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Protótipo de uma unidade com tri-geração de energia para utilizações remotas: aplicação de módulo secondutivo gerador termoelétrico

By Ildefonso Martins dos Santos

Abstract

A geração por termoeletricidade caracteriza-se como um processo sólido de conversão de energia térmica (calor) em elétrica sem a necessidade de partes móveis. Embora o processo de conversão seja de baixa eficiência o sistema apresenta alto grau de confiabilidade e baixíssimos requisitos de manutenção e durabilidade. Seu princípio é baseado nos estudos de termogeração realizados por Thomas Seebeck em 1821. O franco desenvolvimento das tecnologias de estado sólido para geração de termoeletricidade, a necessidade do melhor aproveitamento da energia, inclusive com incentivo a processos de cogeração, a redução do impacto ambiental aliados ao desenvolvimento de módulos semicondutores de alta eficiência, convergem para o uso da geração termoelétrica através de componentes de estado sólido em aplicações remotas. O trabalho apresenta o desenvolvimento, construção e avaliação de performance de um protótipo, em escala piloto, para tri-geração de energia visando aplicação em áreas remotas. A unidade é composta de um lampião a gás combustível como fonte primária de energia, um módulo semicondutor comercial para geração termoelétrica e uma camisa para produção da luminosidade. O projeto do dispositivo compatibilizou um cabeçote para adaptação no lampião, uma fonte quente para adaptação do módulo, um trocador de calor para ser utilizado como fonte fria e compor o 1º estágio de cogeração, um trocador de calor tubular para compor o 2º estágio de cogeração, a elaboração de um conversor cc-cc tipo push pull, adequação de um sistema de aquisição de temperatura. Realizou-se a montagem do protótipo em bancada para testes e ensaio na condição de carga plena a fim de avaliar a sua eficiência, sendo realizado balanço de energia da unidade. O protótipo apresentou uma eficiência elétrica de 0,73%, térmica de 56,55%, de iluminação de 1,35% e global de 58,62%. O protótipo desenvolvido, como também a metodologia de ensaio adotada atenderam aos objetivos propostos, possibilitando a obtenção de resultados conclusivos acerca do experimento. Otimização no sistema de fixação do módulo semicondutor, melhoramento na isolação térmica e design do protótipo e sistema de proteção ao usuário são sugestões para torná-lo um produto comercialThe generation for termoeletricity is characterized as a solid process of conversion of thermal energy (heat) in electric without the necessity of mobile parts. Although the conversion process is of low efficiency the system presents high degree of trustworthiness and low requisite of maintenance and durability. Its principle is based on the studies of termogeneration carried through by Thomas Seebeck in 1800. The frank development of the technologies of solid state for termoeletricity generation, the necessity of the best exploitation of the energy, also with incentive the cogeneration processes, the reduction of the ambient impact allies to the development of modules semiconductors of high efficiency, converge to the use of the thermoeletric generation through components of solid state in remote applications. The work presents the development, construction and performance evaluation of an prototype, in pilot scale, for energy tri-generation aiming at application in remote areas. The unit is composed of a gas lamp as primary source of energy, a module commercial semiconductor for thermoelectric generation and a shirt for production of the luminosity. The project of the device made compatible a headstock for adaptation in the gas lamp, a hot source for adaptation of the module, an exchanger of to be used heat as cold source and to compose first stage of cogeneration, an exchanger of tubular heat to compose second stage of cogeneration, the elaboration of a converter dc-dc type push pull, adequacy of a system of acquisition of temperature. It was become fullfilled assembly of the prototype in group of benches for tests and assay in the full load condition in order to evaluate its efficiency, had been carried through energy balance of the unit. The prototype presented an electric efficiency of 0,73%, thermal of 56,55%, illumination of 1,35% and global of 58,62%. The developed prototype, as the adopted methodology of assay had also taken care of to the considered objectives, making possible the attainment of conclusive results concerning to the experiment. Optimization in the system of setting of the semicondutor module, improvement in the thermal insulation and design of the prototype and system of protection to the user are suggestions to become it a commercial produc

Topics: Tri-geração, Aplicação remota, Cogeração, Eficiência, Conversor cc-cc, Balanço de energia, Tri-generation, Remote application, Cogeneration, Efficiency, Dc-dc converter, Energy balanced, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Year: 2014
OAI identifier: oai:agregador.ibict.br.RI_UFRN:oai:repositorio:123456789/15525
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