Sistemas electronicos termoeléctricos para vehiculos automotores

Sistemas electronicos termoeléctricos para vehiculos automotores mas
eficientes y menos daňinos para el medio ambiente.
Los sistemas termoeléctricos aprovechan el fenómeno de la conversión directa y
electrónica del calor a la electricidad, utilizando materiales con propiedades
termoeléctricas. Ultimamente, estos sistemas están siendo investigados debido a su
potencial aplicación para incrementar la eficiencia de los automotores como ser
automóbiles y camiones. Al hacer mas eficientes a los automotores, esta solución
tecnológica contribuye no solo a consumir menos combustibles sino también a decrecer
la emisión de dióxido de carbono y oxidos de nitrogeno.
Thomas Seebeck, un fisico aleman, descubrió este efecto electrónico en 1821. El
notó que una corriente aparece en un anillo consistente de dos materiales diferentes si las
junturas se mantienen a temperaturas diferentes.
Ilustración del efecto
termoeléctrico
descubierto por Seebeck
en 1821. El anillo
conductor consiste de
dos materiales de
diferente tipo
termoeléctrico.
.
El tipo de conducción (tipo-n versus tipo-p) esta determinado por la estructura
atómica y electrónica de los materiales. Por ejemplo, Bismuto que es un semimetal, es
tipo-n. El compuesto Bismuto de Telurio, que es un semiconductor, es tipo-p.
Muchos materiales semiconductores y semimetálicos tienen un gran potencial
para este uso, pero su aplicación práctica es limitada debido a la baja eficiencia de
conversión energética que se obtiene y el alto costo. Para un par de materiales dado, la
eficiencia termoeléctrica ZT depende del coeficiente Seebeck entre los materiales y las
conductibilidades eléctricas y térmicas de ambos. Dadas las temperaturas de la junturas,
la única forma de incrementar la eficiencia de conversión es incrementar ZT. Hasta hace
unos años, los materiales disponibles permitían un ZT de alrededor de 1, que corresponde
a una eficiencia real (potencia eléctrica generada por flujo de calor) de cerca de x% para
una temperatura entre juntura caliente y fria de 100 C. En los últimos años, avances en
nanotecnología han propulsado ZTs a valores de 2 y posiblemente 3. Uno de los usos de
la tecnología termoeléctrica es la recuperación del calor que se pierde en los motores.
El diagrama muestra la evolución de la energía en un motor típico. Hoy, en un automóvil
típico, solamente 25% de la energia de combustión del combustible se usa para mobilidad
y accesorios. El 75% restante es disipado como calor en los gases de escape y radiador.
En los motores diesel grandes la energía aprovechada para mobilidad y accesorios es
35%. En otras palabras, en automóviles se desaprovecha aproximadamente 3/4 parte de la
energía del combustible. El aprovechamiento de esta energía que se descarta, es la
aplicación primordial de los dispositivos termoeléctricos. Si bien hay una motivación
muy imperiosa para descubrir materiales y procesos para producir dispositivos
termoeléctricos, la solucion tecnológica no ha sido encontrada. Esta solucion usaría
materiales económicos y no nocivos para el ambiente, con un ZT de alrededor de 2. Los
científicos están dedicados a encontrar esta solución en el laboratorio. Y sueñan con
materiales que permitan eficiencias aún mas grandes. Por ejemplo, si se pudiese crear un
dispositivo que tuviese ZT de 10, este podría reemplazar el motor entero. Aparte de los
interrogantes científicos, la ingeniería de esta solución esta siendo estudiada; y
claramente, estos dispositivos deben ser integrados en el automotor de tal forma que no
afecten substancialmente la confiabilidad.
Tito Huber, Howard University.