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Generadores termoelctricos

Son generadores de corriente continua de baja potencia sin partes mviles.

Se utilizan para aplicaciones en instalaciones remotas no habitadas.

Generan en base a la combustin de gas natural, gas de boca de pozo o licuado.

IntroduccinEl efecto termoelctrico fue observado por Thomas Seebeck a mediados del siglo XIX.

Cuando se calienta la unin entre dos materiales distintos, se crea una diferencia de potencial en los extremos no calentados (fros) y circula, si se juntan dichos extremos, una corriente elctrica.

Principio de funcionamiento

Un generador termoelctrico convierte directamente calor en electricidad.

El calor induce la circulacin de una corriente elctrica al fluir desde el quemador de gas a travs del mdulo termoelctrico (termopila).

Para generar electricidad mediante el efecto termoelctrico se necesitan un mdulo termoelctrico y una diferencia de temperatura entre ambas caras del mismo.

Dado que la circulacin de corriente tambin genera migracin de calor, las fuentes caliente y fra debern aportar y disipar calor continuamente para mantener esa diferencia.

Principio de funcionamiento

El corazn de los generadores termoelctricos es el mdulo termoelctrico. Se han ensayado e incluso construido generadores con diversas mezclas de materiales semiconductores (con sus correspondientes dopajes P y N), como ser:

antimonio-zincsilicio-germaniobismuto-telurioplomo-estao-telurio

Material y tecnologa del mdulo termoelctrico. Los mdulos de Pb-Sn-Te sellados e inertizados trabajan a mayor temperatura que las termopilas abiertas, con mayor durabilidad (por estar inertizadas), densidad de potencia y eficiencia (debido al mayor salto trmico).

Tecnologas

La figura muestra una termopila de Pb-Sn-Te a medio construir. Genera 120 W a 6.7 V y cuenta con 80 termocuplas (160 elementos). Cada termocupla genera 84 mV, con una corriente de 18 A y con una temperatura de 540C en la cara caliente y 140C en la fra.

Hay sistemas catalticos o de quemador convencional, casi siempre a gas, ya sea natural, licuado o de boca de pozo.

Actualmente alrededor del 95% del mercado mundial se satisface con generadores a quemador convencional (no cataltico) alimentado a gas y termopilas selladas de plomo-estao-telurio.

Quemador vs. calentador cataltico:

El quemador permite desarrollar temperaturas mucho ms altas, presenta una resistencia superior a impurezas en el gas y tiene mayor vida til (hasta 20 aos segn el caso).

Tecnologa de combustin:

Altsima confiabilidad, funcionamiento continuo y en todo clima, sin necesidad de refugios.

Mnimo mantenimiento, tpicamente 1 a 2 horas anuales (no tienen partes mviles).

No requieren mayor calificacin del personal de operacin o mantenimiento.

Larga vida til, de hasta 20 aos sin recambio de componentes importantes, dependiendo de la tecnologa utilizada.

Fcil instalacin, generalmente sin necesidad de equipos de maniobra dado su bajo peso unitario.

Mnimo impacto visual y sonoro.

Costo inicial y operativo comparativamente bajo dentro de cierto rango de potencia.Ventajas

Necesidad de combustible gaseoso, aunque esto en general no es un problema dado el buen servicio de provisin de gas licuado y natural a granel disponible en Mxico.

Costo por watt relativamente alto, si bien en el rango de potencia habitual da un costo inicial competitivo.

Eficiencia relativamente baja, aunque en el rango de potencia habitual da un consumo generalmente moderado.

Desventajas

Se usan en la industria del petrleo y del gas para proteccin catdica, sistemas SCADA y telecomunicaciones.

Las compaas de automviles alemanas Volkswagen y BMW han desarrollado generadores termoelctricos(GTE) que recuperan el gasto de calor de una mquina de combustin.

Segn un informe del Profesor Rowe de la Universidad de Wales en la Sociedad Termoelctrica Internacional, Volkswagen afirma 600W de salida del GTE en condicin de conduccin en autopista.

La electricidad producida por el GTE es cerca del 30% de la electricidad requerido por el auto, obteniendo una carga mecnica reducida(alternador) y una reduccin en el consumo de combustible de ms del 5%.

BMW y DLR (Centro aeroespacial alemn) han desarrollado tambin un generador termoelctrico impulsado por el tubo de escape que alcanza un mximo de 200 W y se ha usado exitosamente por ms de uso 12000 km en carretera.

Sondas espaciales en el exterior del sistema solar hacen uso del efecto en generadores termoelctricos radioisotpicos para generacin de electricidad.

Aplicaciones Los generadores termoelctricos son una alternativa sencilla, altamente confiable y econmicamente conveniente para solucionar el problema de la alimentacin elctrica de cargas de hasta 2000 W en reas remotas adems de ser efectivos recuperadores captadores de energa.Concluciones