Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
El término termoeléctrico es una combinación de dos palabras termo y eléctrico y, como su nombre lo indica, térmica significa energía térmica y eléctrica significa energía eléctrica . Los generadores de energía termoeléctricos son los dispositivos que se utilizan para convertir la diferencia de temperatura entre dos uniones en energía eléctrica. El funcionamiento de un generador termoeléctrico se basa en el efecto Seebeck . Según el cual, un bucle de dos metales diferentes desarrolla una fem cuando las dos uniones se mantienen a una temperatura diferente. Es por eso que también se conoce como Seebeck Power Generation.. Un generador termoeléctrico consta básicamente de una fuente de calor, que se mantiene a alta temperatura y un disipador de calor, que se mantiene a una temperatura menor que la fuente de calor. La diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el disipador de calor hace que la corriente continua fluya a través de la carga. En este tipo de conversión de energía, no hay conversión de energía intermedia como en el caso de la mayoría de las conversiones, por lo que también se denomina conversión de energía directa.
La energía generada debido a la generación de energía de Seebeck es CC monofásica y está dada por I 2 R L o VI donde R L es la resistencia de carga . El voltaje de salida y la potencia de salida se incrementan aumentando la diferencia de temperatura entre los extremos frío y caliente o conectando varios generadores de energía termoeléctricos en serie. La corriente continuará fluyendo mientras se suministre calor a la unión caliente y se elimine de la unión fría.
Esta corriente producida por la generación de energía termoeléctrica o Seebeck es de CC por naturaleza y se puede convertir en CA mediante el uso de inversores y su nivel de voltaje se puede aumentar aún más mediante el uso de transformadores.. La conversión de energía a través de la generación de energía termoeléctrica o Seebeck es un proceso reversible, es decir, la dirección del flujo de energía se puede invertir. Si quitamos la carga y suministramos energía CC a través de los terminales donde se conectó la carga, el calor se puede extraer fácilmente del generador de energía termoeléctrica .
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Análisis de rendimiento del generador de energía termoeléctrica
Considere un generador de energía termoeléctrica que tiene una fuente de calor en un extremo y un disipador de calor en el otro. La fuente de calor se mantiene a alta temperatura en comparación con el disipador de calor.
Deje que la diferencia de temperatura entre dos uniones sea ΔT. Los lados del dispositivo generador están aislados, por lo que el calor fluye solo a lo largo. El calor aplicado a la unión caliente hace que los electrones en el bloque de tipo ny los orificios en el bloque de tipo p fluyan fuera de la unión térmica y, por lo tanto, produzcan una diferencia de potencial eléctrico . El circuito se completa mediante la conexión de una carga de resistencia , R L . La corriente comenzará a fluir a través de esta resistencia de carga, R L .
El voltaje de este generador viene dado por V = α ΔT. Donde, α es el coeficiente de Seebeck y ΔT es la diferencia de temperatura entre la unión caliente y fría.
Deje que R es la resistencia interna del generador de energía termoeléctrica, luego la corriente que fluye a través de la resistencia externa R L viene dada por 
Sustituir el valor del voltaje en la ecuación anterior obtenemos corriente, 
Sabemos que el flujo de energía a la carga externa está dado por, P L = I 2 R L
Sustituye el valor de I 
Esta potencia será máxima cuando R = R L
Entonces, la potencia máxima está dada por
En Seebeck Power Generation, el término (α 2 / R) se llama figura de mérito. Para que la potencia sea máxima, ΔT y (α 2 / R) deben tener un valor grande o podemos decir que la resistencia interna debe ser baja y esto se puede hacer disminuyendo la longitud y aumentando el diámetro. ΔT se puede aumentar aumentando la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el disipador de calor.
Eficiencia del generador de energía termoeléctrica
La eficiencia del generador de energía termoeléctrica se define como la relación de potencia desarrollada, P L a través de la resistencia de carga , R L al flujo de calor, Q de la fuente
Materiales adecuados para generadores termoeléctricos
El material más utilizado para este generador es el telururo de plomo. El telururo de plomo es un compuesto de plomo y telurio que tiene una pequeña cantidad de bismuto o sodio. Otros compuestos utilizados para fabricar generadores termoeléctricos son telururo de bismuto, sulfuro de bismuto, telururo de germanio, antimonita de zinc, telururo de estaño y arseniuro de indio, etc.
Aplicación de generadores termoeléctricos
- Para aumentar la eficiencia del combustible de los automóviles, se utilizan generadores termoeléctricos. Estos generadores utilizan el calor producido cuando el vehículo está en marcha.
- Seebeck Power Generation se utiliza para suministrar energía a naves espaciales.
- Estos generadores se utilizan para suministrar energía a estaciones remotas como estaciones meteorológicas, estaciones de retransmisión, etc.
Limitaciones de los generadores termoeléctricos
- Se requiere alta resistencia de salida: como se explicó anteriormente para obtener un alto voltaje de salida y potencia, varios generadores termoeléctricos están conectados en serie, lo que a su vez aumenta la resistencia de salida total. Por lo tanto, para transferir alta potencia de manera eficiente se necesitan grandes resistencias. Este problema puede superarse conectando más elementos termoeléctricos en paralelo en lugar de en serie porque provoca una disminución de la resistencia efectiva.
- Los generadores de energía termoeléctricos generan menos energía eléctrica para el mismo flujo de calor, es decir, tienen una baja eficiencia en comparación con otros generadores mecánicos. Para la misma entrada de energía, Seebeck Power Generation produce menos salida en comparación con otros convertidores de energía.
- Características térmicas bajas: la disipación de calor de cualquier dispositivo depende de su conductividad térmica. Cualquier buen generador de energía termoeléctrica tiene una conductividad térmica baja y, por lo tanto, una disipación de calor deficiente. Por lo tanto, estos generadores son eficientes solo cuando se requiere poca potencia.
- Los generadores termoeléctricos son costosos en comparación con otros generadores.
