¿Cuál es el potencial de integrar generadores termoeléctricos (TEG) en placas calefactoras para recuperar el calor residual como electricidad?

La parte posterior de una placa calefactora está caliente incluso con aislamiento. Este calor de bajo-grado generalmente tiene una temperatura demasiado baja para aprovecharlo y proporcionar energía mecánica, pero los generadores termoeléctricos (TEG) pueden convertir directamente cualquier diferencial de temperatura en electricidad, que podría usarse para alimentar sensores inalámbricos o indicaciones LED.

Generación termoeléctrica: el efecto Seebeck
Los generadores termoeléctricos utilizan el efecto Seebeck, donde una diferencia de temperatura entre dos conductores diferentes provoca un pequeño potencial eléctrico. Se puede colocar un módulo TEG en un sistema de placa calefactora entre la superficie caliente (parte posterior de la placa) y un disipador frío (aire ambiente o una placa enfriada por agua). Los electrones fluirán desde el lado calentado hacia el lado más frío, generando un voltaje de corriente continua (CC) proporcional al diferencial de temperatura.

Aplicaciones de las placas calefactoras
Si se instala una matriz de TEG en la parte posterior más fría de una placa calefactora en un contexto industrial, podría recolectar suficiente energía para alimentar dispositivos de bajo-consumo, como sensores de temperatura inalámbricos o indicadores LED. Esto significaría que dichos dispositivos ya no necesitarían baterías ni muchos cables, lo que está muy en línea con la tendencia emergente de las aplicaciones industriales de Internet de las cosas (IoT). Por ejemplo, los sensores de temperatura inalámbricos pueden monitorear continuamente el estado de las placas calefactoras y transmitir los datos a los sistemas de control sin requerir cambios de batería ni cableado complejo.

Los generadores termoeléctricos son una aplicación especializada que proporciona-opciones autoalimentadas para detección y monitoreo, lo cual es muy importante para áreas donde es necesario minimizar el tiempo de inactividad y el mantenimiento. Este método de recolección de energía puede ser especialmente útil en aplicaciones donde-se necesitan datos en tiempo real pero donde el cableado o las fuentes de energía serían prohibitivos.

Limitaciones prácticas de los TEG
Sin embargo, existen varios límites con los generadores termoeléctricos. La eficiencia del TEG es relativamente pobre, a menudo oscila entre el 2-5 por ciento, lo que significa que sólo una pequeña fracción de la energía térmica se convierte en electricidad. Para una placa calefactora, la diferencia de temperatura entre la parte posterior calentada de la placa (en el rango de 50 a 100 grados) y el aire ambiente o una superficie enfriada por agua solo puede dar un gradiente de temperatura de 50 a 100 K. Una diferencia de temperatura tan pequeña limita la cantidad de energía que pueden producir los TEG.

La energía eléctrica de los módulos TEG suele oscilar entre milivatios y unos pocos{0}}vatios, según el tamaño del módulo y la diferencia de temperatura. En términos de recuperación general de calor, no supone un gran ahorro de energía, pero es suficiente para aplicaciones de bajo consumo, como sensores inalámbricos, que consumen una energía mínima.

Los TEG también añaden complejidad y costo al sistema. Se debe crear un gradiente de temperatura eficiente seleccionando y colocando los módulos con cuidado. La integración de TEG en un sistema de placa calefactora existente debe planificarse cuidadosamente para no alterar la función principal de la placa.

Consideraciones técnicas
Los módulos TEG son componentes electrónicos de estado sólido sin partes móviles, lo que los hace altamente confiables durante largos períodos de operación. No producen mucho calor por sí mismos, por lo que pueden funcionar de manera eficiente en una amplia variedad de condiciones. Debido a la potencia de salida limitada de los TEG, son más adecuados para situaciones en las que se necesitan pequeñas cantidades de energía que para alimentar equipos o maquinaria más grandes.

En resumen
El uso de generadores termoeléctricos en placas calefactoras para la recuperación de calor residual es una nueva técnica prometedora para la detección autoalimentada en lugar de la recuperación de energía a gran-escala. La energía generada podría usarse para alimentar sensores inalámbricos y equipos de monitoreo, lo que reduciría la necesidad de fuentes de energía externas y reemplazos de baterías.

Es posible que los TEG en placas calefactoras no proporcionen grandes ahorros en términos de recuperación de energía a granel en general, pero son un paso hacia la visión de una fábrica inteligente en la que los dispositivos pueden funcionar de forma autónoma alimentados por el calor que deben manejar. La recolección de energía es un tema emergente que complementa los programas de eficiencia energética y es una dirección prometedora para las aplicaciones industriales de IoT.