Generadores termoeléctricos

Tecnología

Generadores termoeléctricos
Generación de energía sin partes móviles
Por Eduardo Bollati Corporex S.A., servicio técnico autorizado de generadores Global Thermoelectric

Los generadores termoeléctricos son generadores de corriente continua de baja potencia sin partes móviles. Se utilizan para aplicaciones en instalaciones remotas no habitadas. Generan en base a la combustión degas natural, gas de boca de pozo o licuado. Se usan además en la industria del petróleo y del gas para protección catódica, sistemas SCADA y telecomunicaciones.
84 I Petrotecnia • abril, 2007

Historia
El efecto termoeléctrico fue observado por Thomas Seebeck a mediados del siglo XIX. Cuando se calienta la unión entre dos materiales distintos, se crea una diferencia de potencial en losextremos no calentados (fríos) y circula, si se juntan dichos extremos, una corriente eléctrica (figura 1).

En la década del 60, se desarrollaron generadores alimentados por radioisótopos para el programa espacial Apolo y para comunicaciones con la luna, de los que derivarían los materiales utilizados en la mayoría de los generadores comerciales actuales. Los generadores termoeléctricos son unproducto para aplicaciones muy específicas, mientras que otros derivados de la misma tecnología, como las termocuplas de seguridad, se emplean masivamente. Dada su simplicidad, se usan también módulos termoeléctricos de efecto Peltier para aplicaciones de refrigeración y control de temperatura de baja capacidad.

Principio de funcionamiento
Un generador termoeléctrico convierte directamente calor enelectricidad. El calor induce la circulación de una corriente eléctrica al fluir desde el quemador de gas a través del módulo termoeléctrico (termopila). Para generar electricidad mediante el efecto termoeléctrico se necesitan un módulo termoeléctrico y una diferencia de temperatura entre ambas caras del mismo. Dado que la circulación de corriente también genera migración de calor, las fuentescaliente y fría deberán aportar y disipar calor continuamente para mantener esa diferencia. En la práctica los elementos básicos de los generadores termoeléctricos son tres (figura 2): • Fuente caliente: quemador o calefactor catalítico a gas en casi todos los casos. • Dispositivo de conversión de energía: módulo termoeléctrico o termopila. • Fuente fría: disipador de aluminio aletado, tubosrefrigerantes o radiadores. Los elementos termoeléctricos generan en una tensión muy baja (mV) pero suelen tener una buena capacidad de corriente. Por ejemplo, en el caso de las termocuplas usadas en los dispositivos de seguridad de llama domiciliarios la corriente generada en base a la llama piloto es suficiente

Figura 1. Efecto Seebeck.

Treinta años después, Jean Peltier descubrió que lacirculación de corriente en esas circunstancias causa absorción o liberación de calor. Lord Kelvin (William Thomson) relacionó luego ambos enunciados en un tercer efecto termoeléctrico, llamado luego “efecto Thomson”, que establece que, al circular una corriente en la dirección de un gradiente térmico por un conductor homogéneo, se establece un efecto calefactor o refrigerante lateral. La teoría básica delos generadores y refrigeradores termoeléctricos se terminó de delinear a principios del siglo XX. Para aplicaciones prácticas se necesitaban materiales con un alto coeficiente Seebeck, alta conductividad eléctrica y baja conductividad térmica. La tecnología de semiconductores permitió obtener materiales adecuados a partir de la década del 40. Ya en la segunda guerra mundial Rusia utilizógeneradores termoeléctricos a base de antimonio-zinc para alimentar equipos de comunicaciones militares. En la década del 50, se desarrollaron las primeras termocuplas para sistemas de seguridad por falta de llama, que resultaron la aplicación más masiva del efecto termoeléctrico y que se encuentran hoy en día en casi todos los calefones, termotanques, hornos y calefactores a gas domiciliarios. Con el...