Qual é o potencial de integração de geradores termoelétricos (TEGs) em placas de aquecimento para recuperar o calor residual como eletricidade?

A parte traseira de uma placa de aquecimento fica quente mesmo com isolamento. Esse calor-de baixo grau geralmente tem temperatura muito baixa para ser aproveitado para fornecer energia mecânica, mas os geradores termoelétricos (TEGs) podem transformar diretamente qualquer diferencial de temperatura em eletricidade, que pode ser usada para alimentar sensores sem fio ou indicações de LED.

Geração Termelétrica: O Efeito Seebeck
Os geradores termoelétricos utilizam o efeito Seebeck, onde um diferencial de temperatura entre dois condutores diferentes causa um pequeno potencial elétrico. Pode-se colocar um módulo TEG em um sistema de placa de aquecimento entre a superfície quente (parte traseira da placa) e um dissipador frio (ar ambiente ou placa resfriada a água). Os elétrons fluirão do lado aquecido para o lado mais frio, gerando uma tensão de corrente contínua (CC) proporcional ao diferencial de temperatura.

Aplicações de placas de aquecimento
Se um conjunto TEG for instalado na parte traseira mais fria de uma placa de aquecimento em um contexto industrial, ele poderá reunir energia suficiente para alimentar dispositivos-de baixa potência, como sensores de temperatura sem fio ou indicadores LED. Isto significaria que tais dispositivos não exigiriam mais baterias ou muitos fios, o que está muito alinhado com a tendência emergente de aplicações industriais da Internet das Coisas (IoT). Por exemplo, sensores de temperatura sem fio podem monitorar continuamente o estado das placas de aquecimento e transmitir os dados para sistemas de controle sem exigir trocas de bateria ou fiação complexa.

Os geradores termoelétricos são uma aplicação especializada que oferece opções-autoalimentadas para detecção e monitoramento, o que é muito importante para áreas onde o tempo de inatividade e a manutenção precisam ser minimizados. Esse método de coleta de energia pode ser especialmente útil em aplicações onde são necessários dados-em tempo real, mas onde a fiação ou fontes de energia seriam proibitivas.

Limitações Práticas dos TEGs
No entanto, existem vários limites com geradores termoelétricos. A eficiência do TEG é relativamente baixa, variando frequentemente entre 2-5 por cento, o que significa que apenas uma pequena fração da energia térmica é transformada em eletricidade. Para uma placa de aquecimento, a diferença de temperatura entre a parte traseira aquecida da placa (na faixa de 50-100 graus) e o ar ambiente ou uma superfície resfriada a água pode fornecer apenas um gradiente de temperatura de 50-100 K. Um diferencial de temperatura tão pequeno limita a quantidade de energia que pode ser produzida pelos TEGs.

A energia elétrica dos módulos TEG geralmente varia de miliwatts a poucos -watts, dependendo do tamanho do módulo e do diferencial de temperatura. Em termos de recuperação geral de calor, não representa uma grande economia de energia, mas é suficiente para aplicações de baixo consumo de energia, como sensores sem fio que consomem energia mínima.

Os TEGs também acrescentam complexidade e custo ao sistema. Um gradiente de temperatura eficiente deve ser criado selecionando e posicionando os módulos com cuidado. A integração de TEGs num sistema de placas de aquecimento existente deve ser planeada cuidadosamente para que a função primária da placa não seja perturbada.

Considerações Técnicas
Os módulos TEG são eletrônicos de estado sólido sem peças móveis, o que os torna altamente confiáveis ​​durante longos períodos de operação. Eles próprios não produzem muito calor, portanto podem trabalhar com eficiência em uma ampla variedade de condições. Devido à potência limitada dos TEGs, eles são mais adequados para situações onde são necessárias pequenas quantidades de energia, em vez de alimentar equipamentos ou máquinas maiores.

Resumindo
O uso de geradores termoelétricos em placas de aquecimento para recuperação de calor residual é uma nova técnica promissora para detecção-autoalimentada, em vez de recuperação de energia-em larga escala. A energia gerada pode ser usada para alimentar sensores sem fio e equipamentos de monitoramento, diminuindo a necessidade de fontes de energia externas e substituições de baterias.

Os TEGs em placas de aquecimento podem não proporcionar grandes poupanças em termos de recuperação de energia em massa em geral, mas são um passo para a visão de fábrica inteligente, onde os dispositivos podem funcionar de forma autónoma alimentados pelo calor que devem suportar. A captação de energia é um tema emergente que complementa os programas de eficiência energética e é uma direção promissora para aplicações industriais de IoT.