Modelo endorreversible para células termorradiativas o TRC

Saá Estévez, César. (2020). Modelo endorreversible para células termorradiativas o TRC Master Thesis, Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Facultad de Ciencias. Departamento de Física Fundamental

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Nombre Descripción Tipo MIME Size
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Título Modelo endorreversible para células termorradiativas o TRC
Autor(es) Saá Estévez, César
Resumen Desde 2014, Byrness [11], y 2015, Strandberg [7, 8], entre otros, han publicado diversos trabajos que plantean la posibilidad de creación de dispositivos electrónicos que al evacuar potencia térmica por radiación generen potencia eléctrica. Se denominan conversores termorradiativos. Por generar potencia eléctrica cuando lo que están haciendo es emitir radiación, se les denomina conversores negativos. Se podría decir de ellos que son la antítesis de las células o conversores fotovoltaicos. Estos dispositivos son interesantes para aprovechamiento de potencias térmicas residuales de otros procesos industriales o, incluso, se plantean para el aprovechamiento de la potencia térmica radiada por la superficie terrestre. Trabajos anteriores planteaban modelos generales de conversores, entre los que se encontraban los fotovoltaicos, funcionando entre focos térmicos con la posibilidad de que estos fueran focos de diferente índole, pero dejando la cuestión de su naturaleza concreta abierta. Este enfoque, establece que sea la naturaleza de los focos la que determina el contexto de funcionamiento del conversor, no de la naturaleza del conversor, como se comentó en el párrafo anterior; pero sí teniendo presente que estos conversores estarían basados en una unión semiconductora con una energía de gap y que, debido a esta barrera energética interna la potencia que pudiera ser absorbida se hiciese de forma selectiva. Los modelos de estos conversores se recogen en A. de Vos [1]. La principal característica de los mismos es que tienen presente la variación de entropía de los focos, mientras que el conversor se considera un dispositivo de Carnot. De ahí que a estos modelos se les denomine "endorreversibles". En el presente trabajo se unifican ambos modelos, los que enfocan el comportamiento intrínseco de los conversores negativos y los que enfocan su comportamiento en contextos diferentes determinados la por la naturaleza de los focos y la generación de entropía. La estructura del trabajo sigue la siguiente secuencia. Establecida la introducción, donde se fundamenta el comportamiento físico de los conversores negativos, se da paso al modelo endorreversible para conversores negativos que, como a estos dispositivos, de modo más concreto, se les denomina "Células Termorradiativas"; lleva a que el presente trabajo se denomine "Modelo endorreversible para células termorradiativas o TRC". La creación de este modelo posee tres partes. En la primera se desarrolla el modelo endorreversible de los conversores negativos, como hace A. de Vos, pero con notables diferencias. Se tiene presente la naturaleza del transporte de calor por conducción entre el foco intermedio y el conversor. Y, además, se tienen presente las partes más importantes del conversor desde el punto de vista del comportamiento macroscópico, como son Absorbedor (por donde entra la potencia al conversor), el Núcleo del Conversor (de dónde se extrae la potencia eléctrica) y el Emisor (por dónde evacúa la potencia el conversor). Después, se hace un resumen de los puntos y ecuaciones principales del modelo intrínseco de las células termorradiativas que expone Strandberg [7, 8]. Éste establece dos posibilidades. La que no tiene presente el flujo de partículas y la potencia radiante evacuada por el emisor de la TRC puede ser tratada directamente por la ley de Stefan-Boltzmann, o que sí tenga presente el flujo de partículas y haya que aplicar el principio de balance detallado y tener presente un manejo selectivo de la potencia radiante. Se establecen criterios para poder compatibilizar ambos modelos y, finalmente, se constituye un modelo conjunto del comportamiento de la TRC con toda su constitución intrínseca que debe funcionar entre unos focos determinados teniendo presente el mecanismo de conducción por el cual la célula termorradiativa adquiere potencia del exterior. Fijado el modelo se establece un algoritmo que permita implementarlo. Este se basará en que debe haber convergencia entre la potencia que entra en el conversor, proveniente de un foco 1 o fuente, la potencia eléctrica que genera de forma intrínseca el conversor por el modelo de Strandberg [7, 8] y la potencia por radiación que es evacuada al exterior, hacia un foco sumidero o 2. Convergencia que es difícil de conseguir. Este algoritmo se implementa en un programa realizado en lenguaje Pascal. 5 Este programa permite la aplicación del modelo a diferentes contextos, determinados por la naturaleza de los focos. En el enunciado del presente trabajo se proponían tres casos. Caso 1º: Generación de potencia entre un foco térmico a 425 K y la superficie terrestre a 300 K. Caso 2º: Generación de potencia entre la Tierra a 300 K y el vacío espacial a 2,47 K. Caso 3º: Generación de potencia entre la superficie del Sol a 6000 K y la superficie terrestre a 300 K. Además, el desarrollo del trabajo ha llevado a plantear un 4º Caso, el establecido entre la superficie terrestre a 300 K y el cielo nocturno a 230 K. Los resultados generados se recogen en los apéndices en forma de gráficas, pero son comentados haciendo referencia a estas gráficas de resultados. Finalmente se establecen las conclusiones que se han considerado relevantes respecto los resultados obtenidos.
Notas adicionales Trabajo de Fin de Máster. Máster Universitario en Física de Sistemas Complejos. UNED
Materia(s) Física
Editor(es) Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Facultad de Ciencias. Departamento de Física Fundamental
Director/Tutor Fernández Sánchez, Julio Juan
Fecha 2020-07-14
Formato application/pdf
Identificador bibliuned:master-Ciencias-FSC-Csaa
http://e-spacio.uned.es/fez/view/bibliuned:master-Ciencias-FSC-Csaa
Idioma spa
Versión de la publicación acceptedVersion
Nivel de acceso y licencia http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
info:eu-repo/semantics/openAccess
Tipo de recurso master Thesis
Tipo de acceso Acceso abierto

 
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Creado: Tue, 28 Jul 2020, 18:57:21 CET