Rendimiento de dispositivos termoeléctricos utilizando el método de perturbación y el método de parámetros promedio

• Mesa, Fernando ^[1] ; Correa Velez, Germán ^[1] ; Barba-Ortega, José ^[2]
  1. [1] Universidad Tecnológica de Pereira
  2. [2] Universidad Nacional de Colombia
• Localización: Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada, ISSN-e 2500-8625, ISSN 1692-7257, Nº. Extra 3, 2020 (Ejemplar dedicado a: Special Edition), págs. 80-86
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Performance of thermoelectric devices using the disturbance method and the average parameter method
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  • español

    Una ecuación diferencial no lineal de conducción de calor para una pierna de un termoelemento con propiedades termoeléctricas el cual depende de la temperatura, se puede reducir a una ecuación integral. Su solución se obtiene mediante el método de perturbación en forma de series en la cual sus términos son potencias de parámetros proporcionales al calor de Thomson y Joule. Primero se encuentran los primeros seis coeficientes de la serie junto con las ecuaciones de balance de calor, es decir, la dependencia de los flujos de calor en las intersecciones de sus temperaturas y la corriente eléctrica. Los resultados del cálculo de las principales características energéticas de los dispositivos termoeléctricos (generadores termoeléctricos y enfriadores termoeléctricos) se comparan mediante diferentes métodos: solución exacta, solución a propiedades termoeléctricas constantes tomadas a una temperatura media de uniones frías y calientes, método de parámetros promedio (propiedades de material termoeléctrico promediadas sobre el rango de temperatura relevante por integración). Se muestra que la precisión aceptable en aplicaciones del mundo real (error inferior al 1%) se obtiene para generadores termoeléctricos mediante el método de parámetros promedio y para enfriadores termoeléctricos, mediante el método de perturbación.

  • English

    A nonlinear differential heat conduction equation for a leg of a thermocouple with thermoelectric properties that depends on temperature can be reduced to an integral equation. Its solution is obtained by means of the perturbation method in the form of series in which its terms are powers of parameters proportional to the Thomson and Joule heat. First we find the first six coefficients of the series together with the heat balance equations, that is, the dependence of the heat fluxes at the intersections of their temperatures and the electric current. The results of the calculation of the main energy characteristics of thermoelectric devices (thermoelectric generators and thermoelectric coolers) are compared by different methods: exact solution, solution to constant thermoelectric properties taken at an average temperature of hot and cold junctions, average parameter method (thermoelectric material properties averaged over the relevant temperature range by integration). Acceptable accuracy in real-world applications (error less than 1%) is obtained for thermoelectric generators using the average parameter method and for thermoelectric coolers, using the disturbance method.