Browsing by Author "Araiz Vega, Miguel"
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Publication Embargo Análisis computacional de un sistema termoeléctrico para la mejora de un ciclo de refrigeración de CO2 transcrítico(2021) Purroy Huici, Fabio; Aranguren Garacochea, Patricia; Araiz Vega, Miguel; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola TeknikoaEl fundamento para este estudio parte del interés que existe en las empresas por disminuir los costes y mejorar la eficiencia en sus sistemas de refrigeración. De este modo, buscan una mayor competitividad comercial debido a que estos sistemas poseen un consumo eléctrico muy elevado. Además, como urgencia global, el desarrollo de nuevas tecnologías persigue la implementación de medidas medioambientales que ofrezcan un equilibrio entre la producción industrial y un uso más sostenible de los recursos. A día de hoy, las regulaciones ambientales restrictivas en la utilización de refrigerantes se han visto incrementadas. Concretamente, el CO2 se está utilizando como fluido de trabajo por tener un poder de calentamiento atmosférico mucho más bajo que otros fluidos industriales. El principal conflicto al que se enfrenta el uso de CO2 como refrigerante son sus altas temperaturas de trabajo, las cuales brindan carácter transcrítico al fluido. Ello conlleva una difícil adaptación de los componentes de sistema y un descenso en la eficiencia de este. La solución a este problema reside en la adición de un intercambiador recalentador-subenfriador termoeléctrico (IHX) a la salida del condensador y el evaporador, dentro del sistema de compresión de vapor, cuyo fin es incrementar la eficiencia del sistema contando con dicha fase transcrítica. De esta forma, es posible la obtención de diseños fiables y de presupuesto reducido para sistemas de media y pequeña potencia. Es por ello de gran interés el estudio de este tipo de intercambiadores, variando el voltaje de sus módulos termoeléctricas para la obtención de ciclos de refrigeración más eficientes. Así, comprobando que la eficiencia obtenida compensa el consumo aportado por termoelectricidad.Publication Open Access Auxiliary consumption: a necessary energy that affects thermoelectric generation(Elsevier, 2018) Aranguren Garacochea, Patricia; Araiz Vega, Miguel; Astrain Ulibarrena, David; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen IngeniaritzaWaste heat recovery can apply to a wide range of applications, from transportation, or industries to domestic appliances. Thermoelectric generation technology applied to those cases could produce electrical energy and thus improve their efficiency. A validated computational methodology, which simulates the behavior of any thermoelectric generator and calculates the energy consumption of the auxiliary equipment involved, has been used to determine the potential of waste heat harvesting. The usable energy, the net energy, generated has to be maximized, not only the thermoelectric generation has to be maximized, but also the consumption of the auxiliary equipment has to be minimized, or if possible eliminated. Heat exchangers with a liquid as the heat carrier procure high thermoelectric generations, as their thermal resistances are very low, nevertheless when the consumption of their auxiliary consumption is borne in mind, their use is not that promising. The optimal thermoelectric energy obtained from the flue gases of a real industry using these dissipation systems is 119 MWh/year, while the maximum net energy is 73 MWh/year due to the consumption of the auxiliary equipment. The latest scenario does not only represent a 40% reduction from the optimal thermoelectric generation but also a different optimal working point. The complete elimination of the auxiliary equipment using novel biphasic thermosyphons with free convection at the same application produces a net energy of 128 MWh/year. This novel dissipation technology presents an increase on the thermoelectric generation due to its low thermal resistances, but above all due to the elimination of the auxiliary consumption.Publication Embargo Caracterización experimental de sistemas de almacenamiento de energía térmica(2023) Sancha Ruiz, Javier; Araiz Vega, Miguel; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola TeknikoaA medida que las normativas de gases refrigerantes (F-Gas) y de etiquetado energético (EcoLabel) se vuelven más exigentes, al mismo tiempo que aumenta la demanda energética y las tarifas eléctricas, en la industria de frio y refrigeración industrial se requiere un continuo desarrollo de sistemas capaces de lidiar con las normativas de seguridad y eficiencia al mismo tiempo que proporcionan un ahorro económico al consumidor. Por ello en este trabajo se ha estudiado un sistema de almacenamiento térmico de calor latente para proporcionar frio a un mueble de refrigeración en una instalación de agua glicolada, utilizando diferentes materiales de cambio de fase, viendo la capacidad, las limitaciones y los puntos de mejora de este, proponiendo finalmente una optimización del sistema y desarrollándola en los laboratorios de Exkal (Marcilla). Además, se realiza una propuesta de estudio para el control de la energía almacenada en un sistema de almacenamiento térmico de fluido híbrido bifásico de fase sólida-líquida.Publication Open Access Caracterización experimental de un intercambiador de calor con sistema termosifón y cambio de fase aplicado a la generación eléctrica(2016) Llivi Tituaña, John Bryan; Astrain Ulibarrena, David; Araiz Vega, Miguel; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola TeknikoaLa termoelectricidad es una forma alternativa de generar electricidad. Hoy en día el uso de sistemas de generación tradicionales tiene un gran impacto medioambiental y no son eficientes, por ello es necesario buscar nuevas tecnologías que mejoren dichos sistemas. En este proyecto se estudia un intercambiador de calor y módulos termoeléctricos para poder ser utilizados en sistemas de generación. El uso de un intercambiador de calor es necesario para conseguir aumentar el área efectiva de intercambio de los módulos y conseguir un mayor salto de temperaturas entre sus caras lo cual favorecerá a aumentar la eficiencia de los módulos y por lo tanto mejorará su comportamiento en generación. El intercambiador elegido para este estudio es uno con sistema termosifón y cambio de fase, dicho intercambiador no posee ningún mecanismo ni parte móvil lo cual supone una mejora de la eficiencia global del sistema. Se realiza, así, una caracterización del intercambiador de calor modificando el número de módulos y la potencia suministrada a los mismos con el objetivo de comprender su funcionamiento y con los resultados obtenidos poder validar un modelo computacional de un sistema de generación termoeléctrica desarrollado por el grupo de investigación de Ingeniería Térmica y de FluidosPublication Embargo Caracterización experimental y estudio de un prototipo de generador termoeléctrico aplicado a la energía geotérmica de roca caliente seca(2020) Lasheras Artieda, María; Astrain Ulibarrena, David; Araiz Vega, Miguel; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola TeknikoaEl presente Trabajo Fin de Grado se enmarca en el proyecto de investigación ELECTROVOLCAN, que el grupo de Ingeniería Térmica y de Fluidos está desarrollando, financiado por el Ministerio de España. Tiene como objetivo la conversión del calor geotérmico de origen volcánico, presente en la isla de Lanzaronte, en electricidad, mediante generadores termoeléctricos (GTEG), sin partes móviles y respetuosos con el medio del parque. Para ello, durante el desarrollo de este TFG se ha construido un prototipo de GTEG con termosifones de cambio de fase, para su caracterización en laboratorio, reproduciendo en la medida de lo posible las condiciones del suelo del parque de Timanfaya. Se ha instalado en el prototipo la sensórica necesaria para poder medir las siguientes variables: temperatura en distintos puntos de los componentes del prototipo, tensión e intensidad generadas en los módulos termoeléctricos y flujo de calor aportado. Durante los ensayos se ha estudiado el funcionamiento del prototipo para diferentes temperaturas del foco caliente aplicando un flujo de calor con una fuente de tensión y resistencias calefactoras (que simula el calor geotérmico). Obteniendo curvas de generación para diferentes condiciones consiguiendo una generación máxima de 37 W con un salto de temperatura entre focos de 165 ºC con la resistenica de carga óptima de 7,4 Ω.Publication Embargo Characterization of thermoelectric flexible modules: test bench fine tunning and experimental analysis(2022) Zaballa Busto, Pablo; Araiz Vega, Miguel; Martínez Echeverri, Álvaro; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola TeknikoaWithin the framework of the TERMOFLEX research project, run by the Government of Navarra, in collaboration between NAITEC and the UPNA ITF group, flexible thermoelectric modules have been designed and manufactured. Thermoelectric modules are devices with the ability to generate an electric current due to the application of a temperature difference between their faces, through the Seebeck effect. Unlike the rigid modules, which already exist on the market, the flexible module is still at the prototype level, without commercial appearance. Its main advantage is that it can be used on curved surfaces. It has been designed two benches for the characterization of flexible thermoelectric modules and for the characterization of the dissipators needed for this purpose. Both of them have been correctly designed and therefore they have fulfilled the expectative. Regarding the characterization of flexible modules, one of the modules has been able to generate a power of 4mW. This is not only big amount for a flexible module, but the curves also obtained for the results fit closely a parabolic function. With this results, flexible modules are put at the forefront of flexible technology.Publication Open Access Computational study of geothermal thermoelectric generators with phase change heat exchangers(Elsevier, 2020) Catalán Ros, Leyre; Araiz Vega, Miguel; Aranguren Garacochea, Patricia; Astrain Ulibarrena, David; Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC; IngenieríaThe use of thermoelectric generators with phase change heat exchangers has demonstrated to be an interesting and environmentally friendly alternative to enhanced geothermal systems (EGS) in shallow hot dry rock fields (HDR), since rock fracture is avoided. The present paper studies the possibilities of the former proposal in a real location: Timanfaya National Park (Canary Islands, Spain), one of the greatest shallow HDR fields in the world, with 5000 m2 of characterized geothermal anomalies presenting temperatures up to 500 °C at only 2 m deep. For this purpose, a computational model based on the thermal-electrical analogy has been developed and validated thanks to a real prototype, leading to a relative error of less than 8%. Based on this model, two prototypes have been designed and studied for two different areas within the park, varying the size of the heat exchangers and the number of thermoelectric modules installed. As a result, the potential of the solution is demonstrated, leading to an annual electricity generation of 681.53 MWh thanks to the scalability of thermoelectric generators. This generation is obtained without moving parts nor auxiliary consumption, thus increasing the robustness of the device and removing maintenance requirements.Publication Open Access Computer simulations of silicide-tetrahedrite thermoelectric generators(MDPI, 2022) Coelho, Rodrigo; Casi Satrústegui, Álvaro; Araiz Vega, Miguel; Astrain Ulibarrena, David; Branco Lopes, Elsa; Brito, Francisco P.; Gonçalves, Antonio P.; Ingeniería; Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISCWith global warming and rising energy demands, it is important now than ever to transit to renewable energy systems. Thermoelectric (TE) devices can present a feasible alternative to generate clean energy from waste heat. However, to become attractive for large-scale applications, such devices must be cheap, efficient, and based on ecofriendly materials. In this study, the potential of novel silicide-tetrahedrite modules for energy generation was examined. Computer simulations based on the finite element method (FEM) and implicit finite difference method (IFDM) were performed. The developed computational models were validated against data measured on a customized system working with commercial TE devices. The models were capable of predicting the TEGs’ behavior with low deviations (≤10%). IFDM was used to study the power produced by the silicide-tetrahedrite TEGs for different ∆T between the sinks, whereas FEM was used to study the temperature distributions across the testing system in detail. To complement these results, the influence of the electrical and thermal contact resistances was evaluated. High thermal resistances were found to affect the devices ∆T up to ~15%, whereas high electrical contact resistances reduced the power output of the silicide-tetrahedrite TEGs by more than ~85%.Publication Embargo Construcción y caracterización de un generador termoeléctrico sin partes móviles para geotermia de alta temperatura(2023) Marina Tellechea, Íñigo; Araiz Vega, Miguel; Catalán Ros, Leyre; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola TeknikoaLa situación climática y energética actual es cuanto menos preocupante. Los datos reflejan las temperaturas más altas registradas desde la era preindustrial en los últimos 20 años con un incremento de 1,5ºC. La concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera es mayor que nunca superando las 400 ppm de CO2, lo que supone un 40% más de la concentración registrada en la era preindustrial. Además, el aumento de gases de efecto invernadero relativos al año anterior también se encuentra en máximos, superando las 3 ppm/año. Estos datos, sumados al incremento gradual de población mundial y por tanto de consumo energético, reflejan la urgencia del desarrollo de las energías de origen renovable que en la actualidad no superan el 30%. En la actualidad, las energías renovables con más peso son muy fluctuantes y altamente dependientes de las condiciones climáticas mientras que otras como la geotermia que no sufren de este problema no disponen de los recursos necesarios para desarrollar esta técnica energética. Por este motivo, el proyecto propuesto consiste en la construcción y caracterización de un generador termoeléctrico para geotermia de alta temperatura (GTEG), como solución al problema energético planteado. El proyecto tiene como emplazamiento el Parque Nacional de Timanfaya, Lanzarote, donde se encuentran yacimientos de roca caliente seca en los cuales las temperaturas subterráneas alcanzan los 500ºC a pocos metros de profundidad. El GTEG está basado en el aprovechamiento de estas temperaturas que mediante intercambiadores de calor y módulos termoeléctricos es capaz de generar energía eléctrica. Este proyecto es único en el mundo en su campo dada su construcción mediante intercambiadores basados en cambio de fase, lo que proporciona un dispositivo carente de partes móviles o fluidos refrigerantes que requieran ser bombeados. Esto implica una necesidad nula o mínima de mantenimiento y una capacidad de funcionamiento continua, así como la ausencia de potencias auxiliares para garantizar el funcionamiento. A lo largo de este trabajo, se ha procedido a la construcción del primero de los prototipos que se instalará en el Parque Nacional de Timanfaya en el marco de un contrato con el Gobierno de Canarias, por lo que han sido necesarias pruebas de funcionamiento a diferentes condiciones de altura de agua y salto térmico que sirvan como precedentes para los próximos prototipos a construir. El prototipo presenta una generación continua de 40 W en campo, de una manera compacta gracias a la optimización de los intercambiadores de calor permitiendo así introducir un máximo de cuatro generadores por sondeo y facilitando la fabricación en masa automatizada dados los avances realizados en el diseño.Publication Open Access Design and optimization of thermoelectric generators for harnessing geothermal anomalies: a computational model and validation with experimental field results(Elsevier, 2024) Alegría Cía, Patricia; Catalán Ros, Leyre; Araiz Vega, Miguel; Erro Iturralde, Irantzu; Astrain Ulibarrena, David; Institute of Smart Cities - ISC; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate PublikoaThermoelectric generators have been recently proved to be a feasible alternative to harness hot dry rock fields with very promising results transforming the geothermal heat into electricity. This research deepens in the study of these generators, developing a versatile computational model that serves as a tool to design and optimize this type of thermoelectric generators. This tool is important to develop this thermoelectric technology on a large scale, to produce clean and renewable electrical energy especially in the Timanfaya National Park, in Lanzarote (Spain), where some of the most important shallow geothermal anomalies in the world are located, in order to promote self-consumption in this zone. However, it could be employed in other areas with different boundary conditions. The model, based in the finite difference method applied to the thermal-electrical analogy of a geothermal thermoelectric generator, has been validated with the experimental field results of two thermoelectric generators installed in two different zones of geothermal anomalies. It has achieved a relative error of less than 10% when predicting the power and between 0.5–1.6% in the annual energy generation, what makes it a very reliable and useful computational tool. The developed model has been employed for the first time to estimate the electrical energy that could be generated if harnessing the characterized area of anomalies in Lanzarote. Here, given the continuity of geothermal energy, 7.24 GWh per year could be generated, which means annually 1.03 MWh/m2.Publication Open Access Diseño y construcción de un banco de ensayos para caracterizar módulos termoeléctricos(2019) Sucunza Bustingorri, Andoni; Aranguren Garacochea, Patricia; Araiz Vega, Miguel; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola TeknikoaEl presente trabajo fin de grado diseña, construye y experimenta un banco de ensayos que caracteriza módulos termoeléctricos. Los módulos termoeléctricos son dispositivos capaces de absorber calor y convertirlo en energía eléctrica gracias al efecto Seebeck; mientras que si una potencia eléctrica es suministrada a dichos módulos, éstos pueden absorber o ceder calor a través de sus caras gracias al efecto Peltier. El salto de temperatura entre las caras de los módulos define su eficiencia, y por ello, un banco de ensayos capaz de controlar la temperatura de ambas caras ante cualquier condición de trabajo es indispensable para una correcta caracterización de los módulos. Éste es el objetivo de este trabajo: diseñar y construir un banco de ensayos capaz de con trolar las temperaturas de ambas caras de los módulos termoeléctricos. Así mismo, dicho banco será utilizado para caracterizar módulos termoeléctricos comerciales y verificar sus curvas de funcionamiento.Publication Embargo Diseño, análisis y optimización de un generador termoeléctrico mediante calor geotérmico de origen volcánico(2020) Alegría Cía, Patricia; Astrain Ulibarrena, David; Araiz Vega, Miguel; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola TeknikoaFrente al actual problema energético al que nos enfrentamos, la termoelectricidad aplicada a la energía geotérmica tiene un gran potencial de futuro. Esta tecnología conlleva grandes ventajas como, entre otras, su robustez, fiabilidad, no necesita mantenimiento ya que es una tecnología sin partes móviles, ausencia de ruidos, y es una energía totalmente renovable y limpia. Sin embargo, la eficiencia de un generador termoeléctrico depende en gran medida de los intercambiadores de calor. Por ello es de gran importancia que estos sean lo más eficientes posible. El objetivo de este proyecto es diseñar y estudiar un prototipo de generador termoeléctrico que sea capaz de transformar en electricidad un gradiente de temperaturas entre el ambiente y el calor del suelo del Parque Nacional de Timanfaya. Para ello, se han diseñado y construido intercambiadores de calor específicamente para esta aplicación. La función de estos intercambiadores será transportar el calor con la máxima eficiencia posible desde el interior del sondeo (foco caliente) hasta los módulos termoeléctricos, utilizando una parte de este calor para generar electricidad y otra parte para disiparlo al medio ambiente a través de intercambiadores en el lado frío. El principio de funcionamiento de todos estos intercambiadores será el intercambio de calor por termosifón y cambio de fase. Para lograr el diseño completo, se propusieron y valoraron diferentes soluciones para las diferentes partes que componen el prototipo. Finalmente, se realizó un estudio económico.Publication Open Access Energía sostenible: sin malos humos(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 2019) Samanes Pascual, Javier; Pascual Miqueleiz, Julio María; Berrueta Irigoyen, Alberto; Araiz Vega, Miguel; Catalán Ros, Leyre; Aranguren Garacochea, Patricia; Arricibita de Andrés, David; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Ingeniaritza¿Puede España ser sostenible energéticamente? Si alguna vez te has planteado esta pregunta, o quieres saber en qué gastamos la energía y de dónde podría ser obtenida, aquí encontrarás respuestas. Nuestros recursos renovables son inmensos, pero también lo es nuestro consumo. Este libro no solo se centra en analizar la situación actual y las posibilidades que las energías renovables tienen en nuestro país, sino que, presentando de forma clara los datos sobre nuestro gasto energético, permite a cada lector identificar sus mayores consumos, de tal forma que pueda considerar cómo reducirlos. Energía sostenible. Sin malos humos es la adaptación al caso español, actualizando los datos, del libro publicado hace una década por David MacKay en el Reino Unido. La sostenibilidad es hoy en día una preocupación creciente en la sociedad. Pero a menudo este interés se ve contaminado por cifras enormes que resultan muy complicadas de comprender. Además, todos hemos oído hablar en algún momento sobre pequeños gestos al alcance de nuestra mano que podrían permitir un cambio hacia un modelo sostenible. Nada más lejos de la realidad, pequeñas acciones solo permiten pequeños cambios, y el cambio de modelo energético al que nos enfrentamos requiere grandes acciones. Para deshacernos de todo este ruido, en este libro se presentan los números de forma clara y sencilla, utilizando unidades a nuestro alcance y que son comprensibles por todas las personas. Esto permite identificar de una forma mucho más personal los consumos energéticos de nuestro día a día. A lo largo de la primera parte del libro se van construyendo dos columnas: una de color rojo, que representa la agregación de consumos, y otra de color verde, que representa la capacidad de generación. Estas columnas ofrecen una comparación muy visual de la infraestructura renovable que sería necesaria para mantener nuestro ritmo de consumo energético actual. Además, utiliza números «gordos» obtenidos de la experiencia del día a día. Por ejemplo, para calcular la capacidad de generación eólica se parte de una velocidad de viento estimada a partir de la velocidad típica de un ciclista urbano. Toda esta información se encuentra en la primera parte del libro, en los capítulos del 1 al 18. Sin embargo, este libro no se centra únicamente en el análisis de la situación actual, sino que da un paso más y propone alternativas al modelo energético actual con el fin de alcanzar un modelo 100% renovable a medio plazo. Estas medidas incluyen un aumento importante en la potencia renovable instalada, un aumento en la eficiencia energética y algunos ligeros cambios en nuestro estilo de vida que permitan una reducción del consumo. Por supuesto, los tres frentes deben ser atacados al mismo tiempo. Estas propuestas se recogen en la segunda parte del libro, en los capítulos 19 a 32. Por último, este es un libro divulgativo al alcance de todas las personas, que busca transmitir toda la información de forma clara e intuitiva sin perderse en complicados cálculos. Pero si eres de los que les gustan las cuentas, al final del libro encontrarás un apartado en el que se explica de forma rigurosa muchos de los cálculos simples realizados en las primeras partes del libro. Estos apéndices técnicos forman la tercera parte del libro, son los apéndices de la A hasta la H.Publication Open Access Enhanced behaviour of a passive thermoelectric generator with phase change heat exchangers and radiative cooling(Elsevier, 2023) Astrain Ulibarrena, David; Jaramillo-Fernández, Juliana; Araiz Vega, Miguel; Francone, Achille; Catalán Ros, Leyre; Jacobo-Martín, Alejandra; Alegría Cía, Patricia; Sotomayor-Torres, Clivia M.; Ingeniería; Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate PublikoaHeat exchangers are essential to optimize the efficiency of Thermoelectric Generators (TEGs), and heat pipes without fans have proven to be an advantageous design as it maintains the characteristic robustness of thermoelectricity, low maintenance and lack of moving parts. However, the efficiency of these heat exchangers decreases under natural convection conditions, reducing their heat transfer capacity and thus thermoelectric power production. This work reports on a novel heat exchanger that combines for the first time, phase change and radiative cooling in a thermoelectric generator to improve its efficiency and increase the production of electrical energy, specially under natural convection. For this, two thermoelectric generators with heat-pipes on their cold sides have been tested: one with the radiative coating and the other without it. Their thermal resistances have been determined and the electric power output was compared under different working conditions, namely, natural convection and forced convection indoors and outdoors. The experimental tests show a clear reduction of the heat exchanger thermal resistance thanks to the radiative coating and consequently, an increase of electric production 8.3 % with outdoor wind velocities of 1 m/s, and up to 54.8 % under free convection conditions. The application of the radiative surface treatment is shown to result in a more stable electrical energy production, suppressing the drastic decrease in the generated electric power that occurs in thermoelectric generators when they work under free convection.Publication Embargo Estudio experimental y caracterización de un generador termoeléctrico aplicado a la geotermia(2021) Flamarique Alzorriz, Asier; Araiz Vega, Miguel; Alegría Cía, Patricia; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola TeknikoaEl presente trabajo de fin de grado se enmarca en el proyecto de investigación Electrovolcán que está desarrollando el grupo de Ingeniería Térmica y de Fluidos de la Universidad Pública de Navarra, financiado por el Ministerio de España. El objetivo es estudiar y desarrollar unos generadores termoeléctricos sin partes móviles y respetuosos con el medioambiente, que generen energía eléctrica a partir del calor geotérmico de origen volcánico, presente en la isla de Lanzarote (Islas Canarias). Durante el desarrollo de este TFG se ha construido y montado un prototipo de generador termoeléctrico con cambio de fase, que más adelante se va a instalar en el Parque Nacional de Timanfaya. Antes, se han realizado varios ensayos de caracterización simulando las condiciones de dicho parque. Estos ensayos se han realizado con diferentes resistencias de carga, diferentes niveles de módulos termoeléctricos y diferentes temperaturas del foco caliente. De esta manera, se han obtenido resultados, que se han estudiado para determinar las condiciones óptimas en el que el prototipo genera más potencia eléctrica. Se ha llegado a la conclusión de que el diseño y montaje de las diferentes partes que forman el prototipo han sido muy adecuados, ya que este se comporta tal y como se había previsto. Además, se ha obtenido una potencia máxima de 55W, un valor muy elevado para un generador termoeléctrico, teniendo en cuenta que la eficiencia de los módulos termoeléctricos es muy baja. Por último, se ha realizado un pequeño cálculo, de forma que se ha estimado cuantos prototipos harían falta para abastecer de energía eléctrica el restaurante El Diablo situado en el Parque Nacional de Timanfaya.Publication Embargo Estudio y optimización del intercambiador del lado frío de un prototipo de generación termoeléctrica(2020) Azcona Zudaire, Álvaro; Araiz Vega, Miguel; Catalán Ros, Leyre; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Informática y de Telecomunicación; Industria, Informatika eta Telekomunikazio Ingeniaritzako Goi Mailako Eskola TeknikoaEste trabajo fin de grado se basa en una aplicación de la termoelectricidad para la generación de electricidad a partir de una fuente renovable de energía como es la geotermia. En concreto los yacimientos para los cuales está centrado este proyecto son yacimientos de roca caliente seca que se encuentran en la isla de Lanzarote en el parque nacional del Timanfaya. Allí se encuentran unas de las anomalías geotérmicas más importantes del mundo, al registrarse entre 100 y 300°C en la superficie y hasta 600°C a 13 metros de profundidad. El objetivo de este proyecto es el diseño y montaje del lado frío del prototipo de generación. Para ello se han diseñado, construido y caracterizado tres configuraciones diferentes con el fin de obtener una solución de fácil construcción, compacta y eficiente que haga posible la instalación real del prototipo. Donde se ha obtenido una solución con bajos valores de resistencia térmica, de 0,39K/W.Publication Open Access Experimental and computational study on thermoelectric generators using thermosyphons with phase change as heat exchangers(Elsevier, 2017) Araiz Vega, Miguel; Martínez Echeverri, Álvaro; Astrain Ulibarrena, David; Aranguren Garacochea, Patricia; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2; Ingeniería Mecánica, Energética y de MaterialesAn important issue in thermoelectric generators is the thermal design of the heat exchangers since it can improve their performance by increasing the heat absorbed or dissipated by the thermoelectric modules. Due to its several advantages, compared to conventional dissipation systems, a thermosyphon heat exchanger with phase change is proposed to be placed on the cold side of thermoelectric generators. Some of these advantages are: high heat-transfer rates; absence of moving parts and lack of auxiliary con- sumption (because fans or pumps are not required); and the fact that these systems are wickless. A com- putational model is developed to design and predict the behaviour of this heat exchangers. Furthermore, a prototype has been built and tested in order to demonstrate its performance and validate the compu- tational model. The model predicts the thermal resistance of the heat exchanger with a relative error in the interval [?8.09;7.83] in the 95% of the cases. Finally, the use of thermosyphons with phase change in thermoelectric generators has been studied in a waste-heat recovery application, stating that including them on the cold side of the generators improves the net thermoelectric production by 36% compared to that obtained with finned dissipators under forced convection.Publication Open Access Experimental development of a novel thermoelectric generator without moving parts to harness shallow hot dry rock fields(Elsevier, 2022) Alegría Cía, Patricia; Catalán Ros, Leyre; Araiz Vega, Miguel; Rodríguez García, Antonio; Astrain Ulibarrena, David; Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC; IngenieríaNowadays, geothermal energy in shallow hot dry rock fields is not exploited enough due to the high economic and environmental impact as well as the lack of scalability of the existing technologies. Here, thermoelectricity has a great future potential due to its robustness, absence of moving parts and modularity. However, the efficiency of a thermoelectric generator depends highly on the heat exchangers. In this work, a novel geothermal thermoelectric generator is experimentally developed, characterizing different configurations of biphasic heat exchangers to obtain low thermal resistances that allow the maximum efficiency in the thermoelectric modules. As a result, robust and passive heat exchangers were obtained with thermal resistances of 0.07 K/W and 0.4 K/W in the hot and cold sides, respectively. The geothermal thermoelectric generator was built with the most effective heat exchangers and was experimented under different temperature and convection conditions, generating 36 W (17 W by a prototype with 10 modules and 19 W by a prototype with 6 modules) for a temperature difference of 160 °C between the heat source and the environment. Furthermore, the experimental development showed that it is possible to increase electricity generation with a more compact generator, since a decrease in the number of modules from 10 to 6 increases the efficiency from 3.72% to 4.06%. With this research, the feasibility of a novel and robust geothermal thermoelectric generator whose working principle is phase change has been experimentally demonstrated, as well as the importance of compactness to maximize its efficiency and thus, power generation.Publication Open Access Experimental development of a novel thermoelectric generator without moving parts to harness shallow hot dry rock fields(2021) Alegría Cía, Patricia; Rodríguez García, Antonio; Catalán Ros, Leyre; Astrain Ulibarrena, David; Araiz Vega, Miguel; Ingeniería; Institute of Smart Cities - ISC; IngeniaritzaNowadays, geothermal energy in shallow hot dry rocks is not exploited enough due to the high economic and environmental impact as well as the lack of scalability of the existing technologies. Here, thermoelectricity has a great future potential due to its robustness, absence of moving parts and modularity. With this research, the feasibility of a novel and robust geothermal thermoelectric generator whose working principle is phase change has been experimentally demonstrated, as well as the importance of compactness to maximize its efficiency and thus, power generation.Publication Open Access Experimental evaluation of a transcritical CO2 refrigeration facility working with an internal heat exchanger and a thermoelectric subcooler: performance assessment and comparative(Elsevier, 2022) Casi Satrústegui, Álvaro; Aranguren Garacochea, Patricia; Araiz Vega, Miguel; Sánchez, Daniel; Cabello, Ramón; Astrain Ulibarrena, David; Ingeniería; Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate PublikoaThe use of carbon dioxide in transcritical state has become one of the most used solutions to comply with the F-Gas directive and reduce greenhouse gases emissions from refrigeration systems at high ambient temperatures. For low-medium power units, the commonly used solutions to improve the efficiency such as the ejector, multiple compressor arrangements, mechanical subcooler, etc., add complexity and increase the cost of the refrigeration facility, which is not ideal for small units. In this low-medium power range, two technologies stand out to increase the performance of a carbon dioxide transcritical cycle: the internal heat exchanger and the thermoelectric subcooler. This study brings a complete research in which both solutions have been tested in the same experimental transcritical carbon dioxide refrigeration facility under the same working conditions. It focuses on the real performance of both systems and discusses the strengths and weaknesses of using an internal heat exchanger or a thermoelectric subcooler. The results show that the thermoelectric subcooler outperforms the internal heat exchanger in both the coefficient of performance and the cooling capacity while also being a more controllable and flexible solution.
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