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Título: Recuperação de calor utilizando geradores termoelétricos de telureto de bismuto (Bi2Te3) assistidos por termossifões
Título(s) alternativo(s): Waste heat recovery using bismuth telureth thermoelectric generators (Bi2Te3) assisted by thermosyphons
Autor(es): Fachini, Luis Vitorio Gulineli
Orientador(es): Alves, Thiago Antonini
Palavras-chave: Calor residual
Termoeletricidade
Calor - Armazenamento
Bismuto
Waste heat
Thermoelectricity
Heat storage
Bismuth
Data do documento: 30-Nov-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: FACHINI, Luis Vitorio Gulineli. Recuperação de calor utilizando geradores termoelétricos de telureto de bismuto (Bi2Te3) assistidos por termossifões. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2023.
Resumo: O reaproveitamento de energia térmica está se tornando cada vez mais importante devido aos seus inúmeros benefícios, tais como a redução significativa dos impactos ambientais, o aumento da eficiência térmica dos sistemas e a diminuição dos custos. A conversão de energia térmica em energia elétrica ocorre por meio do Efeito Seebeck em geradores termoelétricos. Esse efeito está relacionado à geração de uma diferença de potencial elétrico quando dois materiais diferentes são colocados em contato em temperaturas distintas. Essa relação entre a temperatura e as propriedades elétricas dos materiais é conhecida como termoeletricidade. O objetivo deste estudo experimental é obter as curvas características de operação de geradores termoelétricos de Telureto de Bismuto (Bi2Te3) visando promover o uso consciente de energia e minimizar ao máximo os desperdícios. Para simular uma situação industrial, foi desenvolvido um sistema de túnel de vento do tipo soprador de circuito aberto capaz de reproduzir gases aquecidos provenientes de processos fabris. Para transferir o calor dos gases aquecidos para os geradores termoelétricos, foi utilizado um conjunto de termossifões aletados, que são dispositivos passivos altamente eficientes na transferência de calor. Dessa forma, foi possível criar a diferença de temperatura necessária para o funcionamento dos geradores termoelétricos e obter a curva característica da potência produzida. Além disso, foram realizados estudos sobre o pré-aquecimento do ar de entrada, causado pelo sistema passivo de transferência de calor, e sobre a eficiência térmica do conjunto. Essas investigações experimentais contribuem para a compreensão e aperfeiçoamento do processo de conversão direta de energia térmica em energia elétrica, impulsionando a utilização consciente e eficiente dos recursos energéticos.
Abstract: The reuse of thermal energy is becoming increasingly important due to its numerous benefits, such as significant reduction of environmental impacts, increased system efficiency, and cost reduction. The conversion of thermal energy into electrical energy occurs through the Seebeck Effect in thermoelectric generators. This effect is associated with the generation of an electric potential difference when two different materials are in contact at different temperatures. This relationship between temperature and the electrical properties of materials is known as thermoelectricity. The objective of this experimental study is to obtain the operating characteristic curves of Bismuth Telluride (Bi2Te3) thermoelectric generators, aiming to promote conscious energy use and minimize waste. To simulate an industrial situation, an open-circuit blower-type wind tunnel system capable of reproducing heated gases from industrial processes was developed. A set of finned thermosyphons, which are highly efficient passive heat transfer devices, was used to transfer the heat from the heated gases to the thermoelectric generator. In this way, it was possible to create the temperature difference necessary for the operation of the thermoelectric generators, as well as obtain the characteristic curve of the generated power. Furthermore, studies were conducted on the preheating of the inlet air caused by the passive heat transfer system, and on the thermal efficiency of the set. These experimental investigations contribute to the understanding and improvement of the direct conversion process from thermal energy to electrical energy, driving the conscious and efficient utilization of energy resources.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33161
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