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Jun 18, 2023

Tecnologias termoelétricas surgem nos EUA

Dois coletores de energia termoelétrica radicalmente diferentes surgiram nos EUA

Dois coletores de energia termoelétrica radicalmente diferentes surgiram nos Estados Unidos esta semana.

Um deles é uma prova de conceito termoacústica da Penn State University, o outro é a mais recente iteração do gerador Seebeck de produção da Nextreme.

O dispositivo termoacústico é uma tentativa de obter eletricidade suficiente de uma fogueira em um mundo em desenvolvimento para acionar um ventilador.

A ideia é que o ventilador que vai aumentar a eficiência do fogo ao mesmo tempo em que reduz as emissões – a fumaça do cozimento mata 1,9 milhão de pessoas por ano, estima a ONU.

A confiabilidade é fundamental, então o pesquisador Paul Montgomery decidiu que deveria haver poucas ou nenhuma peça móvel para se desgastar, daí a escolha da conversão acústica - e a Penn State é conhecida pela termodinâmica acústica.

Ele vem em duas partes, um oscilador termoacústico para criar uma coluna vibratória de ar e um conversor de vibração para elétrico – um alto-falante funcionando ao contrário no demonstrador.

O oscilador é um tubo com uma extremidade fechada e material de transferência de calor dentro da extremidade aberta.

Com as dimensões, condições e orientação corretas do trocador de calor; uma pequena parte do ar é aquecida e sua expansão faz com que ele se desloque para uma parte fria da câmara. Aqui ele esfria, contrai e é puxado de volta para a parte quente.

Este ciclo se repete, a uma frequência determinada pelo ressalto da coluna elástica de ar e pelo comprimento do tubo.

O efeito é conhecido há um século desde que o cientista vitoriano Lord Rayleigh reconheceu que quando o calor é adicionado a uma onda sonora durante a compressão e removido durante a expansão, a amplitude da onda sonora aumenta.

"Um gerador termoacústico de alta tecnologia foi construído para aplicações espaciais, empregando gás hélio pressurizado e alternadores lineares muito caros", disse Montgomery. "Para a aplicação do fogão, tentamos um protótipo muito mais simples."

Ele usa o ar atmosférico em um duto retangular dobrado em chapa de metal.

O calor é transferido para o gás por um favo de cerâmica com seus orifícios ao longo do duto.

"A cerâmica é, na verdade, um material produzido em massa como substrato para conversores catalíticos usados ​​em sistemas de exaustão automotivos", disse Steven Garrett, professor da Penn State, à Electronics Weekly. "Até que a cerâmica seja revestida com o catalisador, geralmente platina, é bastante barata, tão barata que é usada como tijolo refratário em churrascos."

Uma das pontas da cerâmica é escurecida e absorve 20W de calor por radiação eletromagnética da ponta quente do ressonador que está no fogão.

O outro é conectado a um dissipador de calor externo tipo computador para resfriamento. O demonstrador produz 25mW, embora Montgomery estime que o produto final produziria 10W de um fogão de 4-8kW e custaria US$ 25.

“Mesmo um motor de calor relativamente ineficiente seria capaz de gerar eletricidade suficiente a partir de pequenas quantidades de calor residual para alimentar um ventilador e possivelmente ter capacidade suficiente para carregar um telefone ou uma bateria que poderia fornecer iluminação à noite”, disse ele.

As descobertas foram apresentadas no 2º encontro Pan-Americano/Ibérico sobre acústica, organizado pelo Instituto Americano de Física, e Montgomery escreveu um documento de referência.

O outro desenvolvimento, do fabricante de dispositivos semicondutores Peltier/Seebeck Nextreme, visa a extremidade inferior das escalas de diferença de potência e temperatura.

O eTEG HV37 é um dispositivo de 'alta tensão' que gera 170mV de circuito aberto a partir de uma diferença de temperatura de 10K, ponto em que pode fornecer 1mW com a carga correta.

Com uma diferença de 50K, pode fornecer 24mW ou uma tensão de circuito aberto de 850mV.

Tem 6mm2, 0,6mm de altura, e une dois outros geradores: HV56 e HV14.

"A implantação de sensores distribuídos e redes de sensores levou a um aumento do interesse em fontes de energia renováveis ​​e autônomas", disse Dave Koester, vice-presidente de engenharia da Nextreme. "O uso de calor residual é uma fonte atraente de energia para muitas aplicações em que é necessária uma potência da ordem de µW-mW."