Climatización y calefacción en el vehículo eléctrico mediante sisitemas termoeléctricos

Abstract

En este Trabajo de Fin de Máster se analiza la posibilidad de sustituir la tecnología actual de frío por compresión empleada habitualmente en automoción para la refrigeración del habitáculo por sistemas termoeléctricos. Se hace una primera aproximación al estado actual del arte (tecnología de frío por compresión), con la que se evalúan por un lado las necesidades energéticas para la climatización y calefacción de un habitáculo de un vehículo turismo de tipo medio y, por otro, el Coeficiente de OPeración (Coefficient Of Performance, COP) del sistema. En lo que a las necesidades energéticas se refiere, éstas se establecen como exigencias del usuario, y son las que habrán de mantenerse en el vehículo eléctrico. A partir de ellas, se analiza la posibilidad de su satisfacción mediante otros sistemas de refrigeración y/o bomba de calor. Aunque se hace referencia a otras posibilidades disponibles con la tecnología actual, el trabajo se centra en la climatización y calefacción mediante sistemas termoeléctricos. En cuanto al COP, éste se busca porque se pretende tener una referencia desde el punto de vista Termodinámico de la distancia a la que se encuentra la tecnología de los semiconductores y la termoelectricidad para su implantación en la climatización y calefacción de automóviles, en sustitución de los sistemas de frío por compresión (para frío) e intercambiadores de calor a partir del fluido de refrigeración de motor (para calor). Se introducen descripciones de los fenómenos termoeléctricos Joule, Seebeck y Peltier, así como de sus posibles aplicaciones en climatización y calefacción, centrando el estudio en el efecto Peltier como el fundamento del funcionamiento de los sistemas termoeléctricos objeto de estudio por la posibilidad que ofrecen de producción tanto de calor como de frío. Así, para los sistemas termoeléctricos se hace una descripción de su comportamiento electrónico para, a partir de ahí, establecer los parámetros que caracterizan su funcionamiento, relacionándolos con los aspectos Termodinámicos que involucran, especialmente con el Coeficiente de OPeración (Coefficient Of Performance, COP) y las potencias que son capaces de intercambiar. Se comparan los balances energéticos y los COP en los sistemas de frío por compresión y en los sistemas termoeléctricos, resultando éstos últimos en desventaja en cuanto al COP pero situándose ya a un nivel competitivo en cuanto a las potencias intercambiadas ya sea en forma de calor o frío. Se presenta una opción comercial que ofrece como ventaja el tiempo en alcanzar en el habitáculo la temperatura de confort, notablemente menor en los sistemas termoeléctricos que en los sistemas de frío por compresión, lo que puede entenderse como una introducción en el mercado con vista a una implantación futura del sistema.