Prototipos de Termogeneradores para Electrificación Aislada

JUANICÓ, L.E.; RINALDE G F; TAGLIALAVORE, E.

Editorial Académica Española Publishing

Lugar: Madrid; Año: 2012 p. 256

978-3-8465-7767-7

En esta tesis se realizó un estudio teórico y experimental tendiente al diseño, construcción y caracterización de prototipos de termogeneradores para generación aislada de electricidad, basados en módulos termoeléctricos de Bi2Te3 asequibles en el mercado abierto. El estudio abarcó el modelado y optimización del diseño mecánico, térmico, eléctrico y electrónico de los prototipos propuestos, prestando especial atención al estudio de las interacciones térmicas y eléctricas de los termoeléctricos. En primera instancia se desarrolló una facilidad experimental que permitió conocer los parámetros operativos (mecánicos, eléctricos y térmicos) de módulos comerciales dentro de un rango de temperaturas de interés, obteniéndose información vital para el futuro modelado de los prototipos que se deseaban desarrollar. Luego se diseñó un modelo térmico completo de parámetros concentrados para un prototipo de termogenerador portátil compuesto de un único modulo termogenerador. Este modelo se validó mediante el diseño, construcción y caracterización experimental de un primer prototipo de termogenerador portátil. Se utilizó este modelo como base para el diseño del sistema de control electrónico autónomo, el cual optimizó la generación eléctrica y aseguró la sobrevida del equipo evitando el sobrecalentamiento del módulo termoeléctrico. Posteriormente se diseñó y construyó un segundo prototipo de escala mayor (una decena de módulos) asistido por un sistema de refrigeración por convección natural de agua en circuito abierto tipo olla. Esto permitió conocer las dificultades mecánicas, termo-mecánicas e hidráulicas resultantes de conformar una termopila basada en un arreglo de módulos y con una interface líquida como refrigerante. Basándose en las lecciones aprendidas con los dos primeros prototipos se diseñó un tercer prototipo de mayor potencia (una veintena de termopilas) basado en un circuito modular de refrigeración por circuito de convección natural de agua, para el mercado petrolero de aplicaciones remotas sin supervisión. Se desarrolló un modelo termo-hidráulico estacionario con el cual se maximizó la generación. Finalmente, utilizando el modelo anterior se extrapoló el desempeño que alcanzaría este último prototipo si se intercambiasen los módulos utilizados por otros de nueva generación muy recientemente aparecidos en el mercado (operando a 380oC), y se optimizó el diseño con estos. Se alcanzaron así desempeños altamente satisfactorios, que permitirían construir equipos comerciales con costos altamente competitivos.