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Projeto de Energia Termoambiente - Conversão de calor ambiente em energia elétrica

MTAE - Módulo Termoelétrico de Altíssima Eficiência

Última atualização em 15/07/2019

Em um termopar sob um gradiente térmico, ou seja, com uma junção quente e uma junção fria, existem 4 forças eletromotrizes conforme mostrado na figura 1, (E1, E2, E3 e E4).

Forças eletromotrizes em termopares bimetálicos

Nota: Se o material B (em azul) for um semicondutor tipo P, a força eletromotriz E4 terá o sentido oposto.

Os módulos termoelétricos tradicionais, tipo TEG (Thermoelectric Generator fig. 2), são construídos com semicondutores tipo P e tipo N, formando vários termopares interligados em série. Estes módulos exploram a força eletromotriz gerada pela difusão de elétrons ao longo das pernas dos termopares (E3 e E4, figura 1 e 2). Essa difusão, no entanto, só acontece quando as junções estão submetidas a uma diferença de temperatura.

TEG


Diferentemente dos módulos termoelétricos tradicionais, o MTAE explora a força eletromotriz gerada nas junções dos termopares, e não nas suas pernas. Elétrons excitados termicamente (acima de 0 Kelvin), tendem a invadir regiões fronteiriças que tenham densidade eletrônica menor. Por isso, quando juntamos dois metais dissimilares, os elétrons do material eletronicamente "mais forte" (com maior energia), invadem a fronteira do material "mais fraco" estabelecendo assim duas forças eletromotrizes E1 e E2. No entanto, sob condições normais, elas se cancelam porque têm direções opostas e a mesma intensidade. Veja a figura 3.

Forças eletromotrizes em termopares bimetálicos


A inovação nos termopares do MTAE está no fato de que uma das suas junções possui um nano dispositivo eletrônico que simula zero Kelvin. Com isso, E1 e E2 se comportam como se estivessem sob um gradiente térmico em torno de 300 Kelvin. Dessa forma, a força eletromotriz gerada na junção "quente", mesmo estando à temperatura ambiente, é maior do que a força eletromotriz gerada na junção "fria" que está sob efeito do simulador "zero Kelvin". Com esta inovação, o somatório das duas forças (E1 e E2) é diferente de zero e pode ser utilizada externamente.

Forças eletromotrizes em termopares bimetálicos


Por rasões ligadas à marcas e patentes, ainda não posso tornar público a estrutura do simulador de zero Kelvin utilizado na junção fria. Mas darei detalhes de seu design e técnica de construção à pessoa ou instituição que se tornar meu parceiro. Saiba mais em: Projeto de Energia Termoambiente.

Autor: Valvim M Dutra

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