Gerador termoelétrico para escape de automóvel com controlo de temperatura

Abstract

No mundo atual existe uma grande preocupação por parte de organizações mundiais, grandes empresas e população, com o meio ambiente. Muitos defendem que, a emissão de gases como o CO2, CO, NOx e hidrocarbonetos não queimados, causada pelos veículos movidos por um motor de combustão, provocam problemas como alterações climáticas e poluição da atmosfera, aos quais estão aliados os conhecidos problemas como o efeito de estufa, havendo a necessidade de aumentar a eficiência dos automóveis [1]. Associado à emissão de gases, está a energia térmica que estes disponibilizam, por isso, os materiais termoelétricos são uma mais-valia para recuperar parte da energia térmica normalmente desperdiçada nos motores de combustão através destes gases. Esta energia térmica pode mesmo exceder a energia útil mecânica. Se se tiver em conta a potência de um automóvel de 100kW, com um rendimento de 25%, mais de 15kW de energia térmica estão disponíveis nos gases de escape, sendo o resto perdas no circuito de arrefecimento e outras perdas térmicas. A presente dissertação aborda métodos que têm como objetivo o aumento da eficiência energética do veículo, convertendo a energia térmica em energia elétrica recuperando a energia térmica desperdiçada nos gases de escape, utilizando geradores termoelétricos baseados no efeito de “Seebeck”, que através de uma diferença de temperatura, criada entre as duas faces do gerador, é gerada uma diferença de potencial [2]. Os geradores termoelétricos disponíveis no mercado não apresentam resistência a temperaturas na ordem dos 800ºC (temperatura atingida pelos gases de escape), com isto é necessário recorrer à utilização de “Heat-Pipes” de condutância variável, dispositivo bastante eficiente para transferência de calor, redução de temperatura e controlo de temperatura do gerador termoelétrico [3][4]. Os geradores termoelétricos disponíveis aguentam temperaturas na ordem dos 300ºC. Pretende-se com esta dissertação, na continuidade de outros trabalhos anteriores, testar em diferentes condições o gerador existente na Universidade do Minho depois de ter adaptado e melhorado toda a instalação experimental para geração de energia elétrica, utilizando a energia térmica desperdiçada na exaustão dos motores de combustão, utilizando “heat-pipes” de condutância variável no controlo de temperatura de funcionamento dos módulos termoelétricos disponíveis comercialmente.

Nowadays, there is great concern among world organizations, corporations and people, about the environment. Many defend that the emission of CO2 and other gases caused by combustion engine vehicles, cause problems such as climate change and atmospheric pollution, allied to the greenhouse effect problems. There is a real requirement to increase the efficiency of the motor vehicles, which are responsible for a large emission of CO2 into the atmosphere, [1]. Taking into account a 100kW power and 25% efficiency, over 15kW of thermal energy is available in the exhaust gases, while the remainder are losses in the cooling circuit. The methods discussed in this dissertation aims to increase energy efficiency of the vehicle by converting thermal energy into electric energy, recovering wasted heat energy in the exhaust gases, using thermoelectric generators, based on the "Seebeck" effect, which through a temperature difference created between the two faces of the generator, a voltage is generated [2]. The temperature supported by thermoelectric generators available in the market do not exhibit resistance to temperatures of 800 ° C (temperature reached by exhaust gases), it is necessary to resort to the use of variable conductance "Heat Pipe", very efficient device for transferring and effectively achieve a temperature reduction and temperature control of the thermoelectric generator [3][4]. Thermoelectric generators available in the market can withstand temperatures of 300 ° C. Following other pappers, the aim of this dissertation is test different conditions at UM’s generator after having adapted and improved the whole experimental setup, using the heat energy wasted in combustion engine exhaust using "heat pipes" variable conductance in controlling the operating temperature of thermoelectric modules are available commercially.