Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/37030
Title: Desenho, construção e prova-de-conceito de gerador termoelétrico para aproveitamento de calor residual de processos industriais
Other Titles: Design, construction and thermoelectric generator proof-of-concept for the waste heat recovery of industrial processes
Author: Reis, João Marcelo Oliveira Mota
Advisor: Brito, Francisco Carrusca Pimenta de
Silva, Fernando Neto da
Keywords: Geradores termoelétricos
Recuperação de calor
Transferência de calor
Materiais termoelétricos
Análise termoelétrica
Processos Industriais
Defense Date: 24-Nov-2022
Abstract: A análise energética de processos industriais que envolvem quantidades avultadas de energia tem ganho relativa importância, não só pelo facto destes processos apresentarem um grande desperdício de energia dissipada por convecção, mas também por apresentarem a possibilidade de reduzir custos monetários de produção. Assim, é com alguma naturalidade que cada vez mais tenham surgido novas soluções e trabalhos de investigação sobre formas de recuperação de energia dissipada por calor. Até recentemente geradores termoelétricos (TEGs) foram pouco explorados em aplicações industriais, contudo os novos desenvolvimentos, nomeadamente no que toca a novos materiais termoelétricos com boas características e mais viáveis economicamente, veio abrir novas possibilidades neste aspeto. Os geradores termoelétricos apresentam grandes vantagens de aplicação. Para além de apresentarem uma reduzida necessidade de manutenção quando devidamente construídos, os geradores termoelétricos convertem diretamente potência térmica em potência elétrica através do efeito de Seebeck. Adicionalmente, os geradores termoelétricos apresentam uma grande versatilidade de aplicações, podendo ser utilizados para aplicações a grande escala (aplicações em fornos e secadores industriais), ou em aplicações a reduzida escala (aplicações em tubos de escape de veículos automóveis). No entanto, estes equipamentos apresentam ainda uma baixa eficiência energética e uma baixa competitividade uma vez que, os materiais termoelétricos disponíveis no mercado são ainda relativamente caros. Por outro lado, os avanços recentes na área dos materiais termoelétricos têm se revelado muito importantes e significativos para a viabilidade da aplicação de TEGs sendo que, cada vez mais estes materiais apresentam um custo-benefício mais competitivo e melhores propriedades termoelétricas. Assim, no presente trabalho pretende-se desenvolver e avaliar a performance de um protótipo para geração termoelétrica (TE), e perceber a influência de certos parâmetros na otimização térmica destes dispositivos. Adicionalmente, o protótipo construído no âmbito deste trabalho permitirá no futuro a validação de modelos numéricos desenvolvidos nesta área. Neste protótipo são utilizados módulos TE de telureto de bismuto (Bi₂Te₃), para aplicação num secador multifunções disponibilizado no Departamento de Engenharia Mecânica (DEM). Pretendeu-se ainda avaliar a performance dos mesmos módulos TE com diferentes soluções de arrefecimento. Com o protótipo apresentado neste trabalho foi possível obter uma potência elétrica de 118,3W/m² e uma eficiência de 0,48 % sendo que, o protótipo apresenta ainda um grande potencial de otimização.
The energy analysis of industrial processes which involve large amounts of energy has gained relative importance, not only because these processes present a great waste of energy dissipated by convection, but also because they have the possibility to reduce monetary production costs. Therefore, it is quite natural that new solutions and research works on ways of recovering waste energy by heat have increasingly emerged. Until recently thermoelectric generators (TEGs) were little explored in industrial applications, however the new developments, namely regarding new thermoelectric materials with good characteristics and more economically viable, opened new possibilities in this aspect. Thermoelectric generators have great application advantages. In addition to having a reduced need for maintenance when properly constructed, thermoelectric generators directly convert thermal power into electrical power through the Seebeck effect. Furthermore, thermoelectric generators have a great versatility of applications, being able to be used for large-scale applications (applications in industrial kilns and dryers), or in small-scale applications (applications in automotive exhaust pipes). However, these equipments still have low energy efficiency and low competitiveness since the thermoelectric materials available on the market are still relatively expensive. On the other hand, recent advances in the field of thermoelectric materials have proved to be very important and significant for the viability of the application of TEGs, as these materials increasingly present a more competitive cost-benefit and better thermoelectric properties. Therefore, the work here presented intend to develop and study a prototype for thermoelectric (TE) generation, and to evaluate the influence of certain parameters on the thermal optimization of these devices. Additionally, the prototype built within the scope of this work will allow in the future to validate numerical models developed in this area. In this solution are used TE modules of bismuth telluride (Bi₂Te₃), for application in a multifunction dryer available at the Mechanical Engineering Department (DEM). It was also intended to evaluate the performance of the thermoelectric modules with different cooling solutions. The prototype presented in this work presented an electrical power of 118,3 W/m² and an efficiency of 0,48 % and the prototype still has a great potential for optimization.
URI: http://hdl.handle.net/10773/37030
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEM - Dissertações de mestrado

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