Análise experimental e analítica de geradores termoelétricos aplicados em nanossatélites

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo apresentar um estudo experimental e analítico de geradores termoelétricos acoplados a um nanossatélite. Uma revisão bibliográfica foi realizada a respeito dos princípios físicos relacionados aos módulos termoelétricos, bem como métodos de modelagem com associação desses dispositivos. Uma bancada experimental para testes de dispositivos termoelétricos já construída é apresentada e uma nova seção de testes foi proposta. Os modelos analíticos desenvolvidos foram divididos em dois grandes grupos. O primeiro grupo de modelos avalia os efeitos de um gerador termoelétrico em temperaturas abaixo de 0 ºC, permitindo prever o comportamento térmico e elétrico desses dispositivos. O segundo grupo avalia a energia gerada nas seis faces de um nanossatélite padrão CubeSat. Dentre esses modelos teóricos, destaca-se o modelo que introduz o conceito de condutividade térmica efetiva, evidenciando suas relações com as propriedades termoelétricas, fornecendo novas alternativas para a determinação de parâmetros de eficiência. Os resultados dos modelos foram comparados com resultados experimentais obtidos a partir de testes em laboratório. Verificou-se uma boa aderência entre os dados experimentais e teóricos, validadando assim os modelos desenvolvidos.

Abstract: In the present work an experimental and analytical study of thermoelectric generators for nanosatellite is presented. A litarature review was made regarding the physical principles related to the thermoelectric modules, as well as modeling methods proprosed by litarature. An experimental test bench for already installed thermoelectric devices is presented and a new testing section has been proposed. The analytical models developed were divided into two major groups. The first group analysis the effects of a thermoelectric generator at temperatures below 0 ºC, allowing to predict the thermal and electrical behavior of these devices. The second group evaluates the energy generated on the six faces of a CubeSat nanosatellite. Among these theoretical models, we highlight the model that introduces the concept of effective thermal conductivity, evidencing its relations with thermoelectric properties, providing new alternatives for the determination of efficiency parameters. The results of the models were compared with experimental results obtained from laboratory tests. The resulting data compared well with the models.