EFFETTO SEEBECK TERMOELETTRICO - Unicità e prospettive di sviluppo - LarioEsco Srl

EFFETTO SEEBECK
TERMOELETTRICO
Unicità e prospettive di sviluppo

1. Che cos’è
l’effetto Seebeck

Che cos’è
 l’effetto Seebeck

L'effetto Seebeck è un effetto termoelettrico per Egli osservò, inoltre, che l'ago di una bussola subiva
cui, in un circuito costituito da conduttori metallici o una deflessione in prossimità di un anello costituito
semiconduttori, una differenza di temperatura da due metalli con le due zone di giunzione poste a
genera elettricità. È l'opposto dell'effetto Peltier. differenti temperature. Ciò è dovuto al fatto che i
 due metalli generano potenziali elettrici diversi
 nelle due regioni a differente temperatura dando
 origine ad un flusso di corrente, il quale produce il
L'effetto fu scoperto accidentalmente dal fisico campo magnetico che influenza la bussola.
estone Thomas Johann Seebeck nel 1821, il quale
notò la presenza di una differenza di potenziale ai Il valore della differenza di potenziale generata per
capi di una barra metallica sottoposta ad un effetto Seebeck è dell'ordine di alcuni μV per Kelvin
gradiente di temperatura ΔT. di differenza.

Che cos’è
 l’effetto Seebeck
Nel circuito seguente la configurazione circuitale Ne consegue che l'effetto Seebeck può essere
può variare, ma la formulazione matematica rimane sfruttato per misurare differenze di temperatura
la stessa. come differenze di potenziale, generate in un circuito
 costituito da fili di materiale diverso: il dispositivo
 risultante prende il nome di termocoppia. Per
La tensione risultante è data da: ottenere la misurazione di una temperatura assoluta
 si pone una delle due giunzioni ad una temperatura
V = (Sb - Sa) . (T2 – T1) nota. Inoltre differenti termocoppie possono essere
 collegate in serie a formare una cosiddetta termopila.
dove: Sa e Sb sono i coefficienti di Seebeck (o
potere termoelettrico) relativi ai due metalli A e B,
T1 e T2 sono le temperature delle due giunzioni.

I coefficienti di Seebeck non sono lineari e
dipendono dai materiali, dalla loro temperatura
assoluta e dalla loro struttura molecolare. Qualora i
coefficienti si possano ritenere costanti
nell'intervallo di temperatura considerato, la
formula precedente può essere così approssimata:

 1
V=‫ ׬‬2 − 

Che cos’è
 Principio di funzionamento di una cella termocoppia l’effetto Seebeck

L'effetto Seebeck è sfruttato dalle termocoppie. Da questo punto, altri due conduttori elettrici di
Il fenomeno non può sussistere in un circuito formato metallo uguali a quelli della termocoppia prolungano
da un solo conduttore omogeneo. il collegamento elettrico fino ad una sala controllo
Una termocoppia, quindi, è costituita da una coppia centralizzata, e vengono collegati alla morsettiera di
di conduttori elettrici di diverso materiale uniti tra uno strumento indicatore o registratore di
loro in un punto. temperatura.
Questa giunzione è convenzionalmente chiamata In tal modo il giunto freddo si trova fisicamente
giunto caldo o giunzione calda, ed è il punto nel quale sottoposto alla temperatura presente su tale
viene applicata la temperatura da misurare. L'altra morsettiera.
estremità, costituita dalle estremità libere dei due Questa temperatura viene misurata tramite un
conduttori, è convenzionalmente chiamata giunto termistore o una termoresistenza e utilizzata,
freddo o giunzione fredda. Quando esiste una all'interno dello strumento, per correggere
differenza di temperatura tra la zona del giunto caldo elettricamente il segnale proveniente dalla
e la zona del giunto freddo, si può rilevare una termocoppia.
differenza di potenziale elettrico tra le estremità In questo modo, qualsiasi sia la temperatura
libere della termocoppia in corrispondenza del giunto presente in tale zona, è come se il giunto freddo si
freddo. Tale valore di potenziale elettrico è funzione trovasse alla temperatura di 0 °C. Quest'azione si
diretta della differenza di temperatura, secondo una chiama compensazione della temperatura
legge non lineare (vedi sotto). Nella pratica, ad ambiente ed assicura la massima precisione di
esempio negli impianti industriali, la termocoppia è misura.
inserita all'interno di una guaina di protezione che Lo strumento misuratore avrà sulla sua scala o sul
penetra all'interno dell'apparecchiatura della quale si suo display l'indicazione direttamente in gradi
vuole misurare la temperatura. Subito all'esterno, i Celsius (e non in mV), in quanto al suo interno
due conduttori sono connessi ad una morsettiera di esistono sistemi che tengono conto anche della non
porcellana contenuta dentro una testina di linearità del segnale in ingresso.
protezione.

2. L’unicità del
Brevetto LarioEsco

L’unicità del
 Brevetto LarioEsco
LarioEsco è una società che fornisce ai propri clienti Occorre sottolineare come la produzione di energia
molteplici servizi integrati per la realizzazione, e elettrica, tramite moduli termoelettrici sia stata finora
successiva gestione, di interventi finalizzati al utilizzata nella ricerca spaziale ma non applicata in
risparmio energetico, all’efficientamento dei processi ambito terrestre. La NASA sfrutta l’effetto Seebeck nei
industriali attraverso l’ingegnerizzazione e rover lunari e marziani, in collegamento con un
l’applicazione delle migliori tecnologie presenti sul generatore termoelettrico a radioisotopi (plutonio).
mercato.

In questo senso il pool di ingegneria di Larioesco è in
grado di concepire, ingegnerizzare , prototipare e
realizzare le migliori soluzioni tecnologiche.

LarioEsco, grazie alla collaborazione ed all’intuizione
progettuale della associata Labor, dopo lunghi studi
di carattere dimensionale e i test di stress di
funzionamento sia in regime statico che dinamico si
propone di mettere sul mercato il prodotto
industrializzato.
Lo scopo è quindi quello di ottenere energia elettrica,
non inquinante, a basso impatto ambientale e senza
sottrarre vaste superfici ad altri utilizzi da fluidi caldi
con una differenza di temperatura variabile tra i 100
ed i 250 °C.

L’unicità del
 Brevetto LarioEsco
Il prototipo è costituito da moduli di materiale In funzione del valore di questo salto termico, si crea
semiconduttore in cui si crea e mantiene una all’interno una differenza di potenziale e quindi una
differenza di temperatura tra le due superfici, corrente elettrica. In questo modo dalla stessa sorgente
ponendoli a contatto con dei circuiti idraulici in cui di calore viene prodotta energia elettrica; inoltre
scorre del fluido caldo da una parte e freddo dall’altra. attraverso cicli termodinamici si ottiene calore di
 climatizzazione o riscaldamento.

 L’applicazione innovativa di Larioesco ottimizza
 efficacemente questo processo, grazie a due fattori
 premianti e brevettati:
 • la scelta dei metalli a semiconduttori drogati utilizzati;
 • una struttura di scambio termico tale da produrre in
 un metro quadro una potenza di circa 10 kW ed
 un’energia di circa 80.000 kWh all’anno.

3. Le Applicazioni

Le Applicazioni

La nuova tecnologia può essere applicata al recupero termico di ogni sistema che abbia una costante produzione di
calore oltre i 220 °C, come l’energia solare o quella derivante dai fumi di processi di combustione ad alte
temperature. Esso produce energia elettrica dal calore, con la massima efficacia possibile. Inoltre, particolare
determinante, non ha parti meccaniche in movimento, non necessita di manutenzione e non richiede nessuna
fornitura di combustibile fossile, solido, liquido o gassoso.

Le applicazioni, dunque, sono illimitate:

• Smaltimento di rifiuti, solidi e biomasse, termovalorizzatori, inceneritori, impianti a pirolisi.
• Riciclo dei materiali derivanti da raccolta differenziata.
• Impianti siderurgici, cementifici, cartiere, forni, trafilerie.
• Motori a combustione interna, in questo caso può essere utile l’applicazione dell’impianto su imbarcazioni da
 diporto, mercantili e transatlantici.
• Solare termico piano e a concentrazione.

Le Applicazioni
 Applicazione con solare termico e cogeneratori

SOLARE TERMICO
L’applicazione in accoppiamento con la produzione di
ACS derivante dai pannelli solari termici è un’ulteriore
interessante utilizzo della nostra tecnologia. Il solare
termico infatti spesso sopporta in estate un forte
esubero di potenza termica non solo non sfruttato ma
spesso fonte di problemi di gestione.
Il sistema Seebeck permette di sfruttare questo esubero
di potenza trasformando i gradienti termici in
particolare estivi in energia elettrica in bassa tensione
subito disponibile.

 COGENERAZIONE
 I sistemi di cogenerazione si prestano ad essere
 affiancati dal nostro sistema Seebeck, poiché spesso vi è
 una forte necessità di aumento della produzione di
 energia elettrica per l’alimentazione delle utenze. In
 questo senso quindi l’accoppiamento viene fatto sui
 fumi di scarico dai quali è possibile prelevare l’energia
 necessaria.

4. Compatibilità
 Ambientale

Compatibilità Ambientale

I cogeneratori a ciclo rankine, conosciuti con il nome di Non è costituito da organi in movimento e l’impianto è
turbogeneratori ORC (Organic Rankine Cyc) sono le realizzato in ambienti chiusi e protetti; gli interventi di
tecnologie oggi maggiormente diffuse sul mercato che assistenza sono facilitati, la manutenzione è ridotta al
hanno lo stesso effetto del prototipo oggetto in analisi. In minimo e diminuiscono i rischi legati a fenomeni
queste macchine il fluido organico viene fatto evaporare atmosferici, furti e atti vandalici.
utilizzando il calore proveniente dalla caldaia mediante Inoltre diminuiscono gli sfruttamenti di spazi ed
uno scambiatore ad olio diatermico. impianti; la produzione di energia avviene nel luogo di
 utilizzo evitando parte degli ingenti investimenti in linee
 di trasporto.
Il fluido organico vaporizzato alimenta quindi la turbina Infine, è un sistema estremamente flessibile in quanto
che produce energia elettrica. può essere sfruttato sia per richieste di alte potenze sia
Il sistema proposto si differenzia però per diversi vantaggi per soddisfare i fabbisogni di piccole utenze.
sul piano ambientale di notevole interesse.
Per prima cosa non necessita della fornitura di nessun
combustibile fossile, solido, liquido o gassoso per il suo
funzionamento con la conseguente riduzione delle
emissioni di rifiuti o residui di processo.

5. I Tempi dello sviluppo

I Tempi dello Sviluppo

I mercati di riferimento sono molteplici e su scala mondiale. Immaginare una prospettiva di mercato passa attraverso la
certificazione dei diversi settori produttivi oltre che all’adeguamento dei dispositivi di interfaccia e alle specifiche
tecniche di ogni paese (soprattutto extra UE) sul versante dello sviluppo internazionale dell’iniziativa.

Tuttavia sulla base di quanto riteniamo possibile perseguire commercialmente anche con l’adeguato supporto allo
sviluppo da parte delle banche, si ritiene di poter affrontare il mercato con questa implementazione:
• 200 kw nel 2016;
• 2500 kw nel 2017;
• 10.000 kw nel 2018.

6. Il Primo Impianto
 Pilota

Il primo impianto pilota

Il primo impianto da 30 kW efficace e funzionante
sarà pronto in Italia ed installato presso un cliente
industriale: sarà il primo impianto funzionante ad
effetto Seebeck, a regime entro il 2015 in Italia.

Oltre che dare un segnale di forte concretezza per il
mercato, l’impianto ha una doppia possibilità di
esercizio atta dunque a verificare le possibilità di
adattamento a contesti industriali differenti.

L’impianto avrà un sistema di telecontrollo attivato
sia nella gestione delle automazioni sul circuito di
calore che su quello di raffreddamento.

Unitamente a questo il sistema ha tutte le più
moderne interfacce web-oriented per l’acquisizione
in tempo reale dei dati di sistema.

Le dimensioni sono sorprendenti poiché la superficie
di generazione termoelettrica è di soli 3,5 mq.

7. Valutazione Economica

Valutazione Economica

Dal punto di vista economico si può Esse sono gli impianti fotovoltaici e i Anche nel caso dei turbogeneratori
effettuare un’analisi di massima in turbogeneratori ORC. ORC, per garantire il confronto si
riferimento all’impianto pilota A fronte di ciò le considerazioni che si mantengo alterati alcuni dati, quali la
sopracitato da 30 kW. Si è possono effettuare, derivano non potenza di 30 kW e il funzionamento
ipotizzato un possibile solo dal valore in anni di payback continuo di circa 8000 ore annue. La
investimento, si è calcolata la sicuramente più alto ma anche da producibilità annua rimane la stessa ma
producibilità annua sulla base di un una differenza notevole delle in questo caso l’investimento è
funzionamento continuo di circa superfici occupate dall’impianto per nettamente aumentato. Inoltre il valore
8000 ore annue e sulla cessione in ottenere gli stessi valori di potenza del ricavo, anche se il prezzo di scambio
azienda dell’energia elettrica generata. Per il prototipo si richiede sul posto rimane inalterato, risulta più
prodotta, per arrivare ad un uno spazio per le celle di circa 3 mq basso poiché è stata considerata una
payback in anni. che si può sviluppare sia in percentuale di manodopera che risulta
Con lo stesso ragionamento si orizzontale che in verticale; mentre molto dispendiosa per questa tipologia
vuole a questo punto inserire una la superficie occupata dai pannelli di impianti. Il calcolo ha portato ad un
comparazione con le tecnologie fotovoltaici è di 190,2 mq, installata risultato di payback in anni con un
oggi più diffuse sul mercato che in una posizione precisa con valore superiore al prototipo oggetto
sfruttano lo stesso principio: un’inclinazione che deve essere della trattazione.
trasformano calore in energia studiata per massimizzare i
elettrica. rendimenti.

8. Contatti

LarioEsco s.r.l.
Corso XXV Aprile 149/C, Erba (CO)
Tel. 031-4476134
Email. info@larioesco.it
Web. www.larioesco.it

Dott. Fabio Puglia
344-2543889
Dott. Mario Motta
329-2037279

LABOR S.r.l.
Via Carlo Crivelli n. 15/1, Milano
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Dott. Franco Barberis
347-3092277