Caracterización térmica de intercambiadores de calor en generadores termoeléctricos para estaciones de vigilancia volcánica en la Antártida

Abstract

Actualmente, el 10 % de la población mundial se encuentra en riesgo por una erupción volcánica. A pesar de que no es posible impedir que un volcán entre en erupción, se puede tratar de predecir cuándo ocurrirá, monitorizando las señales que los volcanes emiten en todo momento. Sin embargo, los equipos que se encargan de esta tarea consumen potencia, y en los lugares donde se encuentran los volcanes no suele haber acceso a la red eléctrica. Por ello, una de las soluciones que se está llevando a cabo es la de aprovechar el calor geotérmico proveniente de las fumarolas de los volcanes para producir electricidad, empleando módulos termoeléctricos e intercambiadores de calor, siendo esta una solución fiable, robusta y respetuosa con el medio ambiente. Así, en este trabajo fin de grado se han analizado, construido y estudiado experimentalmente seis intercambiadores de calor de tipo heat pipe, examinando la influencia de tres aspectos sobre el funcionamiento global del intercambiador de calor: fluido de trabajo en el interior del heat pipe (agua o metanol), disposición de las aletas (con o sin disipador de aletas) y longitud de los heat pipes (300 o 400 mm). Para ello, se han realizado ensayos de caracterización térmica a diferentes valores de temperatura ambiente y flujo de calor. Tras el análisis de los resultados, se ha pasado a determinar cuál sería la configuración más adecuada para emplearla en el intercambiador de calor de lado frío del generador termoeléctrico que se quiere colocar en Decepción (Antártida). Este es uno de los proyectos llevados a cabo por electrovolcan, cuyo objetivo es solucionar el problema de abastecimiento eléctrico de la estación de vigilancia volcánica situada en la base Gabriel de Castilla

Currently, 10% of the world's population is at risk from a volcanic eruption. Although it is not possible to prevent a volcano from erupting, it is possible to try to predict when this will happen by monitoring the signals that volcanoes emit at all times. However, the equipment for this task consumes power and in the places where volcanoes are located there is often no access to the power grid. Therefore, one of the solutions being developed is to harness the geothermal heat from volcanic vents to produce electricity, using thermoelectric modules and heat exchangers, which is a reliable, robust and environmentally friendly solution. Thus, in this final degree project, six heat pipe heat exchangers have been analysed, constructed and experimentally studied, examining the influence of three aspects on the overall performance of the heat exchanger: working fluid inside the heat pipe (water or methanol), arrangement of the fins (with or without fin dissipator) and length of the heat pipes (300 or 400 mm). For this purpose, thermal characterisation tests have been carried out at different ambient temperature and heat flux values. After analysing the results, the most suitable configuration for use in the cold-side heat exchanger of the thermoelectric generator to be installed on Deception (Antarctica) was determined. This is one of the projects carried out by electrovolcan, the aim of which is to solve the electricity supply problem of the volcanic monitoring station located at Gabriel de Castilla's base.