Desenho, construção e prova-de-conceito de gerador termoelétrico para aproveitamento de calor residual de processos industriais

• Autor(a) principal: Reis, João Marcelo Oliveira Mota
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/37030
• topic: Geradores termoelétricos; Recuperação de calor; Transferência de calor; Materiais termoelétricos; Análise termoelétrica; Processos Industriais

A análise energética de processos industriais que envolvem quantidades avultadas de energia tem ganho relativa importância, não só pelo facto destes processos apresentarem um grande desperdício de energia dissipada por convecção, mas também por apresentarem a possibilidade de reduzir custos monetários de produção. Assim, é com alguma naturalidade que cada vez mais tenham surgido novas soluções e trabalhos de investigação sobre formas de recuperação de energia dissipada por calor. Até recentemente geradores termoelétricos (TEGs) foram pouco explorados em aplicações industriais, contudo os novos desenvolvimentos, nomeadamente no que toca a novos materiais termoelétricos com boas características e mais viáveis economicamente, veio abrir novas possibilidades neste aspeto. Os geradores termoelétricos apresentam grandes vantagens de aplicação. Para além de apresentarem uma reduzida necessidade de manutenção quando devidamente construídos, os geradores termoelétricos convertem diretamente potência térmica em potência elétrica através do efeito de Seebeck. Adicionalmente, os geradores termoelétricos apresentam uma grande versatilidade de aplicações, podendo ser utilizados para aplicações a grande escala (aplicações em fornos e secadores industriais), ou em aplicações a reduzida escala (aplicações em tubos de escape de veículos automóveis). No entanto, estes equipamentos apresentam ainda uma baixa eficiência energética e uma baixa competitividade uma vez que, os materiais termoelétricos disponíveis no mercado são ainda relativamente caros. Por outro lado, os avanços recentes na área dos materiais termoelétricos têm se revelado muito importantes e significativos para a viabilidade da aplicação de TEGs sendo que, cada vez mais estes materiais apresentam um custo-benefício mais competitivo e melhores propriedades termoelétricas. Assim, no presente trabalho pretende-se desenvolver e avaliar a performance de um protótipo para geração termoelétrica (TE), e perceber a influência de certos parâmetros na otimização térmica destes dispositivos. Adicionalmente, o protótipo construído no âmbito deste trabalho permitirá no futuro a validação de modelos numéricos desenvolvidos nesta área. Neste protótipo são utilizados módulos TE de telureto de bismuto (Bi₂Te₃), para aplicação num secador multifunções disponibilizado no Departamento de Engenharia Mecânica (DEM). Pretendeu-se ainda avaliar a performance dos mesmos módulos TE com diferentes soluções de arrefecimento. Com o protótipo apresentado neste trabalho foi possível obter uma potência elétrica de 118,3W/m² e uma eficiência de 0,48 % sendo que, o protótipo apresenta ainda um grande potencial de otimização.