Ejemplos de energía termoeléctrica
Cada vez que se habla de conceptos, teorías y tecnologías antiguas y nuevas dentro del campo de las ciencias, la tecnología y la ingeniería (STEM), se presenta a las figuras que están detrás de ellas. Thomas Johann Seebeck no es ciertamente el único científico que tuvo una influencia duradera en el desarrollo de las tecnologías termoeléctricas, pero es sólo uno de los muchos que catalizaron la investigación de esta fuente de energía. En 1821, Seebeck descubrió que diferentes temperaturas tenían la capacidad de mover un imán de brújula[1]. Aunque en un principio pensó que esto se debía al magnetismo creado por la diferencia de temperatura y el “campo magnético de la Tierra”, más tarde descubrió que la diferencia de temperatura producía un potencial eléctrico (tensión) que puede generar corriente eléctrica en un circuito cerrado, lo que ahora se conoce como el efecto Seebeck. [1]
En esencia, la termoelectricidad se forma cuando el calor se convierte en energía. Lo que hace que un material tenga la capacidad de crear electricidad térmica es “tanto una alta conductividad eléctrica como una baja conductividad térmica”[2] Para simplificar esta idea: los electrones fluyen de un lado a otro en lo que se llama un gradiente de temperatura. (CITACIÓN 2) Ahora bien, para simplificar la idea: los electrones fluyen hacia adelante en lo que se denomina un gradiente de temperatura. (CITACIÓN 2) Ahora, para añadir el siguiente componente que es el gradiente de temperatura que acabamos de mencionar; Si un extremo de un tubo de metal se calienta y el otro se deja frío ¿qué crees que pasará? Esto hace que los electrones se desplacen del extremo caliente del tubo al extremo frío (CITACIÓN 2). La figura siguiente muestra cómo es esto.
Generador termoeléctrico
Gran parte de la electricidad utilizada en Estados Unidos y en todo el mundo procede de centrales termoeléctricas. Este tipo de producción incluye combustibles como el carbón, el petróleo, el gas, la energía nuclear y otros métodos menos utilizados, como la geotermia y la quema de material de desecho. La producción de energía eléctrica supone uno de los mayores usos del agua en Estados Unidos y en todo el mundo. El agua para la energía termoeléctrica se utiliza en la generación de electricidad con generadores de turbina accionados por vapor.
Planta termoeléctrica Bowen, propiedad de Georgia Power Company, desde la carretera 113, Euharlee, condado de Bartow, Georgia. La planta Bowen es una de las mayores centrales eléctricas de carbón de Estados Unidos. Plant Bowen utiliza la refrigeración por recirculación, lo que disminuye la cantidad de agua que debe extraerse.
Uno de los principales usos del agua en la industria energética es la refrigeración de los equipos de producción de energía. El agua utilizada para este fin enfría el equipo, pero al mismo tiempo, el equipo caliente calienta el agua de refrigeración. El agua demasiado caliente no puede devolverse al medio ambiente: los peces que se encuentran aguas abajo de una central eléctrica que libera el agua caliente se verían muy afectados. Por ello, primero hay que enfriar el agua utilizada. Una forma de hacerlo es construir torres de refrigeración muy grandes y rociar el agua dentro de las torres. Se produce la evaporación y el agua se enfría. Por eso las grandes instalaciones de producción de energía suelen estar situadas cerca de ríos, lagos y el océano.
Comentarios
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) son idénticos a los generadores termoeléctricos convencionales en el sentido de que un conjunto de termopares genera energía aprovechando el efecto Seebeck. Sin embargo, la principal diferencia radica en que la fuente de energía que generan es el calor liberado durante la desintegración radiactiva. Los RTG han sido una de las fuentes más populares de generación de energía en satélites, sondas y otros tipos de misiones espaciales no tripuladas, pero una de sus aplicaciones más inusuales fue especialmente popular en los años 70…
Los marcapasos se utilizan para estimular los latidos regulares del corazón cuando el sistema de estimulación eléctrica natural del cuerpo es irregular o no transmite correctamente. A lo largo de los años, se han utilizado diversas fuentes de energía para los marcapasos, incluida la RTG que utiliza plutonio-238. En 2004, todavía se utilizaban 90 marcapasos de origen nuclear en EE.UU., que deben desecharse adecuadamente al ser retirados.
Los termoeléctricos de capa fina suelen tener un grosor de entre 5 µm y 20 µm, frente a los 200 µm de las pastillas más finas utilizadas en los termoeléctricos a granel, lo que da lugar a varias diferencias. El flujo de calor, por ejemplo, es inversamente proporcional al grosor del material termoeléctrico y, por tanto, puede ser más de 20 veces mayor que en los termoeléctricos a granel, lo que da lugar a dispositivos de mayor eficiencia, tanto si se utilizan como refrigeradores como generadores. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el factor de forma delgada hace más difícil mantener una gran diferencia de temperatura entre los dos lados del conjunto de termopares.
Recogida de energía termoeléctrica
Una central termoeléctrica podría utilizar la energía cosechada de las olas del mar para bombear agua fría a través de un intercambiador/generador de calor cerca de la superficie. El intercambiador de calor está hecho de materiales termoeléctricos que pueden utilizar el gradiente de temperatura entre el agua caliente y la fría para generar electricidad. Crédito: Liu. (CC BY 3.0)
Como explica Liu, las centrales termoeléctricas funcionarían aprovechando la energía de las olas del mar para bombear agua fría desde unos cientos de metros de profundidad a través de un largo canal. Cuando el agua fría se acerca a la superficie, entra en un intercambiador de calor donde es calentada por el agua superficial del exterior. El intercambiador de calor actúa como un generador eléctrico, ya que sus tubos están hechos de materiales termoeléctricos que pueden transferir el calor a través de sus paredes y convertir directamente las diferencias de temperatura en electricidad.
Las centrales termoeléctricas oceánicas a gran escala tendrían muchas ventajas. Por un lado, el “combustible” o las diferencias de temperatura son gratuitas, ilimitadas y de fácil acceso. Además, las centrales no ocupan espacio en tierra. Al no tener partes sólidas móviles, tendrían bajos costes de mantenimiento. Además, la producción de energía no depende de la hora del día ni de la estación del año. Y, por último, el método es ecológico, ya que no emite emisiones.