeléctrico basado en vibraciones mecánicas o en el movimiento humano (que convierte la presión o la tensión en electricidad); cosechador de radiofrecuencia (RF) (que capta la radiación de radiofrecuencia ambiental).
Eficacia del generador termoeléctrico
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) suministran energía eléctrica a las naves espaciales convirtiendo en electricidad el calor generado por la desintegración del combustible de plutonio-238 (Pu-238) mediante unos dispositivos llamados termopares. Dado que no tienen piezas móviles que puedan fallar o desgastarse, los RTG se han considerado históricamente como una opción energética muy fiable. Los termopares se han utilizado en las RTG durante más de 300 años y ni uno solo de ellos ha dejado de producir energía.
Los termopares son habituales en artículos cotidianos que deben controlar o regular su temperatura, como aires acondicionados, frigoríficos y termómetros médicos. El principio de un termopar consiste en dos placas, cada una de ellas de un metal diferente que conduce la electricidad. La unión de estas dos placas para formar un circuito eléctrico cerrado, manteniendo las dos uniones a temperaturas diferentes, produce una corriente eléctrica. Cada uno de estos pares de uniones forma un termopar individual. En un RTG, el combustible radioisotópico calienta una de estas uniones mientras que la otra unión permanece sin calentar y es enfriada por el entorno espacial o una atmósfera planetaria.
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Los generadores termoeléctricos de combustible gaseoso (GTEG) son fuentes de energía eléctrica de corriente continua autónomas, de bajo coste de posesión y mantenimiento y extremadamente fiables, que funcionan con combustión de gas natural, propano o mezcla de propano y butano. La termoelectricidad permite convertir directamente la energía térmica de la combustión de gas en energía eléctrica. Esta tecnología de estado sólido no requiere piezas mecánicas móviles y no provoca desgaste mecánico. Se puede aplicar en cualquier lugar remoto en el que no se disponga de líneas eléctricas de corriente alterna tradicionales y en el que haya presencia de combustible gaseoso. En la actualidad, los GTEG alimentan: – equipos de protección catódica de gasoductos, pozos, plataformas marinas, objetos críticos de la infraestructura de petróleo y gas según los requisitos de las normas NACE; – medidores de consumo, detectores de gas, equipos de recopilación y transmisión de datos para supervisión y control remoto. El núcleo de los GTEG es un módulo termoeléctrico herméticamente encapsulado que contiene un conjunto de elementos semiconductores termoeléctricos de temperatura media. Creados originalmente para aplicaciones espaciales, los módulos termoeléctricos de temperatura media garantizan la máxima fiabilidad y eficiencia en el campo de los dispositivos termoeléctricos.