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24/10/2022

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR
TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN
CONCENTRADOR SOLAR

TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTAN
VÍCTOR ALFREDO ÁLVAREZ HERNÁNDEZ
HÉCTOR DE LA O DE LA BARRERA

ASESORES
ING. JOSÉ ANTONIO URBANO CASTELÁN
M. EN C. RENE TOLENTINO ESLAVA

MÉXICO, D. F. MAYO, 2014
.INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATEOS"
TEMA DE TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO
POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN
DEBERA(N)DESARROLLAR
INGENIERO ELECTRICISTA
TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL
VICTOR ALFREDO ÁLVAREZ HERNÁNDEZ
HÉCTOR DE LA O DE LA BARRERA
"CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DEL
ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR" .
CONSTRUIR UN GENERADOR TERMOELÉCTRICO DEL ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN
CONCENTRADOR SOLAR.
>- INTRODUCCIÓN.
>- GENERADOR TERMOELÉCTRICO SOLAR.
>- CONCENTRADORES SOLARES.
>- DESARROLLO DEL GENERADOR TERMOELÉCTRICO SOLAR.
>- PRUEBA Y ANÁLISIS DEL GENERADOR TERMOELÉCTRICO SOLAR.
>- CONCLUSIONES.
MEXICO D.F., A 21 ABRIL DEL 2014.
ASESOR
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

AGRADECIMIENTOS

Héctor De la O De la Barrera.
Me gustaría dar las gracias a todas aquellas personas que han hecho posible este proyecto
de tesis. Primero principalmente, a Alonso De la O Ramón y Angélica De la Barrera Moreno,
mis padres y maestros. Les estaré eternamente agradecido por su constante apoyo
incondicional. Yo soy muy privilegiado por su amor y su paciencia.
A Luis De la O De la Barrera, mi hermano, por su constante apoyo y amistad. Su ejemplo
como estudiante me ha motivado a alcanzar mis metas. A mis amigos Sergio Herrera García
y Víctor Álvarez Hernández que han sido mis compañeros en trabajos y proyectos, gracias a
sus contribuciones he alcanzado esta meta.
También quiero agradecer a mis maestros a lo largo de mi carrera especialmente aquellos
que se esforzaron por enseñar y de los cuales aprendí bastante, fueron pocos pero valió la
pena, al Ing. José Antonio Urbano Castelán por su apoyo en el desarrollo del proyecto, por
el material que nos proporcionó para construir el termogenerador eléctrico solar y su guía.
Además quiero agradecer al Ing. René Tolentino Eslava por corregir la parte escrita del
trabajo y su disciplina a lo largo del proyecto.
Deseo agradecer al Instituto Politécnico Nacional, en este caso a la Escuela Superior de
Ingeniería Mecánica y Eléctrica por dejarme ser parte de esta histórica institución y darme las
herramientas necesarias para ser un ingeniero eléctrico capaz de desenvolverme en el
ámbito laboral, a todos aquellos que no mencione que también fueron parte de mi formación
profesional gracias.

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

Víctor Alfredo Álvarez Hernández.
Agradezco a mi familia por el apoyo incondicional que siempre me han prestado en toda la
carrera que se cursó gracias, a mi mamá Valentina Hernández García así como a mi papá
Víctor Álvarez García que me dieron los suficientes recursos necesarios para seguir
trabajando, las enseñanzas que me brindaron fueron básicas para que yo haya terminado
este trabajo y ser alguien en la vida. La vida está llena de sorpresas en la cual uno puede
caer pero decide uno si se levanta o no.
Estar en la carrera estos 4 años y medio también fueron para mí una gran formación, en
especial a los profesores Rene Tolentino, y Guilibaldo Tolentino por la instrucción necesaria
que recibí, así como a mi compañero Héctor De la O De la Barrera que estuvo trabajando
conmigo para que se hiciera posible este trabajo final. Al igual que a Dios por permitirme vivir
así como de las capacidades suficientes para poder hacer las cosas, sin él no seriamos
nada.
Al Instituto Politécnico Nacional que fue una gran institución en el cual, esta carrera de
Ingeniería Eléctrica solo se ofrece en la ESIME Zacatenco que fue una de las mejores
carreras que he recibido para poder hacer por el país algo mas y este siga progresando.

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

CONTENIDO
Pág.
Relación de figuras.
Relación de tablas.
Nomenclatura.
Resumen.
Introducción.

Capítulo 1: Generador termoeléctrico solar.

i
iii
iv
v
vi

1
1.1.- Efecto Seebeck, módulo termoeléctrico comercial. 2
1.1.1. Tipos de materiales semiconductores termoeléctricos. 6
1.1.2. Tipos comerciales de módulos termoeléctricos. 7
1.2.- Funcionamiento de los generadores termoeléctricos. 11
1.3.- Aplicación del generador termoeléctrico como fuente de respaldo
en sistemas aislados de energía.
13

Capítulo 2: Concentradores solares.

15
2.1.- Concentradores no colectores. 16
2.1.1.- Concentradores planos. 17
2.1.2.- Concentradores parabólicos compuestos. 18
2.2.- Concentradores colectores. 19
2.2.1.- Concentradores cilindro parabólicos. 20
2.2.2.- Disco Parabólico. 21
2.2.3.- Helióstato. 22
2.3.- Seguimiento solar. 23

Capítulo 3: Desarrollo del generador termoeléctrico solar.

25
3.1.- Selección del concentrador solar. 26
3.2.- Elección del disipador térmico. 28
3.3.- Elección de materiales a emplear en el concentrador solar. 29
3.4.- Cálculo de la capacidad de generación eléctrica. 31
3.5.- Ensamble del concentrador solar y del disipador térmico. 33

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

Capítulo 4: Pruebas y análisis del generador termoeléctrico solar.

40
4.1.- Instrumentación del generador termoeléctrico solar
4.2.- Mediciones y resultados del prototipo.
41
43
4.2.1.- Primer prototipo del generador termoeléctrico solar. 44
4.2.2.- Segundo modificación del generador termoeléctrico. 46
4.2.3.- Tercera modificación del generador termoeléctrico. 47
4.3.- Análisis de la tensión generada con respecto al gradiente de
temperatura.
49
4.4.- Análisis de la corriente con respecto a la tensión generada. 50
4.5.- Análisis de la potencia eléctrica con respecto a la tensión
generada.

51
Conclusiones 56

Bibliografía 58

Anexo: Ficha técnica del módulo Seebeck TEG1-12610-5.1 61
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

RELACIÓN DE FIGURAS
Figura Título Pág.

1.1 Esquema de un módulo termoeléctrico Seebeck [3]. 2
1.2 Diagrama eléctrico de un termopar [4]. 3
1.3 Elementos semiconductores (Telurio, Bismuto, y Antimonio) [5]. 7
1.4 Módulo Seebeck de temperatura baja [6]. 8
1.5 Módulo termoeléctrico segmentado [12]. 9
1.6 Módulo termoeléctrico de una etapa [12]. 10
1.7 Módulo termoeléctrico de tres etapas [13]. 10
1.8 Elementos de un generador termoeléctrico. 12
1.9 Generador termoeléctrico en sondas espaciales[11]. 14

2.1 Concentrador plano [13]. 18
2.2 Concentrador CPC [13]. 19
2.3 Concentrador PTC [13]. 20
2.4 Disco parabólico [13]. 21
2.5 Helióstato [14]. 22
2.6 Tipos de monturas para seguimiento en 2 ejes [15]. 24

3.1 Representación gráfica de una antena parabólica [13]. 27
3.2 Antena parabólica. 27
3.3 Disipador de temperatura Contac 21 [13]. 28
3.4 Módulo Seebeck de 4.5 cm x 4.5 cm (Termogenerador). 30
3.5 Soporte con giro de 360°. 31
3.6 Concentrador solar parabólico (ensamblado con espejos de 6
mm de grosor).
34
3.7 Soporte del concentrador con giro de azimut de 360° y 180° de
altitud solar.
35
3.8 Ensamble de los elementos (termogenerador). 36
3.9 Receptor térmico. 36
3.10 Disipador térmico Contac 21, ensamblado al módulo
termoeléctrico.
37
3.11 Generador termoeléctrico con soporte mecánico (Primer
prototipo).
38
3.12 Generador termoeléctrico solar inicial. 39

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

Figura

4.1

Titulo

Medición de tensión eléctrica.

Pág.

41
4.2 Medición de la temperatura en el foco caliente. 42
4.3 Medición de la temperatura en el foco frío.

42
4.4 Medición de la corriente eléctrica. 43
4.5 Generador termoeléctrico con soporte. 44
4.6 Gráfica de tensión – Dif. Temperatura del primer prototipo. 45
4.7 Segundo prototipo del generador termoeléctrico. 46
4.8 Gráfica de tensión circuito abierto – Dif. Temperatura. 47
4.9 Generador termoeléctrico final. 48
4.10 Base de aluminio para los espejos. 48
4.11 Cabina del disipador térmico. 49
4.12 Gráfica de Tensión circuito abierto – Dif. Temperatura. 50
4.13 Gráfica de Tensión de circuito abierto con respecto a la
corriente eléctrica generada.
51
4.14 Gráfica de Tensión generada con respecto a la potencia
eléctrica de salida.
53
4.15 Generador termoeléctrico solar final. 54

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

iii

RELACIÓN DE TABLAS
Tabla Título Pág.

1.1 Materiales Semiconductores [5]. 7
1.2 Parámetros de los módulos termoeléctricos [5]. 8

2.1 Concentradores de energía solar [13]. 17

4.1 Tensión de circuito abierto con respecto a la Dif. De temperatura
(14/10/2013).
45
4.2 Tensión de circuito abierto con respecto a la Dif. De temperatura
(22/10/2013).
47
4.3 Tensión de circuito abierto con respecto a la Dif. De temperatura.
(04/11/2013).
49
4.4 Tensión de circuito abierto con respecto a la corriente eléctrica. 50
4.5 Medición de tensión, corriente y potencia eléctrica total. 52
4.6 Costo de los materiales del generador termoeléctrico solar.

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

NOMENCLATURA
Símbolo Descripción Unidades

A Área m2
Aac Área de intercepción m
2
AF Área de absorción m
2
E Diferencia de potencial V
I Corriente eléctrica A
K Conductividad térmica W/(K.m)
L Longitud m
M Masa kg
P Potencia eléctrica W
R Resistencia eléctrica Ω
S Coeficiente Seebeck µV/°C
SA Coeficiente Seebeck A µV/°C
SB Coeficiente Seebeck B µV/°C
T Temperatura °C, K
T1 Temperatura metal A °C
T2 Temperatura metal B °C
V Potencial eléctrico V
V Velocidad del motor rpm
Z Factor de merito Adimensional
Coeficiente de
proporcionalidad
Adimensional
Conductividad eléctrica S/m
∆T Diferencia de temperatura °C
 Eficiencia Adimensional
Grados de libertad °
CPC Concentradores
parabólicos compuestos
Adimensional
CR Razón de concentración Adimensional
FC Factor de Concentración Adimensional
fem Fuerza electromotriz V
FPC Concentradores planos Adimensional

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

RESUMEN
Se realizó la construcción de un generador termoeléctrico solar utilizando como principio
de funcionamiento el efecto Seebeck , el módulo termoeléctrico es el dispositivo principal
del termogenerador, este mismo tiene la capacidad de generar 3.9 V en tensión y una
potencia de 5.1 W, al ensamblar los elementos que conforman el termogenerador se logró
generar energía eléctrica, también se hizo un análisis de los resultados medidos en el
desarrollo del proyecto, después se realizaron modificaciones en el prototipo para
mejorar su rendimiento y obtener un 85 % de la capacidad de generación del módulo.
En el transcurso del proyecto se adaptó un concentrador solar al módulo y un disipador
térmico para aumentar el gradiente de temperatura para generar tensión atraves del
módulo, se diseñó en base a cargas eléctricas de bajo consumo menor a los 14 V de
tensión como lo son baterías de celulares, tabletas electrónicas, laptops, etc. Se utilizó un
ventilador de 12 V como carga para determinar el rendimiento del termogenerador y en
base a los resultados se realizaron las modificaciones en el diseño para crear el prototipo
definitivo.
Al terminar de adaptar las modificaciones en el prototipo y realizar el análisis de los
resultados medidos del generador termoeléctrico solar se obtuvo que el sistema puede
generar 3.33 V de tensión y una potencia eléctrica de 2.43 W, los cuales se pueden
generar con una diferencia de temperatura de 118 ºC que fue el gradiente de temperatura
más alto que se obtuvo del termogenerador, las condiciones en las que se realizaron las
pruebas finales mostraron que el generador termoeléctrico puede satisfacer cargas
eléctricas de consumo equivalentes a la capacidad del módulo que se utilizó que fue
cercano a los 4 V.
El sistema de termogeneración solar que se construyó debe optimizarse aún más ya que
mientras se alcance la eficiencia termodinámica ideal que es cercana a los 150 °C que en
este caso es lo que necesito el módulo que se ocupó, de esta forma se puede generar y
utilizar energía limpia que se puede usar en dispositivos electrónicos que consumen una
baja tensión eléctrica como celulares, laptops, etc. De manera que se obtiene energía
eléctrica durante un tiempo considerable que en este caso es de 34 años el tiempo de
vida del módulo Seebeck, y sustituir el uso de baterías eléctricas que contaminan, y de
esta forma sustituirlas por termogeneradores que no afectan el medio ambiente.

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

INTRODUCCIÓN
Los módulos Seebeck son dispositivos que se encargan de transformar una diferencia de
temperaturas en potencial eléctrico, estos mismos presentan problemas en la
transferencia de calor en sus dos caras, principalmente la fría además de su incapacidad
de absorber temperatura y esto se ve reflejado en su eficiencia termodinámica que es del
5 %. Por lo que se necesita un flujo de calor alto para que el módulo termoeléctrico
funcione, debe alcanzar temperaturas de 100 °C hasta 300 °C dependiendo el módulo
que se utilice.
El propósito del proyecto fue construir un generador termoeléctrico que opere por medio
de la radiación solar concentrada. Para ello en el proyecto se construyó un concentrador
solar parabólico por medio de elementos reflejantes como espejos capaz de proporcionar
una temperatura de 143 °C en el foco caliente del módulo Seebeck TEG1-12610-5.1. Del
mismo modo en la cara fría se le agrego un disipador térmico Contac 21 teniendo una
temperatura de disipación de 21 °C.
Para mantener la diferencia de temperatura 118 °C el concentrador contara con una base
para seguir al Sol a través del día el cual tiene los dos movimientos altitud, azimut y
obtener una mayor eficiencia de este mismo. Como resultado de este fenómeno
termoeléctrico su potencial eléctrico de generación del módulo Seebeck fuecercano a los
4 V de tensión generada capaz de alimentar cargas eléctricas de bajo consumo como
baterías de celulares, tabletas electrónicas, etc. Por eso el objetivo era construir un
prototipo de un generador termoeléctrico solar para satisfacer esas necesidades.
Para lograr lo anterior este trabajo está compuesto de 4 capítulos, en el capítulo uno se
describe lo que es el efecto Seebeck, los tipos de módulos comerciales que existen y las
características internas de los termopares que componen al módulo termoeléctrico. En el
capítulo dos se mencionan los tipos de concentradores solares que existen en la
actualidad y que se adaptan a las necesidades del termogenerador solar. El capítulo tres
muestra el desarrollo de la construcción del generador termoeléctrico solar, se describen
las características y los primeros resultados del termogenerador. Por último el capítulo
describe las pruebas y las mediciones del generador termoeléctrico, al igual se describen
las modificaciones que se realizaron para obtener el prototipo definitivo. Finalmente se
presentan las conclusiones obtenidas en este trabajo.
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

CAPÍTULO 1
GENERADOR
TERMOELÉCTRICO SOLAR

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

1.1.- Efecto Seebeck, módulo termoeléctrico comercial.
El primer efecto de la termoelectricidad fue descubierto en 1821 por Thomas Johann
Seebeck, el cual lo denominó con su propio nombre: efecto Seebeck. Este efecto
termoeléctrico define que una diferencia de temperatura puede convertirse en electricidad.
Seebeck (1770-1831) al observar que la aguja de una brújula se desviaba cuando se
formaba un circuito cerrado de dos metales distintos unidos formando un circuito de dos
empalmes, el cual absorbía una diferencia de temperatura entre las uniones del circuito,
descubrió accidentalmente un campo magnético en el cual fluía una corriente eléctrica
debido a la diferencia de temperatura entre los dos polos de la unión (figura 1.1).
Este fenómeno termoeléctrico, denominado el efecto Seebeck es la base sobre la que se
diseñan los módulos termoeléctricos Seebeck. Un módulo termoeléctrico Seebeck es un
circuito hecho de dos metales distintos, que produce un potencial eléctrico como resultado
de la diferencia de temperatura entre un extremo denominado “punto caliente” y otro
“punto frío”. El efecto Seebeck que desarrollan este tipo de módulos es inverso al efecto
Peltier, descubierto en 1834 por el físico francés Jean Peltier (1785-1845) [2] y otros
fenómenos relacionados con este mismo como el efecto Thomson el cual también es un
fenómeno termodinámico.

Figura 1.1: Esquema de un módulo termoeléctrico Seebeck [3].

Esto se debe a que los metales responden diferente a la diferencia de temperatura,
creando una corriente eléctrica en el circuito, que produce un campo magnético. Seebeck,
en ese momento no reconoció una corriente eléctrica implicada, así que llamó al
fenómeno efecto termomagnético, pensando que los dos metales quedaban
magnéticamente polarizados por el gradiente de temperatura. Después Hans Christian
Oersted jugó un papel vital en la concepción del término “termoelectricidad”.
http://es.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BAjula
http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico
http://es.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_%C3%98rsted
http://es.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_%C3%98rsted
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

El efecto es que la fuerza electromotriz se crea en presencia de una diferencia
de temperatura entre dos metales o semiconductores diferentes. Esto ocasiona una
corriente continua en los conductores formando un circuito completo. La diferencia de
potencial creada es del orden de µV/°C. Una de esas combinaciones, cobre-constatano,
tiene un coeficiente Seebeck de 41 µV/°C a temperatura ambiente. En el circuito siguiente
el potencial eléctrico obtenido puede ser derivado de la siguiente forma (figura 1.2)[1]:

V =

- (T)) dT (1.1)

Dónde: SA y SB = Coeficientes, en µV/°.
T1 y T2 = Temperaturas de los dos metales.
Los coeficientes Seebeck también son llamados potencia termoeléctrica o termopotencia,
en este caso aplicando el ejemplo a los subíndices de los metales A y B en función de la
temperatura.

Figura 1.2: Diagrama eléctrico de un termopar [4].

Los coeficientes Seebeck son lineales en función de la temperatura y dependen de la
misma, del material y de la estructura molecular de los conductores. Si los coeficientes
Seebeck son efectivamente constantes para el intervalo de temperatura medida, la
ecuación anterior puede aproximarse como:

V = (SB – SA) (T2 – T1) (1.2)
http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre
http://es.wikipedia.org/wiki/Termopotencia
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

La diferencia de potencial es proporcional a la diferencia de las temperaturas a que se
encuentran las juntas soldadas del circuito termoeléctrico:

E = α T (1.3)
O en forma diferencial
dE = αdT (1.4)
Dónde:
E = FEM termoeléctrica en V.
= es un coeficiente de proporcionalidad adimensional.
De la ecuación (1.3) se deduce que es numéricamente igual al valor de la FEM
termoeléctrica que aparece en el circuito cuando la diferencia de temperaturas a la que se
hallan las caras es igual a 1 °C. En el caso general, la magnitud es función de la
temperatura. No obstante, para simplificar se considera que no depende de la
temperatura. Ahora integrando la ecuación (1.2.), y considerando que se
obtiene [1]:

E1 – E2 = (T1 – T2) (1.5)
Dónde los subíndices 1 y 2 se refieren a las juntas soldadas, caliente y fría,
respectivamente del circuito termoeléctrico. Si este circuito se cierra por medio de una
resistencia eléctrica exterior cualquiera (devanado de un motor eléctrico, calentador
eléctrico, etc.), en el circuito termoeléctrico se producirá una corriente. Si se invierten las
temperaturas de las juntas soldadas (si la junta que estaba a la temperatura T1 se coloca
en el medio cuya temperatura es T2, y la otra junta, que se encontraba a la temperatura T2
se ubica en medio, la temperatura es T1), en el circuito se producirá una corriente igual en
magnitud a la que existía cuando las juntas estaban a las temperaturas anteriores, pero
que circulara en sentido contrario [3]. El factor de mérito para dispositivos termoeléctricos
se define como:
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

(1.6)
Dónde:
S = es la conductividad eléctrica en S/m.
K = es la conductividad térmica en W/((K).(m)).
Z = es el coeficiente de Seebeck o termopotencia (convencionalmente en
V/°C
Esto se expresa más comúnmente como la cifra adimensional de mérito ZT
multiplicándola con la temperatura media ((T2 + T1) / 2). Los valores más grandes de ZT
indican una mayor eficiencia termodinámica, sujeto a ciertas disposiciones, en particular el
requisito es que los dos materiales de la pareja tienen valores de Z similares. Por lo tanto,
ZT es una figura muy conveniente para la comparación de la eficacia potencial de los
dispositivosque utilizan diferentes materiales. Los valores de ZT = 1 se consideran
buenas, y los valores de al menos en promedio de 3 a 4 se consideran esenciales para
termoeléctricas para competir con la generación mecánica y refrigeración en la eficiencia.
Hasta la fecha, los mejores valores de ZT reportados han estado en el intervalo de 2 a 3.
En los materiales termoeléctricos se ha centrado en aumentar el coeficiente de Seebeck y
la reducción de la conductividad térmica, en especial mediante la manipulación de la
nanoestructura de los materiales [4]. El efecto Seebeck se usa comúnmente en
dispositivos llamados termopares (porque está hecho de una unión de materiales,
generalmente metales) para medir una diferencia de temperatura directamente o para
medir una temperatura absoluta colocando un extremo a una temperatura conocida.
Una sonda metálica mantenida a una temperatura constante en contacto con un segundo
metal de composición desconocida puede clasificarse por este efecto termoeléctrico.
Instrumentos de control de calidad industriales usan este efecto Seebeck para identificar
aleaciones metálicas lo cual se conoce como clasificación termoeléctrica de la aleación.
Varios termopares cuando se conectan en serie son llamados termopila, la cual se
construye a veces para aumentar la diferencia de potencial de salida ya que este
potencial eléctrico inducido sobre cada acople es bajo.
http://es.wikipedia.org/wiki/Termopar
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Termopila&action=edit&redlink=1
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

1.1.1. Tipos de materiales semiconductores termoeléctricos.

El proceso de termoelectricidad sólo ocurre en ciertos materiales especialmente en los
semiconductores (los materiales con los que se fabrican los micro-controladores). El
problema fundamental para crear materiales termoeléctricos eficientes es que necesitan
ser muy buenos transmitiendo la electricidad pero no el calor. Cada material
termoeléctrico tiene propiedades óptimas en un intervalo de temperatura, por ejemplo
para materiales de temperatura baja su intervalo de operación va de 30 °C hasta 176.85
°C corresponde a aleaciones BiTe y su derivado base de Sb y Se.

Para materiales de temperatura media (500 K a 800 K) en específico de aleaciones PbTe,
finalmente para temperatura alta su intervalo alcanza los 1300 K con la aleación SiGe.
Existen otros materiales con buenas propiedades térmicas tales como BiSb de tipo n,
aleaciones de tipo p como (Te-Ge-Sn-Ag) y el compuesto FeSi2 pero su uso está limitado
debido a diversas dificultades técnicas: tasa alta de sublimación o baja resistencia
mecánica o la ausencia de sus respectivas contrapartes en el tipo p o n. La aleación BiTe
tiene muy buenas propiedades termoeléctricas y la gama de aplicaciones es de alrededor
de temperatura ambiente o sea los 21 °C.
El bismuto es un semi-metal, el telurio es un metaloide que uno de los puntos interesantes
de este compuesto es que el coeficiente Seebeck depende de la composición química.
Por lo tanto modificando ligeramente la estequiometria es posible obtener coeficiente
Seebeck positivo o negativo es decir para obtener un material de tipo n o p. Para los
compuestos de teluro de plomo estos se utilizan en las aplicaciones de generación de
energía (figura 1.3) [5].
Actualmente, los materiales termoeléctricos tienen un rendimiento energético bajo, sólo un
8%. Una generación de materiales nueva en la que se añade antimonio y plomo al
semiconductor de teluro de plomo, produce un material termoeléctrico que es más
eficiente en las temperaturas altas que los materiales existentes, alcanzando el 14% de
eficiencia. La meta a largo plazo es alcanzar el 20% de eficiencia.
http://www.cienciapopular.com/n/Tecnologia/OLEDs/OLEDs.php
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

La clave para hacerlos prácticos ha sido crear materiales semiconductores especiales en
los cuales se crearon diminutos patrones para alterar el comportamiento de los
materiales. Esto puede incluir la incorporación de nanopartículas o nanocables en una
matriz de otro material.
Estas estructuras nanométricas interfieren con el flujo de calor pero permiten a la corriente
eléctrica fluir libremente. Entre los semiconductores comunes se encuentran elementos
químicos y compuestos, como el silicio, el germanio, el selenio, el arseniuro de galio, el
seleniuro de zinc y el teluro de plomo (tabla 1.1). Para incrementar el nivel de la
conductividad se provocan cambios de temperatura, de la luz o se integran impurezas en
su estructura molecular. Estos cambios originan un aumento del número de electrones
liberados (o bien huecos) conductores que transportan la energía eléctrica.

Tabla 1.1 Materiales Semiconductores [5].
Materiales tipo (P) Materiales tipo (N)
Antimonio Zinc
Silicio Germanio

Figura 1.3: Elementos semiconductores (Telurio, Bismuto y Antimonio) [5].

1.1.2. Tipos comerciales de módulos termoeléctricos.

En los módulos de generación (TGM) hay un factor importante para el desempeño de
estos generadores termoeléctricos (módulos) el cual está directamente relacionado con la
eficiencia de los materiales que lo componen, la pureza, el grado de conductividad
térmica entre otros aspectos (tabla 1.2). Por el momento los fabricantes se concentran en
la eficiencia del proceso de fabricación, ya que los materiales semiconductores aun no
son capaces de aumentar su eficiencia del 5%, por ello solo se enfocan el sistema que
http://www.cienciapopular.com/n/Tecnologia/Nanotecnologia/Nanotecnologia.php
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

lleva acabo el módulo para generar electricidad y comercializar sus generadores con un
alto nivel de confianza.
Algunos factores que también se involucran en su fabricación es la fuerza de presión
aplicada sobre los materiales de la superficie debe ser no menos de 12-15 kg/cm2, así
también la temperatura de la cara caliente no deberá superar los 200 °C, por eso los
módulos termoeléctricos tienen bases de cerámica que protegen los termopares de esta
forma pueden soportar temperaturas más altas. En la tabla 1.2 se muestran los
parámetros de los cristales del módulo.
Tabla 1.2 Parámetros de los módulos termoeléctricos [5].

Tipos de
Cristales

Pureza

Conductividad
Térmica (K)

Seebeck

Resistividad
(ROU)

La figura
de mérito
(Z)
Cristales
tipo P
99.99% 16 – 18 w/cm*c 210 a 235
µV
1050 - 1200 2,55 a
3,410 –K-
Cristales
tipo N
99.99% 18 – 20 w/cm*c 205 a 230
µV
950 - 1200 2,34 a
3,210 –K-

En el módulo de TGM-127-1.0-2.5: 127 termopares (254 elementos termoeléctricos), cada
elemento tiene la sección transversal de 1.0 mm × 1.0 mm y es 2.5 mm de alto (figura
1.4).

Figura 1.4: Módulo Seebeck de temperatura baja [6].

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO DE ESTADO SÓLIDO EMPLEANDO UN CONCENTRADOR SOLAR

Módulo termoeléctrico "segmentado".
En general, los materiales empleados en la fabricación de módulos de conversión
termoeléctrica sólo son eficaces en un determinado intervalo de temperaturas. Así, por
ejemplo, la aleación SiGe usada para alimentar la sonda Voyager sólo es eficaz a
temperaturas superiores a los 1 000 K aproximadamente. En aplicaciones en las que el
intervalo de temperaturas de trabajo es muy grande, se utiliza el módulo termoeléctrico
que está segmentado [11].
Un módulo construido de esta manera permite lograr un rendimiento de conversión del 5
% de eficiencia, la potencia eléctrica o una extracción de calor se determina según el
material del módulo, en este proyecto se utilizó el modelo TEG ModuloTEG1-12610-5.1
que genera una potencia de 5.1 W, lo que indica que es más elevada que si cada rama
estuviera compuesta de un único material. Los mejores rendimientos logrados en
laboratorio con este tipo de módulos son actualmente próximos al 15% de eficiencia (lo
que significa que el 15% del calor que recorre el material es convertido en potencia
eléctrica). Los módulos segmentados resultan mucho más caros que los módulos
"simples", lo que restringe su empleo a aplicaciones en las que el coste no resulta un
factor decisivo a la hora de la elección.
El módulo termoeléctrico segmentado que se ilustra en la figura 1.5 que muestra un
circuito bi-metálico donde se obtiene un gradiente de temperatura de 700 ºC de diferencia
entre la zona caliente y la fría, aunque en la actualidad ningún material conocido es eficaz
en todo este intervalo de temperatura. Cada una de las dos ramas del par está entonces
formada por varios materiales (en el caso representado dos para la rama N y tres para la
rama P). La longitud de cada uno de los materiales se elige de forma que sean utilizados
en el intervalo de temperaturas en el que sean más eficaces.

Figura 1.5: Módulo termoeléctrico segmentado [12].

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Módulo termoeléctrico de una etapa (Single-Stage).
Estos módulos termoeléctricos son diseñados para soportar medianas temperaturas de un
intervalo de100 °C a 200 °C y requiere de especificaciones de capacidad de bombeo de
calor. Las aplicaciones típicas que se usan en este son: fuentes termales de referencia
para calibración, la estabilización de la temperatura de bolómetros y detectores
ferroeléctricos, matrices de diodos láser en los sistemas de fibra óptica, y el
mantenimiento de viscosidad constante de impresoras de inyección de tinta (figura 1.6).

Figura 1.6: Módulo termoeléctrico de una etapa [12].

Módulo termoeléctrico de varias etapas (Multi-Stage).
Un módulo multi-stage se construye al incrementar el número de etapas y con ello el
número de termopares, en la parte superior de cada etapa del arreglo de termopares
actúa como un disipador de calor, ya que el calor es absorbido por el módulo de la etapa
anterior. Como el número de etapas aumenta la diferencia de temperatura incrementa
por lo que la disipación de calor debe incrementar también. Este sistema tienen un
arreglo de forma piramidal y estos pueden ser de tres o cuatro etapas (figura 1.7) [11].

Figura 1.7: Módulo termoeléctrico de tres etapas [11].

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1.2.- Funcionamiento de los generadores termoeléctricos.

El principio de funcionamiento de un generador termoeléctrico es que este convierte
directamente el calor en electricidad. El calor induce la circulación de una corriente
eléctrica al fluir desde una fuente de energía calorífica a través del módulo termoeléctrico
(termopila). Para generar electricidad mediante el efecto termoeléctrico se necesitan un
módulo termoeléctrico y una diferencia de temperatura entre ambas caras del mismo.
Dado que la circulación de corriente eléctrica también genera transferencia de calor, las
fuentes caliente y fría deberán aportar y disipar calor continuamente para mantener esa
diferencia (figura 1.8) [9]. En la práctica los elementos básicos de los generadores
termoeléctricos son tres:

1) Fuente caliente: quemador o calefactor catalítico a gas en casi todos los casos
(radiación de calor).
2) Dispositivo de conversión de energía: módulo termoeléctrico o termopila.
3) Fuente fría: disipador de aluminio aletado, tubos refrigerantes o radiadores.

El corazón de un generador termoeléctrico es el módulo termoeléctrico sellado de
elementos semiconductores de plomo-estaño-telurio. Este módulo extremadamente
durable provee un medio químicamente estable a los elementos termoeléctricos
asegurando una larga vida de servicio que va entre 200 000 horas a 300 000 horas. De
un lado de la termopila se instala un quemador de gas, mientras que el otro lado se
refrigera mediante un disipador de aluminio aletado o un sistema de tubos refrigerantes.
El grupo generador se mantiene una temperatura de aproximadamente 540 °C en el lado
caliente y 140 °C en el lado frío. El flujo de calor a través de la termopila genera
electricidad (corriente continua) en forma estable sin usar partes móviles. Un módulo
termoeléctrico o termopila consiste generalmente en varios elementos semiconductores (a
veces cientos de ellos) con dopaje P y N conectados eléctricamente en serie y
térmicamente en paralelo.
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Las propiedades de conversión del par de materiales termoeléctricos que constituyen un
módulo no son exclusivamente intrínsecas, también dependen de la geometría del
sistema (longitud y sección de las ramas del módulo) que influye a su vez en la resistencia
eléctrica R y la conductividad térmica K de las ramas. En efecto, resulta necesario que K
sea lo bastante reducida para que un gradiente térmico pueda mantenerse, pero también
debe ser del valor suficiente como para que el calor pueda recorrer el módulo: si K es
nulo, no hay propagación de temperatura sobre el módulo y entonces no hay conversión
[10].
Del mismo modo, R debe elegirse de manera que se alcance el mejor compromiso posible
entre la potencia eléctrica y la diferencia de potencial eléctrica. Una vez elegidos los
materiales que forman el módulo (gracias al factor de mérito ZT), es necesario optimizar la
geometría del sistema para poder conseguir el rendimiento de la conversión, la potencia
eléctrica o la mayor extracción de calor posible en función de la aplicación del módulo.

Figura 1.8: Elementos de un generador termoeléctrico.

Los generadores complementan diversos sistemas eléctricos auxiliares, como el ajuste de
aire acondicionado en sistemas de refrigeración y generación de tensión eléctrica. Debido
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a la alta fiabilidad de los suministros de energía termoeléctrica que se han utilizado
durante años para proporcionar potencial eléctrico en misiones espaciales donde la
energía solar está disponible y el espacio proporciona un alto diferencial de temperatura
porque su temperatura es de -180 °C. Dos ejemplos de las muchas misiones espaciales
que han confiado en fuentes termoeléctricas son el "Voyager", que fue enviado al espacio
profundo y ha operado con éxito durante más de los 20 años y las misiones "Apolo"
lunares.

1.3.- Aplicación del generador termoeléctrico como fuente de respaldo
en sistemas aislados de energía.
La confiabilidad de las extensiones de redes eléctricas en áreas remotas suele ser muy
baja, no siendo suficiente para sistemas críticos. Los generadores termoeléctricos tienen
en general una confiabilidad mucho mayor. Los costos de capital y cargos por servicio
asociados al tendido de líneas eléctricas hasta áreas remotas suelen ser prohibitivos, a
menos que la distancia a cubrir sea muy corta. La instalación de un generador
termoeléctrico para satisfacer la demanda de energía localizada es, en general, una
solución más económica.
Las aplicaciones principales son la alimentación de instalaciones de protección catódica y
SCADA en ductos y pozos. Se usan también en repetidoras de telecomunicaciones. La
gran mayoría de las cargas de protección catódica y SCADA remotas en los gasoductos
está alimentada por TEG, así como gran parte de las instalaciones similares de las demás
transportadoras y distribuidoras de gas de la Argentina. Los generadores termoeléctricos
son una alternativasencilla, altamente confiable y económicamente conveniente para
solucionar el problema de la alimentación eléctrica de cargas de hasta 2 000 W en áreas
remotas [9].
Diseñados priorizando la confiabilidad, bajo costo a lo largo del ciclo de vida, facilidad de
mantenimiento y desempeño a largo plazo, teniendo en cuenta climas extremos y
restricciones de acceso para mantenimiento y reabastecimiento [11].Hay una gran
variedad de tecnologías y diseño caso por caso para obtener la solución de energía
remota más económica y confiable para cada aplicación, lugar y clima. Ideal para
aplicaciones de telecomunicaciones remotas.
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En los Estados Unidos por ejemplo las Industrias Marlow es líder global en soluciones de
termoeléctrica, se ha empleado en el telescopio Hubble, las estaciones MIR Space, el
Observatorio Chandra de rayos X, y en el Transbordador Espacial de la Agencia Espacial
Europea.Hay otras numerosas aplicaciones internacionales, ya que los módulos
termoeléctricos con lo que cuenta permite mantener condiciones de alto vacío, ofrece alta
resistencia a la vibración y ensamblados con alta fiabilidad cuando se utilizan en entornos
difíciles, a distancia y en el espacio. Actualmente todas las sondas espaciales llevan
consigo un generador térmico a base de una fuente nuclear radioactiva que calienta una
cara del generador termoeléctrico, la otra cara del disipador es enfriado por el frío de 5 K
a 10 K del espacio interestelar teniendo así una fuente de energía de larga vida (figura
1.9).

Figura 1.9: Generador termoeléctrico en sondas espaciales [11].

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CAPÍTULO 2
CONCENTRADORES
SOLARES

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2.1.- Concentradores no colectores.

Dos tipos de concentradores pertenecen a esta categoría:

- Concentradores Planos (FPC)
- Concentradores Parabólicos Compuestos (CPC)

Existen dos tipos de concentradores solares: los que no concentran una imagen
(estacionarios) y los que concentran una imagen. Un concentrador que no concentra
imagen tiene usualmente un área de absorción (también llamada área de la imagen o
área de zona focal) cercana al área de intercepción, mientras que un concentrador
captador de imagen usualmente tiene una superficie reflectante cóncava y focaliza la
radiación incidente en un área pequeña incrementando el flujo radiactivo. La razón entre
el área de intercepción (Aac) y el área de absorción (AF) es conocida como razón de
concentración (CR) de un concentrador, es una propiedad relevante e intrínseca de cada
uno de ellos. Puede ser definida como [12]:

CR = Aac / AF(2.1)
Dónde:

CR = razón de concentración, adimensional.
Aac = área de intercepción en m
2.
AF = área de absorción en m
2.

En la tabla 2.1 se mencionan los intervalos de concentración solar de los diferentes tipos
de concentradores solares que existen y el tipo de superficie de absorción que tienen en
este caso se manejan tres opciones que son focal, tubular y plano. También se
proporciona información acerca de la razón de concentración, que es un valor
adimensional.

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Tabla 2.1. Concentradores de energía solar [13].

Seguimiento

Tipo de Concentrador

Tipo de Absorbente

CR(*)

Intervalo de
Temperatura(ºC)

Estacionario
Plano(FCP) Plano 1 30-80
Tubo evacuado(ETC) Plano 1 50-200
Parabólico compuesto (CPC) Tubular 1-5 60-240

En un eje
Reflectores Fresnel (LFR) Tubular 10-40 60-250
Cilindro parabólico(PTC) Tubular 15-45 60-300
Cilíndrico (CTC) Tubular 10-50 60-300

En dos ejes
Disco Parabólico (PDR) Focal 100-1 000 100-500
Helióstato (HFC) Focal 100-1 500 150-2 000
(*) CR= Razón de Concentración

2.1.1.- Concentradores planos.

Un concentrador plano típico se muestra en la figura 2.1. Cuando la radiación solar pasa a
través del vidrio cobertor e incide sobre la superficie absorbente, una gran cantidad de
esta energía es transferida directamente al líquido dentro de los tubos (comúnmente
agua), y este es luego almacenado u ocupado. Las zonas posteriores y laterales del
concentrador deben estar muy bien aisladas del medio externo para reducir las pérdidas
por conducción. Los tubos están unidos entre ellos en ambos extremos por tubos de
mayor diámetro.

El vidrio cobertor es muy importante ya que aísla a la superficie de absorción del medio
ambiente, reduciendo las pérdidas por convección. Este vidrio también es transparente a
longitudes de onda corta provenientes desde el sol, pero es opaco a las longitudes de
onda larga emitidas por la superficie de absorción; con lo cual disminuye al mínimo las
pérdidas por radiación.

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Este tipo de concentradores está usualmente fijo y no necesita seguir al sol. Para obtener
una mayor eficiencia, los colectores deben estar mirando en dirección norte e inclinados
en un ángulo igual a la latitud del lugar, este tipo de concentradores son utilizados
principalmente para sujetar celdas fotovoltaicas debido a que la estructura de las celdas
son planas lo que beneficia a ese tipo de dispositivos eléctricos, al igual se usan para
sostener superficies reflejantes que proyectan los rayos del sol en un punto determinado
(puede variarse el ángulo según la estación del año) [13].

Figura 2.1: Concentrador plano [13].

2.1.2.- Concentradores parabólicos compuestos.

Estos concentradores tienen la capacidad de reflejar al foco lineal toda la radiación
incidente que captan. Usando múltiples reflexiones internas, cualquier radiación solar que
entre al concentrador dentro de su ángulo de aceptancia (θc), llega a la superficie
absorbente que está en el fondo del concentrador (figura 2.2).

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Figura 2.2: Concentrador CPC [13].

2.2.- Concentradores colectores.

Los concentradores captadores presentan ciertas ventajas con respecto a los
concentradores planos convencionales (FPC) [12]. Las principales son:

 El fluido de trabajo llega a temperaturas mayores en un concentrador captador,
tomando la misma superficie del concentrador en ambos. Esto significa que se
puede lograr una mayor eficiencia termodinámica.

 Dado que la superficie absorbente es pequeña (con respecto al área total del
concentrador), ocupar superficies de absorción selectivas y ocupar zonas de
vacío para disminuir pérdidas (y por lo tanto la eficiencia del concentrador) son
alternativas económicamente viables.

También ofrecen desventajas comparativas [14] las principales son:

 Los concentradores captadores sólo utilizan la radiación directa y no la difusa.
 Es necesario implementar un sistema de seguimiento solar con los
concentradores.
 El reflectante del concentrador puede perder sus propiedades con el tiempo y
requiere mantenimiento periódicamente.

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Los concentradores que entran en esta categoría son:

 Concentradores cilindro parabólicos (PTC).
 Disco parabólico (PDR).
 Helióstato.

Estos concentradores son ideales en la construcción de un sistemade generación
eléctrica, ya que su capacidad de concentración se adapta de forma fácil y sencilla de
cualquier sistema de generación.

2.2.1.- Concentradores cilindro parabólicos.

Una característica importante de estos concentradores es que pueden lograr
temperaturas hasta los 400 °C con una buena eficiencia termodinámica cercana al 5%.
Tienen aplicaciones tanto en generación de energía eléctrica como en calentamiento de
agua, pudiendo para esta última aplicación ser construidos con materiales ligeros y
económicos, lo cual disminuye el costo de inversión inicial y facilita el seguimiento solar.
Estos concentradores se construyen doblando una lámina de material reflectante con
forma parabólica. Un tubo metálico de color negro, recubierto con un tubo de vidrio para
disminuir las pérdidas de calor, se debe colocar a lo largo de la línea focal como receptor
(figura 2.3).

Figura 2.3: Concentrador PTC [13].

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Cuando la parábola es orientada hacia el sol, los rayos paralelos incidentes en el
concentrador son reflejados hacia el foco lineal. Es suficiente hacer seguimiento solar en
un solo eje de rotación. Este tipo de concentradores no se ocupa, la mayoría de las
veces, en forma individual, sino que en forma grupal y estando los tubos receptores
conectados entre ellos.

Este tipo de tecnología es la más avanzada dentro de las tecnologías solares, debido a la
gran experimentación que se ha realizado con ellos y a la formación de un pequeño grupo
de industrias que construyen y venden estos concentradores.

2.2.2.- Disco Parabólico

Esquemáticamente, un concentrador parabólico se puede representar como en la figura
2.4. Cuando este colector enfrenta al sol, la radiación incidente se concentra en su foco.
Por lo anterior, debe seguir al sol en sus dos grados de libertad (altitud y azimut) [13].

Figura 2.4.- Disco parabólico [13].

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El receptor colocado en el foco, absorbe la radiación solar y la traspasa en forma de calor
a un fluido circulante. La energía calorífica presente en el fluido puede ser convertida a
electricidad mediante el uso de un motor generador dispuesto en el foco o puede ser
transportada a través de una red de tuberías a un receptor central y servir para diversos
propósitos. La temperatura en el receptor puede sobrepasar los 1 500 ºC. Los
concentradores parabólicos tienen ventajas importantes con respecto a otros colectores
[12]:
 Debido a que siempre están apuntando al sol, son el sistema de concentración
solar más eficiente.
 Tienen concentraciones entre 600 ºC a 2 000 ºC.
 El concentrador como módulo se puede ocupar de manera independiente o ser
parte de un campo de concentradores.

2.2.3.- Helióstato

Para obtener altos niveles de radiación de energía solar, es necesario disponer de varios
espejos planos dispuestos en un campo con seguimiento solar de altitud-azimut y
reflectando la radiación incidente en cada uno de ellos a un foco receptor común, como se
observa en la figura 2.5.

Figura 2.5: Helióstato [14].
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Generalmente, en el receptor se genera vapor de agua a presión y temperatura alta. Esta
agua se lleva mediante un sistema de distribución a un receptor central donde se puede
almacenar y ocupar para generar energía eléctrica. Se pueden obtener concentraciones
entre 300 K y 1 500 K, teniendo el foco un flujo radiación solar entre 200 kW/m2 y 1 000
kW/m2, obteniéndose temperaturas por sobre los 1 774 K.

2.3.- Seguimiento solar

Con el fin de maximizar la energía solar que llega al receptor, un sistema de seguimiento
solar debe ser desarrollado. En un concentrador parabólico es muy importante, ya que los
rayos que inciden de manera paralela a la línea focal inciden en el foco y por lo tanto es
necesario estar apuntando al sol en todo momento. Un sistema de seguimiento eficiente
que pueda seguir al sol con un cierto nivel de certeza (la certeza depende de la aplicación
que se requiera), además de regresar al colector a su posición en el ocaso a una posición
de espera del sol en el amanecer y también que pueda seguir al sol aun cuando haya
existencia de nubes en forma intermitente.

Adicionalmente, el sistema de seguimiento también puede ser usado para proteger al
concentrador ante la presencia de condiciones adversas de trabajo, como ráfagas de
viento intensas, sobrecalentamiento del motor Stirling o falla en el flujo del fluido de
enfriamiento. Varias formas de seguimiento solar han sido desarrolladas, pasando de las
monturas Ecuatoriales hasta el seguimiento altazimutal. Actualmente, debido al desarrollo
de la electrónica, el seguimiento altazimutal es el más utilizado.

En este tipo de seguimiento, se utilizan dos motores (un motor por eje de giro) los cuales
son controlados electrónicamente a través de sensores (por ejemplo fotodiodos) que
detectan la radiación solar incidente. Cuando la radiación sobre un sensor disminuye,
entonces se da la orden de giro en el eje correspondiente [8]. El diseño de la montura
solar que soporta a los motores, al sistema electrónico, al motor Stirling y al concentrador
es importante.

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En la figura 2.6 se pueden ver las monturas más ocupadas para seguimientos en los dos
grados de libertad, en este caso azimut solar y altitud solar [13, 14].

Figura 2.6: Tipos de monturas para seguimiento en 2 ejes [15].

Las velocidades medias de desplazamiento del sol promedian los 15 º / hora, dada esta
velocidad baja de desplazamiento, los sistemas de seguimiento no requieren de motores
con alta potencia, sino con alto torque; que son capaces de sacar al sistema de la inercia
y hacer giros del sistema en torno a los 5 º. Una manera de limitar este torque, que puede
llegar a ser muy alto, es balancear el sistema con el uso de un contrapeso [10]. Un
sistema razonablemente balanceado debería ocupar motores con potencias del orden de
decenas de Watts. Es deseable que el sistema de seguimiento tenga dos velocidades:
una velocidad lenta para seguir el sol y una velocidad rápida para hacer mantenciones y
para volver en la noche a su posición de amanecer.

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CAPÍTULO 3
DESARROLLO DEL
GENERADOR
TERMOELÉCTRICO SOLAR

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3.1.- Selección del concentrador solar.

El concentrador solar cuya función es la de captar los rayos solares en un determinado
punto, como ejemplo de estos son: el concentrador disco parabólico que se compone de
una lámina parabólica, y en la parte central de la lámina se encuentra un tubo de color
negro forrado de vidrio, de tal manera que los rayos incidentes chocan al tubo, que se
coloca a lo largo de la línea focal donde se concentran los rayos solares.
El concentrador parabólico tiene el foco o receptor ubicado en medio de la parábola del
concentrador solar, este mismo se ubica perpendicularmente a la radiación del sol, la
radiación se concentra en ese punto y hay un calentamiento. En el foco se encuentra un
receptor que absorbe la radiación solar, que esta energía es transferida en forma de calor
a un fluido circulante que la energía calorífica presente en el fluido puede ser convertida a
electricidad.El concentrador de torre central compuesto de espejos usado para concentrar altos
niveles de radiación de energía solar, requiere de varios espejos, dispuestos en un
campo de terreno, y el receptor se encuentra en la parte superior de la torre, donde
contiene agua, al recibir los rayos solares este genera vapor el cual activa una turbina
interna en la torre que alimenta al generador eléctrico que genera una tensión eléctrica.
En este caso al ver la forma de construcción de cada uno de estos concentradores, los
materiales que se van a requerir, así como también el tipo de carga que va a alimentar, y
el tamaño, se concluye que el adecuado para la construcción de este generador fue el
disco parabólico. Además también la parábola es una curva formada por los puntos que
están a la misma distancia de un punto concreto, denominado foco, y de una recta
concreta llamada directriz.
La parábola volumétrica tiene dos ejes de simetría, que es la recta que pasa por su foco y
por el punto más bajo (o más alto, según la posición de la directriz respecto del foco) de la
misma, que es el vértice de la parábola. Cuando los rayos solares llegan directamente a la
antena, estos son paralelos al eje de simetría de la parábola, donde son reflejados por la
misma hacia su foco.

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Por cada segmento de la antena parabólica, se obtiene el rayo incidente que llega a la
parábola e incide directamente en su punto de concentración (figura 3.1).

Figura 3.1: Representación gráfica de una antena parabólica [13].

Las dimensiones de la antena son las siguientes: de ancho tiene una longitud de 0.67 m y
de largo 0.62 m, así como el brazo de la antena las dimensiones que tiene son: de largo
0.38 m, el ancho de 0.05 m con un grosor de 0.022 m. La superficie de la antena es
metálica, con un recubrimiento de pintura que evita que se oxide la superficie de la
misma. Esta misma antena cuenta con una base que se sujeta a la pared o a la superficie
del suelo por medio de tornillos (figura 3.2).

Figura 3.2: Antena parabólica.
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3.2.- Selección del disipador térmico.

Debido a que los generadores termoeléctricos trabajan con un diferencial térmico, es
necesario un disipador de temperatura para incrementar este diferencial. La mayoría de
los disipadores térmicos cuentan con las mismas características de fabricación y cuya
función es el enfriamiento del CPU de una computadora por medio del ventilador. Los
siguientes disipadores como el Contac 16 y el Silent 1156 fueron opciones que se tenían
para ensamblar al módulo Seebeck, los cuales cumplen con las características
estructurales y de disipación térmica con el propósito de aumentar la diferencia de
temperatura entre la parte caliente y la parte fría del módulo Seebeck.
Los dos disipadores tienen dimensiones semejantes, además las características de su
estructura se ajustan al tamaño del concentrador y del módulo termoeléctrico, los dos
aspectos principales de la elección fue el peso y el área de disipación, usando el área del
módulo Seebeck como referencia. El disipador térmico Contact 21 fue el disipador que se
eligió para hacer el trabajo, ya que su tamaño y área de disipación se ajustan al módulo
Seebeck TEG1-12610-5.1, al realizar la primer prueba sobre el concentrador solar, dieron
como resultado que la generación de energía eléctrica fuese más rápida. Se logró que el
polo frío del módulo estuviese dentro de un rango de temperatura aceptable de 30 ºC a 50
ºC y que la diferencia de temperatura entre el foco caliente y el frío aumentara, se colocó
un disipador Contac 21 en el polo frío del módulo Seebeck, como se puede ver en la
figura siguiente (figura 3.3).

Figura 3.3 Disipador de temperatura Contac 21 [13].

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Este disipador térmico está formado principalmente de aluminio, con tubos de cobre que
se encuentran dentro de este mismo para facilitar la conducción de la temperatura. En la
parte inferior del disipador se encuentra la base en la cual va estar sujeto el módulo
Seebeck del lado del polo frío, este disipador térmico en una de las caras laterales se
encuentra un ventilador de 12 V, el cual este permite que la disipación del calor sea más
rápido y no permita que este llegue a calentarse, el cual va a estar alimentado por medio
del módulo Seebeck y entonces va a ser una retroalimentación de energía, este disipador
térmico cuenta con 4 pipas de calor de 6 mm de diámetro cada una.
Algunas de las características del disipador son las siguientes:
 Formado de aletas de aluminio de disipación térmica.
 Tensión nominal del ventilador: 12 V.
 Tensión de inicio: 6 V.
 Corriente Nominal: 0.24 A.
 Potencia de entrada: 2.88 W.
 Velocidad del ventilador: 1 000 rpm – 2 400 rpm.
 Ruido: 19.3 dB a 30 dB.
 Dimensiones del ventilador: 92 mm x 25 mm.
 Peso del disipador: 425 g.
 Dimensiones del disipador de aluminio: 100 mm. x 88.4 mm. x 139.5 mm.

Este disipador térmico resultó más conveniente debido a que se ajustaba a las
dimensiones del módulo Seebeck, además de que su volumen de disipación es superior
comparado con los otros disipadores mostrados anteriormente, es fácil de colocarlo en el
brazo del concentrador solar ya que su peso es de 372 g. Además el disipador debido a
su construcción de aluminio no absorbe la temperatura, aumentando la diferencia de
temperatura entre las dos caras del módulo cerca de 20 ºC, para aumentar la generación
de potencial eléctrico del módulo Seebeck.

3.3.- Selección de materiales a emplear en el concentrador solar.

Los materiales que se ocuparon en la elaboración del generador termoeléctrico son los
siguientes, del cual el más importante es el Módulo Seebeck TEG1-12610-5.1 que se
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ocupo tiene las siguientes medidas que se muestran en la figura 3.4 con sus respectivas
terminales y sus características que se mencionan a continuación:

Características del módulo Seebeck TEG1-12610-5.1:
 Temperatura lado caliente: 300 °C.
 Temperatura del lado frío: 30 °C.
 Tensión en circuito abierto: 7.8 V.
 Resistencia a la carga adaptada: 3.0 Ω.
 Tensión de salida de carga adaptada: 3.9 V.
 Corriente de salida de carga adaptada: 1.3 A.
 Potencia de salida de carga adaptada: 5.1 W.
 Flujo de calor a través del módulo: 113 W.
 Densidad de calor a través del módulo: 7.8 W cm-2
 Resistencia de C.A medido en 27 °C a 1 000 Hz: 0.5 – 0.7 Hz

Figura 3.4: Módulo Seebeck de 4.5 cm x 4.5 cm (Termogenerador).

Debido a que se tiene un sistema de concentración solar, es necesario disponer de un
soporte que tenga dos grados de libertad, uno en altitud y otro en azimut para poder
concentrar la energía solar a lo largo del día. La base seleccionada, en su eje principal
tiene un diámetro de 0.055 m, formado por la parte superior de una base cuadrada de
ángulo de fierro, en cada uno de los cuatro puntos de apoyo, del eje principal, al punto de
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apoyo tiene una distancia de 0.40 m, que le da una estabilidad al concentrador solar
parabólico, además de girar 360º sobre su propio eje, se muestra en la figura 3.5.

Figura 3.5: Soporte con giro de 360º.

Otros materiales que se ocuparon en la construcción del termogenerador:
 116 espejos de 5 cm x 5 cm de 6 mm de grosor, para soportar impactos de
granizo, no se hizo un estudio espectralpara determinar su eficiencia.
 Un tubo de 1 ½ plg de diámetro de 11 cm de acero inoxidable.
 Pegamento de silicón para vidrio de 21 g.
 Soldadura eléctrica gruesa.

3.4.- Cálculo de la capacidad de generación eléctrica.

El coeficiente de incidencia solar en condiciones de un día ideal es igual a 1 000 W/m2.
Área del espejo: 25 cm2
Número de espejos: 116

Por lo tanto:
(25 cm2)(116)= 2 900 cm2
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Si en 10 000 cm2 se pueden obtener 1 000 W, el concentrador es capaz de generar
idealmente:

2 900 cm2 = 29% de 10 000 cm2
Por lo tanto:

(0.29)(1 000 W)= 290 W

La capacidad máxima de generación del concentrador es de 290 W, pero tomando en
cuenta las eficiencias de cada uno de los elementos de este valor se reduce
considerablemente.

T = Eficiencia total = 0.1764 = 17.64%
e= Eficiencia del espejo = 0.8 = 80%
t = Eficiencia de transferencia de calor = 0.6 = 60%
d=Eficiencia del receptor = 0.7 = 70%
c = Eficiencia del concentrador = 0.7 = 70%
m = Eficiencia del módulo Seebeck = .075 = 7.5%

Ecuación de la eficiencia del Generador Termoeléctrico Solar total es la siguiente:
T =e. c. m. t (3.1)
Por lo que T es:
T= (0.8)(0.7)(0.075)(0.8)= 0.1764

Tomando en cuenta los cálculos anteriores se calculó la potencia nominal del generador
termoeléctrico de estado sólido, de la forma siguiente:

PF = (290 W)(0.1764) = 5.1156 W
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El Factor de concentración se calculó de la siguiente manera:

FC= A1 / A2 > 0 (3.2)
FC = Factor de concentración.
A1 = Área del concentrador solar.
A2 = Área del receptor.

Por lo tanto:
FC= (2,900 cm2)/(133 cm2) = 15.2

Por lo que el factor de concentración del termogenerador es de:
FC = 15.2

3.5.- Ensamble del concentrador solar y del disipador térmico.
La antena parabólica por sí sola no concentra incidencia solar, ya que fue diseñada para
captar las señales por vía satélite, su función es concentrar rayos solares. Al forrar la
antena parabólica con papel metálico tipo “Mylar” por toda la superficie la cual se adhirió
con agua y jabón, dejándola secar un día, el resultado que se obtuvo no fue bueno, ya
que al estar la antena bajo intemperie, a temperatura ambiente el papel metálico se iba
desprendiendo. Por consiguiente se colocaron espejos como en la mayoría de los
concentradores solares para obtener una mayor concentración de calor, y así tener
temperaturas altas.
Al hacer las mediciones correspondientes del ancho y alto de la antena parabólica, se
optó por hacer espejos de una medida de 5 cm x 5 cm de un grosor de 6 mm que en total
se ocuparon 132 espejos, se seleccionaron en esa medida porque es similar al área del
módulo Seebeck que es de 4.5 cm x 4.5 cm de esta forma la concentración en el foco
caliente es uniforme y se asegura que funcione eficazmente. Se utilizó pegamento de
silicón para adherir los espejos sobre la superficie de la parábola hasta que la antena
estuviera completamente forrada de espejos ubicando cada espejo de tal manera que el
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rayo que incida en cada uno de ellos y refleje directamente en el foco, las dimensiones
de la antena parabólica cambiaron del ancho de la antena que midió 0.601 m, y de largo
fue de 0.645 m (figura 3.6).

Figura 3.6: Concentrador solar parabólico (ensamblado con espejos de 6 mm de grosor).

El resultado que se esperaba fue correcto, ya que al exponer la antena perpendicular al
Sol, se apreció como la gran mayoría de los rayos solares incidían en el foco de la antena
parabólica. Esto se logró al colocar dos cordones ubicando el centro, para orientar los
espejos en dirección del foco donde se ubica el receptor de calor, la antena quedó
forrada de espejos, se requirieron los grados de libertad en altitud solar y azimut solar, de
esta forma la antena capta la mayor cantidad de energía calorífica posible del sol.
Por medio de una base giratoria cuyo eje es cilíndrico se obtuvieron los grados de libertad
en azimut , así que por medio de un tubo central que sería el eje de giro unido en la parte
baja por cuatro tubos pequeños, esta pieza quedaría formada en forma de tripie. Este
tubo central tiene un diámetro de 0.055 m, con un mecanismo formado por un cilindro de
acero sólido, el cual a medida que gire este último en su propio eje tiene como resultado
un movimiento radial a + 360° de azimut solar, todo ello unido mediante soldadura
eléctrica cada uno de los elementos.
La antena por sí sola no quedaría sujeta a la base de soporte, era necesario hacer un
acoplamiento, como la base de la antena tiene un tubo, se buscó que este por medio de
otro estuviera acoplado, y entonces colocar la base. El tubo de acoplamiento fue de 11
cm de 11/2 plg de diámetro, sujetando la antena y a la base del soporte. La soldadura
eléctrica tenía que quedar en forma de cordón para que tuviera una uniformidad completa
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entre el tubo y la base giratoria para que no se llegara a desprender y accidentalmente se
rompiera la antena. Entonces al hacer esta operación el concentrador solar tiene tanto
azimut que es la dirección radial a 360° grados y altitud que tiene el movimiento de +180°.
La antena parabólica ya contaba con 90° de libertad en altitud, fue necesario aumentarlos
en 90°, para facilitar su orientación y ubicar el concentrador perpendicular al Sol, este
concentrador es capaz de seguir al Sol en cualquier punto que sea necesario, en la figura
siguiente se muestra el prototipo del concentrador solar ensamblado al soporte y se
especifican cada uno de los elementos que lo conforman (figura 3.7).

Figura 3.7: Soporte del concentrador con giro de azimut de 360° y 180º de altitud solar.

El siguiente elemento para obtener el generador termoeléctrico fue el módulo Seebeck,
este quedaría en el foco de la antena parabólica, el cual en ese punto se obtiene una
mayor concentración de calor solar, que aprovecha el módulo comercial para la
generación de la energía eléctrica. Las medidas del módulo Seebeck son de 4.5 cm x 4.5
cm, el cual está formado por dos caras una caliente donde van a incidir los rayos solares
del concentrador solar y la otra cara es la del lado frío, que al tener una diferencia de
temperaturas T que el módulo Seebeck transforma en energía eléctrica.
Mediante el brazo de lámina de fierro con que cuenta el concentrador solar, se coloca un
receptor de aluminio aletado en el extremo contrario a la parábola donde se coloca el
disipador térmico Contac 21 junto con el módulo Seebeck en el lado frío, al estar estos
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dos unidos como un dispositivo, se le agrego un receptor de aluminio aletado en la cara
caliente del módulo termoeléctrico se muestra como quedo en la figura 3.8.

Figura 3.8: Ensamble de los elementos (termogenerador).

El receptor aletado de aluminio, que funciona también como disipador de calor fue unido
por medio de cuatro remaches con la base que se diseñó para el módulo Seebeck, a esta
base se le hicieron una serie de modificaciones para que no haya fugas térmicas entre el
receptor y el módulo Seebeck, en la cual quedo unido al disipador térmico por medio de 4
tornillos.
Este disipador de aluminio se pinto de negro para absorber el calor solar y no reflectarlo.Se usó una pintura en laca de color negro mate para altas temperaturas (figura 3.9).

Figura 3.9: Receptor térmico.

Este módulo contiene una pasta térmica para tener una conducción de temperatura la
cual se colocó en medio del disipador térmico y el disipador de aluminio, se muestra en la
figura 3.10
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Figura 3.10: Disipador térmico Contac 21, ensamblado al módulo termoeléctrico.

La carga eléctrica que va alimentar el generador termoeléctrico es un ventilador que está
integrado en el disipador térmico, esté va a enfriar las cargas de calor que absorba la cara
fría del módulo Seebeck. Se cambió el motor a uno que fuese adecuado a la generación
de potencial eléctrico del módulo Seebeck, debido a que el primero demandaba una
corriente eléctrica de 1 A, en cambio el segundo requiere de 0.21 A.

Al tener el concentrador solar con su base, con los dos movimientos principales altitud,
azimut, y que en el brazo del concentrador esté el módulo Seebeck junto con el disipador
térmico todo armado entonces el generador termoeléctrico funciona generando su propia
energía eléctrica por medio de la energía solar, después se armó el generador
termoeléctrico que fue el primer prototipo que se obtuvo en el proyecto el cual se muestra
en la figura 3.11.
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Figura 3.11: Generador termoeléctrico con soporte mecánico (Primer prototipo).

El primer prototipo del termogenerador que se desarrolló durante este capítulo, cumplió
con el propósito de generar potencial eléctrico, su máximo de generación fue de 0.6 V, la
corriente obtenida fue de 0.13 A, la diferencia de temperatura fue de 45 ºC, fue suficiente
para accionar el motor de 12 V, aunque el rendimiento del motor no fue lo esperado, ya
que el rendimiento del motor fue muy bajo, en donde se calculó su rendimiento. Se tienen
la tensión nominal de la carga de 12 VCDy la tensión generada del módulo de 0.6 VCD,
por lo tanto calculando la eficiencia:

Por lo tanto después de calcular la eficiencia del motor la cual fue del 5% obtenemos que
la velocidad del motor es de 120 rpm, el diseño definitivo que se muestra en la figura 4.11
se obtuvo 667.2 rpm en la velocidad del ventilador que fue la carga, de esta forma
muestra las mejoras realizadas en la eficiencia termodinámica que se hizo en el capítulo
4. En la siguiente fotografía se muestra el generador termoeléctrico en su versión inicial
(figura 3.12).
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Figura 3.12: Generador termoeléctrico solar inicial.

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CAPÍTULO 4
PRUEBAS Y ANÁLISIS DEL
GENERADOR
TERMOELÉCTRICO SOLAR

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4.1.- Instrumentación de Termogenerador Eléctrico Solar.
Medición de la tensión eléctrica por medio de un multímetro TRMS FLUKE 175 en función
de voltmetro con el cual se realizaron las mediciones de este proyecto, en la figura 4.1 se
observa cómo se realizó la medición.

Figura 4.1: Medición de tensión eléctrica.

Se midió la temperatura en el foco caliente por medio de un termómetro infrarrojo con
punto laser y con un margen de medida de -32 °C a 300 °C, de esta forma se obtuvo la
información necesaria para saber la capacidad de concentración solar del
termogenerador, en la figura 4.2 se observa cómo se realizó.

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Figura 4.2: Medición de la temperatura en el foco caliente.

También se midió la temperatura del foco frío con el termómetro infrarrojo RaytekRayger
ST, todos esos resultados se compararon con los del foco caliente para obtener la
información concerniente a la diferencia de temperatura con la cual trabajaba el módulo
Seebeck, en la figura 4.3 se observa cómo se realizó la medición.

Figura 4.3: Medición de la temperatura en el foco frío.

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Por último se realizaron mediciones de corriente eléctrica en módulo Seebeck para
calcular la potencia del termogenerador y comparar los resultados obtenidos con los del
data sheet que se encuentra en el anexo 1, en la figura 4.4 se observa cómo se realizó.

Figura 4.4: Medición de la corriente eléctrica.

4.2.- Mediciones y resultados del prototipo.
Los resultados de las pruebas y las mediciones se realizaron en la ciudad de México D.F,
en los meses de Octubre y las dos primeras semanas de Noviembre del año 2013, se
obtuvieron en días despejados en una temperatura entre los 19 °C y los 25 °C, la hora
promedio fue de las 11:00 am a las 3:00 pm ya que es donde hay mayor incidencia solar.
El factor de incidencia solar en el que se basan los resultados es de 1 000 W/m2. Los
instrumentos de medición que ocupamos son:
 Termómetro infrarrojo con punto laser y con un margen de medida de – 32 °C –
300 °C y una precisión de 1.5 °C.
 Multímetro digital TRMS FLUKE 175 con un límite de 1 000 V y 10 A, LCD de 6
000 dígitos con una precisión de (0.15 % + 2).

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4.2.1.- Primer prototipo del generador termoeléctrico solar.

En el primer prototipo se colocaron 132 espejos de 50 mm x 50 mm de 6 mm de grosor lo
que nos proporcionaba un área de concentración solar de 0.33 m2, los cuales eran
concentrados en el foco receptor de 90 mm x 140 mm de tamaño, la distancia de la
parábola al receptor es de 0.38 m, también tiene un soporte que le da los dos grados de
libertad en azimut y altitud para seguir al Sol durante el día, se muestra en la figura 3.12 y
4.1.

Figura 4.5: Generador termoeléctrico con soporte.

El rendimiento del módulo Seebeck no cambió mucho en comparación con su hoja de
información técnica del módulo TEG Modulo TEG1-12610-5.1 anexo I respecto a la
temperatura que necesita para su funcionamiento, el máximo de temperatura del
termoeléctrico es de 300 °C, la temperatura máxima alcanzada por el concentrador solar
en su primer versión fue de 95 °C suficiente para operar un motor de 12 VCD de corriente
directa que es la carga.

En el lado frío del generador termoeléctrico fue de 50 °C, superior en 10 °C a la
temperatura ideal del módulo que se utilizó, en consecuencia se obtuvo un gradiente de
temperatura de 45 °C, suficiente para generar una tensión de 0.6 V en corriente directa, y
la corriente eléctrica de 0.13 A. Esto se muestra en la tabla 4.1 y figura 4.2.
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Tabla 4.1: Tensión de circuito abierto con respecto a la Dif. De temperatura (Medición del 14/10/2013 de 12:00 h.
a 13:00 h).

Tensión (V) Dif. de Temperatura (ºC)
0.6 45
0.58 42
0.59 42
0.51 39
0.5 38
0.48 36

Los resultados obtenidos en las primeras mediciones la tensión con respecto al diferencial
de temperatura, indicaron que desde 36 °C de diferencia de temperatura el módulo
termoeléctrico empieza a generar los suficiente para alimentar la carga en un periodo de
15 minutos donde hay una estabilidad entre el foco frio y el foco caliente, la curva de la
figura 4.2 no es completamente uniforme lo que indica que