Otimização de micro geradores termoelétricos e a implementação de sistema de medidas de termoeletricidade

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Bocchi, João Henrique Cirilo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Caracterização termoelétrica; Geometria termoelétrica; Gerador termoelétrico; Termoeletricidade; Thermoelectric characterization; Thermoelectric generator; Thermoelectric geometry; Thermoelectricity
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76133/tde-05062023-145130/

A crise energética e as mudanças climáticas globais são uma realidade que devem ser enfrentadas com urgência. A conscientização por meio de acordos internacionais é uma forma muito poderosa de educar a sociedade, mas nada mudará se novas tecnologias renováveis e eficientes surgirem para substituir o domínio dos combustíveis fósseis. Sabendo que 60% da energia produzida é perdida na forma de calor na maioria dos processos industriais/domésticos, recuperar parte desta energia perdida é uma forma adicional de ajudar a resolver este problema. Neste contexto, materiais termoelétricos, que podem converter calor em energia elétrica através do efeito Seebeck, são importantes candidatos a gerar uma energia limpa e renovável. No entanto, tais dispositivos ainda apresentam baixa eficiência de conversão, o que inviabiliza sua ampla aplicação para obtenção de energia limpa. A fim de obter dispositivos termoelétricos altamente eficientes, um estudo baseado em simulação foi realizado para otimizar a geometria de um gerador termoelétrico, em termos de sua eficiência. Aqui, duas geometrias, preenchidas e vazadas, com a mesma área de seção transversal (fator de preenchimento), foram exploradas e simuladas usando o método dos elementos finitos (FEM). As simulações revelaram um aumento na eficiência dos dispositivos com geometrias vazadas, quando comparadas as geometrias preenchidas. Tal comportamento foi observado para dispositivos termoelétricos com comprimentos menores que 0,1mm, onde a mudança na forma geométrica altera a distribuição das diferenças de temperatura ao longo do dispositivo. Além disso, para a aplicação desses materiais em geradores de energia, é importante determinar suas propriedades termoelétricas, ou seja, coeficiente Seebeck, condutividades elétrica e térmica. Portanto, um sistema de medidas para determinar o coeficiente Seebeck de filmes finos poliméricos foi totalmente desenvolvida neste trabalho. O sistema montado internamente foi validado pela medida das propriedades termoelétricas dos filmes finos PEDOT:PSS, um material bem conhecido dentro da eletrônica orgânica e geradores termoelétricos. Por fim, um primeiro dispositivo termoelétrico híbrido foi confeccionado e caracterizado, demonstrando a viabilidade desta tecnologia.