Luz de energía térmica por menos de $ 5: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Somos dos estudiantes de diseño industrial en los Países Bajos, y esta es una exploración rápida de tecnología como parte del sub-curso de Tecnología para el Diseño Conceptual. Como diseñador industrial, es útil poder analizar metódicamente tecnologías y obtener una comprensión más profunda de ellas para tomar una decisión bien fundamentada para la implementación de tecnologías específicas en conceptos.

En el caso de este instructable, nos interesa ver qué tan eficientes y económicos pueden ser los módulos TEG, y si son una opción viable para recargar accesorios al aire libre como bancos de energía o linternas con, por ejemplo, una fogata. Al contrario de la energía de la batería, la energía térmica del fuego es algo que podemos producir en cualquier lugar de la naturaleza.

Aplicación práctica

Estábamos investigando el uso de TEG para cargar baterías y alimentar luces LED. Prevemos el uso de módulos TEG para, por ejemplo, cargar una linterna en la fogata para que pueda ser independiente de la energía de la red.

Nuestra investigación se centra en las soluciones de bajo costo que encontramos en los minoristas en línea chinos. Por el momento, es difícil recomendar módulos TEG en una aplicación tan práctica, ya que simplemente tienen muy poca potencia de salida. Aunque existen módulos TEG altamente eficientes en el mercado hoy en día, su precio realmente no los convierte en una opción para productos de consumo pequeño como una linterna.

Paso 1: Piezas y herramientas

Partes

-Módulo Termoeléctrico (TEG) 40x40mm (SP1848 27145 SA) https://www.banggood.com/40x40mm-Generador-Power-Thermoelectric-Peltier-Module-TEG-High-Temperature-150-Degree-p-1005052.html? rmmds = buscar & cur_warehouse = CN

-Luces de té

-Tablero de circuitos

-LED rojo

-Algunos cables

-Enyesado disipador de calor / pasta térmica

- Chatarra de metal / disipador de calor (aluminio)

Instrumentos

-Termómetro de algún tipo

-Soldador

-(multímetro digital

-Encendedor

-Pequeño tornillo de banco (u otro objeto que le permita poner candelitas debajo)

Paso 2: Principio de funcionamiento e hipótesis

¿Como funciona?

En pocas palabras, un TEG (generador termoeléctrico) convierte el calor en una salida eléctrica. Un lado debe calentarse y el otro lado debe enfriarse (en nuestro caso, el lado con texto debe enfriarse). La diferencia de temperatura en los lados superior e inferior hará que los electrones en ambas placas tengan diferentes niveles de energía (una diferencia de potencial), lo que a su vez crea una corriente eléctrica. Este fenómeno se describe mediante el efecto Seebeck. También significa que cuando las temperaturas en ambos lados se igualen, no habrá corriente eléctrica.

Como se mencionó, se han elegido generadores termoeléctricos para explorar. Estamos utilizando un tipo SP1848-27145 con un costo de menos de tres euros por unidad (incluido el envío). Somos conscientes de que existen soluciones más caras y eficientes en el mercado, pero estábamos interesados en el potencial de estos TEG "baratos".

Hipótesis

El sitio web que vendió los módulos TEG tenía, lo que parecía, afirmaciones audaces sobre la eficiencia para convertir la energía eléctrica. Daremos un pequeño desvío más adelante para explorar estas afirmaciones.

Paso 3: preparación y montaje

Paso 1: Se fabricó un disipador de calor simple utilizando piezas de aluminio de desecho que se encuentran en el taller, estas se unieron al módulo TEG mediante el uso de pasta térmica. Sin embargo, otros metales como el cobre, el latón o el desorden también funcionarán lo suficiente para esta configuración.

Paso 2: El siguiente paso consiste en soldar el cable negativo del primer TEG al cable positivo del segundo TEG, esto asegura que la corriente eléctrica estará en serie (lo que significa que se sumará la salida de los dos TEG). Con nuestra configuración, solo estábamos disponibles para generar alrededor de 1,1 voltios por TEG. Esto significa que para alcanzar los 1.8 voltios necesarios para encender un LED rojo, se agregó un segundo TEG.

Paso 3: Conecte el cable rojo (positivo) del primer TEG y el cable negro (negativo) del segundo TEG a la placa en sus respectivos lugares.

Paso 4: Coloque un LED rojo en la placa de pruebas (recuerde: la pierna más larga es el lado positivo).

Paso 5: El último paso es simple *, enciende las velas y coloca los módulos TEG encima de la llama. Desea usar algo resistente para colocar los TEG encima. Esto los mantiene fuera del contacto directo con la llama, en este caso se utilizó un tornillo de banco.

Debido a que se trata de una prueba sencilla, no hemos dedicado mucho tiempo a fabricar recintos o refrigeración adecuados. Para garantizar resultados consistentes, nos hemos asegurado de que el TEG se colocara a la misma distancia de la candelita para realizar la prueba.

* Al intentar repetir el experimento, se aconseja colocar los TEG con disipador de calor en una nevera o congelador para enfriarlos. Asegúrese de quitarlos de la placa de pruebas antes de hacerlo.

Paso 4: configuración

Prueba inicial

Nuestra prueba inicial fue rápida y sucia. Colocamos el módulo TEG sobre una vela de té y enfriamos el "extremo frío" del TEG utilizando la carcasa de aluminio de una vela de té y un cubo de hielo. Nuestro termómetro (izquierda) se colocó en una pequeña abrazadera (arriba a la derecha) para medir la temperatura de la parte superior del TEG.

Iteraciones para prueba final

Para nuestra prueba final, hicimos varios cambios en la configuración para garantizar un resultado más confiable. En primer lugar, cambiamos el agua helada por un enfriamiento pasivo utilizando un bloque más grande de aluminio, esto refleja la implementación potencial más de cerca. También se agregó un segundo TEG para lograr el resultado deseado, que era encender el LED rojo.

Paso 5: resultados

¡Usando la configuración descrita se encenderá un LED rojo!

¿Qué tan poderoso es un TEG?

El fabricante afirma que el TEG puede producir un voltaje de circuito abierto de hasta 4,8 V a una corriente de 669 mA cuando se somete a una diferencia de temperatura de 100 grados. Utilizando la fórmula de potencia P = I * V, se calcula que esto sería aproximadamente 3,2 vatios.

Nos propusimos ver qué tan cerca podíamos llegar a estas afirmaciones. Midiendo alrededor de 250 grados centígrados en la parte inferior del TEG y cerca de 100 grados en el extremo superior, el experimento muestra una gran diferencia en comparación con las afirmaciones del fabricante. El voltaje se estanca alrededor de 0,9 voltios y 150 mA, lo que equivale a 0,135 vatios.

Paso 6: Discusión

Nuestro experimento nos da una buena impresión del potencial de estos TEG, ya que podemos decir con justicia que su salida es decente para un poco de diversión y experimentación, pero que la física involucrada para enfriar adecuadamente estos sistemas y generar una fuente constante de energía es lejos de ser factible para una implementación en el mundo real, en comparación con otras posibles soluciones fuera de la red como la energía solar.

Definitivamente hay un lugar para los TEG, y la idea de usar una fogata para encender una linterna parece factible; estamos muy limitados debido a las leyes de la termodinámica. Debido a que es necesario lograr una diferencia de temperatura, un lado del TEG necesita enfriamiento (activo) y el otro necesita una fuente de calor constante. Esto último no es un problema en el caso de una fogata, sin embargo, el enfriamiento debe ser tan eficiente que se necesitará una solución de enfriamiento activa y esto es difícil de lograr. Al considerar el volumen necesario para que estas soluciones funcionen, en comparación con la tecnología de batería existente, es mucho más lógico elegir una batería para encender las luces.

Mejoras

Para experimentos futuros, se recomienda adquirir los disipadores de calor adecuados (de una computadora rota, por ejemplo) y aplicarlos tanto en el lado caliente como en el frío del TEG. Esto permite que el calor se distribuya de manera más adecuada y hará que el calor residual en el lado frío se disipe más fácilmente que un bloque sólido de aluminio.

Aplicaciones futuras de esta tecnología En este momento, los TEG se encuentran principalmente en productos técnicos (respetuosos con el medio ambiente) como un medio para aprovechar el calor residual para obtener energía. En el futuro, esta tecnología tiene potencial para mucho más. Una dirección interesante para el diseño de productos de iluminación es la de los wearables. Aprovechar el calor corporal podría generar luces sin batería que se montan fácilmente en la ropa o en el cuerpo. Esta tecnología también podría aplicarse en sensores autoalimentados para permitir productos de monitoreo de condición física en paquetes más versátiles que nunca. (Termoeléctrica Evidente, 2016).

Paso 7: Conclusión

En conclusión, por muy prometedora que parezca la tecnología, el sistema requiere un enfriamiento activo y una fuente de calor constante para asegurar un flujo uniforme de carga eléctrica (en nuestro caso, luz sostenida). Si bien nuestra configuración permitió un enfriamiento rápido de los disipadores de calor usando un refrigerador, este experimento habría sido bastante difícil de reproducir sin electricidad externa; la luz estaría muerta cuando los lados positivo y negativo alcancen la misma temperatura. Si bien la tecnología no es muy aplicable en este momento, es interesante ver a dónde irá considerando el flujo constante de tecnologías y materiales nuevos e innovadores.