Desarrollo Histórico de los Tubos de Calor y sus Aplicaciones

Los tubos de calor son dispositivos que se caracterizan por tener una gran conductancia térmica, lo que los hace muy efectivos para el transporte de calor a grandes distancias con una muy pequeña caída de temperatura. Tienen una excepcional flexibilidad, son de construcción simple, de fácil control, y son de funcionamiento pasivo, no necesitan de potencia externa. La base teórica del funcionamiento de los tubos de calor tiene sus fundamentos en varias disciplinas clásicas como son: la mecánica de fluidos, transferencia de calor y termodinámica. El concepto de tubo de calor data desde 1944. Sin embargo, sus primeros desarrollos se iniciaron sólo el año 1964; impulsados principalmente por requerimientos de los programas espaciales que en esa época se llevaban a cabo. Precisamente, una de las primeras aplicaciones de los tubos de calor fue en satélites, donde se utilizaron como dispositivos para uniformar la distribución de temperaturas en su estructura, es decir, para transferir calor desde la zona expuesta al sol a la no expuesta, con el objeto de minimizar sus tensiones térmicas. Posteriormente, lentamente primero, se empezaron a desarrollar aplicaciones terrestres. En la actualidad, dados las amplias áreas de aplicación que se han descubierto, prácticamente todos los países desarrollados están involucrados en la investigación, desarrollo y comercialización de tubos de calor. Se vislumbra que este interés se mantendrá en el futuro; particularmente impulsado por la miniaturización de los sistemas en el campo de la electrónica, donde los problemas de disipación de calor no pueden ser resueltos utilizando sistemas convencionales

Generación directa de la electricidad a partir de la combustión del metano en medios porosos

La combustión de mezclas pobres metano+aire en medios porosos inertes (MPI) o catalíticos es una tecnología en pleno desarrollo la que encuentra múltiples aplicaciones en la solución de problemas energéticos y medioambientales: permite ahorrar combustibles, reducir al mínimo las emisiones de CO, CO2 y NOx, transformar en forma directa una parte de la energía térmica en la eléctrica y, como resultado, subir la eficiencia de un proceso energético, destruir los compuestos orgánicos volátiles (COVs) en el aire, subir la eficiencia de los ciclos de potencia relacionados con la combustión, producir en forma eficiente el aire o el agua calientes para aplicaciones tanto domésticas como industriales. El objetivo de este trabajo es presentar el desarrollo de esta tecnología en la Universidad de Santiago de Chile en su aplicación a la transformación de la energía térmica de combustión en la energía eléctrica mediante el uso de elementos termoeléctricos sobre la base del efecto físico conocido como el de Seebeck. La presentación del trabajo incluye la descripción breve de a) principales propiedades y principios de funcionamiento de este tipo de combustión, b) metodologías de investigación teóricas y experimentales aplicadas, c) diseños de elementos termoeléctricos y el principio de Seebeck, d) diferentes diseños de acoplamiento de elementos termoeléctricos con medios porosos y e) principales resultados y conclusiones de la investigación realizada

Filtration gas combustion in a porous ceramic annular burner for thermoelectric power conversion

A numerical study of the combustion of lean methane/air mixtures in a porous media burner is performed using a novelty geometry, cylindrical annular space. The combustion process takes place in the porous annular space located between two pipes, which are filled with alumina beads of 5.6 mm diameter (Al2O3) forming a porosity of 0.4. The outer tube diameter of 3.82 cm is isolated; meanwhile the inner tube of 2 cm in diameter is covered by a continuous set of thermoelectric elements (TEE) for transforming heat energy into electricity. To achieve and maintain the proper temperature gradient on TEE, convective heat losses are considered from the TEE. The respective heat transfer coefficient is variable and is in the range 800 < h < 1500 [W / m2]. The 2D mathematical model includes the energy equations for solid and gas phases, the momentum equations, the continuity equation, the fuel mass conservation, the perfect gas law and it is solved by Means of computational simulations in COMSOL Multiphysics. Computer simulations focus on the two-dimensional temperature analysis and displacement dynamics of the combustion front inside the reactor, depending on the values of the filtration velocity (0.1 < ug0 < 1.0, m/s) and the fuel equivalence ratio (0.06 < Φ < 0.5). The conditions that maximized the overall performance of the process of energy conversion are ug0 = 0.7 [m / s], Φ = 0.363 and h = 1500 [W/m2K], to obtain 2.05 [V] electrical potential, 21 [W] of electrical power and an overall efficiency of process η = 5.64%. The study shows that the cylindrical annular geometry can be used for converting the energy of combustion from lean gas mixtures into electricity, with a performance similar to the specified by manufacturers of TEEs.Papers presented to the 12th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Costa de Sol, Spain on 11-13 July 2016

Analytical solution of coupled diffusion equations in semi-infinite media

International audienc

Super-Adiabatic Combustion In Al2O3 And Sic Coated Porous Media For Thermoelectric Power Conversion

The combustion of ultra-lean fuel/air mixtures provides an efficient way to convert the chemical energy of hydrocarbons and low-calorific fuels into useful power. Matrix-stabilized porous medium combustion is an advanced technique in which a solid porous medium within the combustion chamber conducts heat from the hot gaseous products in the upstream direction to preheat incoming reactants. This heat recirculation extends the standard flammability limits, allowing the burning of ultra-lean and low-calorific fuel mixtures and resulting a combustion temperature higher than the thermodynamic equilibrium temperature of the mixture (i.e., super-adiabatic combustion). The heat generated by this combustion process can be converted into electricity with thermoelectric generators, which is the goal of this study.The design of a porous media burner coupled with a thermoelectric generator and its testing are presented. The combustion zone media was a highly-porous alumina matrix interposed between upstream and downstream honeycomb structures with pore sizes smaller than the flame quenching distance, preventing the flame from propagating outside of the central section. Experimental results include temperature distributions inside the combustion chamber and across a thermoelectric generator; along with associated current, voltage and power output values. Measurements were obtained for a catalytically inert Al2O3 medium and a SiC coated medium, which was tested for the ability to catalyze the super-adiabatic combustion. The combustion efficiency was obtained for stoichiometric and ultra-lean (near the lean flammability limit) mixtures of CH4 and air. © 2013 Elsevier Ltd