Este trabalho tem por objetivo principal avaliar a influência da temperatura de junção nas perdas de potência de um módulo IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), monitorando a temperatura através de medida direta, empregando sensores a fibra ótica. O monitoramento direto da temperatura é realizado por meio de sensores óticos baseados em rede de Bragg instalados no interior do módulo, posicionados sobre a pastilha semicondutora que forma o IGBT. Para que as análises experimentais possam ser realizadas sob condições de temperatura controlada, foi desenvolvido um sistema de controle de temperatura digital com base em um módulo termoelétrico de efeito Peltier, que permite regular a temperatura com um erro percentual de 0,1%, numa faixa de valores que podem variar de -16 °C a 150 °C. O acionamento do módulo IGBT é realizado através de um circuito de teste capaz de variar os parâmetros elétricos do dispositivo, como largura do pulso, tensão e corrente de carga. As formas de onda que descrevem o comportamento do IGBT são obtidas por meio de um osciloscópio digital, o que proporciona a verificação do desempenho do dispositivo durante os processos de comutação e condução de corrente elétrica. O acionamento do IGBT sob temperaturas controladas permite verificar as faixas de temperatura que apresentam influência significativa nas perdas do dispositivo. O emprego do sensor ótico proporciona identificar o aquecimento gerado na junção do dispositivo em função das perdas. A medição da temperatura de forma direta também contribui para o desenvolvimento de uma técnica simples e de boa precisão para obtenção dos parâmetros térmicos da estrutura do IGBT. Os parâmetros obtidos serviram de base para elaboração de um modelo térmico preciso, que permite simular fielmente o comportamento térmico do dispositivo, onde o erro percentual máximo é de aproximadamente 0,3%. A utilização do modelo facilita a análise de pequenas variações de temperatura, inferiores à 0,01 °C, onde a medição através do sensor torna-se complicada. A associação dos resultados da análise de influência da temperatura no desempenho do IGBT, com o monitoramento e simulação do aquecimento gerado durante a operação do dispositivo pode contribuir, de fato, para o desenvolvimento semicondutores de potência mais eficientes. / This study aims to evaluate the temperature influence on power losses of an IGBT module (Insulated Gate Bipolar Transistor), monitoring the temperature through direct measurement, using optical sensors. The direct monitoring of temperature is accomplished by means of optical sensors based on fiber Bragg grating installed inside the module, positioned on the semiconductor wafer, which forms the IGBT structure. For the experimental analysis to be performed under controlled temperature conditions, a digital temperature control system based on a Peltier effect thermoelectric module was developed, which can regulate the temperature in a range between -16 °C to 150 °C, with an percentage error of 0.1%. The drive of the IGBT module is done by a test circuit that can vary the device electrical parameters, such as pulse width, voltage and load current. A digital oscilloscope, providing verification of device performance during the switching and conduction of electrical current, obtains the waveforms that describe the IGBT behavior. The drive of the IGBT under controlled temperature allows checking the temperature ranges that have significant influence on the device power losses. The use of optical sensor provided to identify the heat generated on the device junction due to the power losses. The direct measurement of junction temperature also contributed to the development of a simple technique with great precision to obtain the thermal parameters of the IGBT structure. The parameters obtained were the basis for developing a precise thermal model that faithfully simulates the device thermal behavior, where the maximum percentage error is 0.3%, approximately. The model facilitates the analysis of small variations in temperature, lower than 0.01 °C, where measurement by the sensor becomes more complicated. The association of the temperature influence analysis on the IGBT performance with monitoring and simulation of generated heat on the structure during device operation, can contribute to the research on design of novel power semiconductor devices.

Este trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema de controle de temperatura para um aquecedor de passagem de água a gás. O sistema de controle Controlgás é apresentado e comparado ao sistema de controle típico, usado em aquecedores de passagem convencionais. São apresentadas as características e objetivos do projeto Controlgás, o qual serviu de base para o desenvolvimento deste trabalho. É apresentada uma fundamentação teórica sobre técnicas de controle para compensação de variações paramétricas e de atrasos de transporte, bem como uma revisão sobre as principais soluções já desenvolvidas para o controle de temperatura da água em aquecedores de passagem. A bancada experimental, contendo o aquecedor e o sistema de controle, utilizada em trabalhos anteriores, foi reestruturada e instrumentada com sensores de temperatura na entrada e na saída de água e com sensores que detectam a presença de chama e de fluxo de água. Foi desenvolvida uma servo-válvula que permite a regulagem automática da vazão de gás. Desenvolveu-se um circuito de potência para o acionamento dos atuadores (solenoides e servo-válvula) da bancada, assim como algoritmos que geram os sinais adequados para seu funcionamento. Foi feita a identificação do processo e o modelo da servo-válvula foi obtido por meio da análise de ensaios experimentais. O modelo do sistema completo foi desenvolvido no programa Simulink, onde foram feitas simulações do comportamento dinâmico do sistema proposto. O sistema foi implantado experimentalmente e foi capaz de convergir para as temperaturas de referência durante os ensaios. / This work addresses the development of a temperature control system for a gas tankless water heater. The Controlgás control system is presented and compared to typical control systems used in regular tankless water heaters. The characteristics and objectives of Controlgás project, which formed the basis for the development of this work, are presented. A theoretical foundation on control techniques for compensation of parametric variations and transport delays is presented, as well as a review of the main solutions already developed for the control of water temperature on tankless water heaters. The experimental set containing the heater and the control system used in previous work was restructured and instrumented with temperature sensors at the water's input and output and with sensors which detect the presence of flame and the water flow. A servo-valve that allows automatic adjustment of the gas flow was developed. A power circuit was created to drive the actuators (solenoids and servo-valve) of the set, as well as algorithms that generate the appropriate signals for its operation. The process identification and the servo-valve‟s model were obtained through experimental analysis. The system‟s complete model was developed in Simulink, where simulations of the dynamic behavior of the proposed system were made. The system was implemented experimentally and was able to converge to the reference temperatures during the tests.

In this work, initially the radioluminescence (RL) and thermoluminescence (TL) techniques are presented. The radioluminescence is the prompt luminescence emitted by a material under ionizing radiation exposure. The thermoluminescence is the luminescence emitted by a material previously exposed to ionizing radiation when excited by heat. Enegy bands concepts, defects in crystals and the different processes of ionization that take place in matter when exposed to ionizing radiation are briefly discussed in order to present the mechanisms involved in RL and TL processes. The usage of the techniques in characterization of materials and dosimetry is reported, legitimating the importance of the instrument developed. Mechanical and structural parts as well as a description of each component of the instrument are fairly described. The implemented algorithm for controlling the instrument and acquiring data is also discussed. The development of the instrument enabled us to generate temperature ramps with a quite good performance, reaching temperatures up to 500 °C with deviations up to 2 °C, having used heating rates between 0.5 °C/s and 5 °C/s. Calibrations of optical spectrometer used in light collection and irradiation system were carried out. Lastly, TL and RL spectra tests were performed. The RL tests were carried out using several materials which emission spectra are well known by literature, namely, carbon-doped aluminium oxide Al2O3:C, terbium-doped gadolinium oxysulphide Gd2O2S:Tb, europium-doped yttrium oxide Y2O3:Eu and dysprosium-doped calcium borate CaB6O10:Dy. For the TL spectra test, the aluminium oxide doped with carbon Al2O3:C was used. The results of RL and TL spectra tests showed a good agreement with the literature, pointing out that the instrument developed in this work is comparable to others instruments in operation from others research groups, making our results reliable. / Nesse trabalho, inicialmente as técnicas de radioluminescência (RL) e termolumi- nescência (TL) são apresentadas. A radioluminescência é a luminescência imediata emitida por um material quando exposto à radiaçao ionizante. A termoluminescência é a luminescência emitida por um material previamente exposto à radiação quando este é aquecido. Conceitos de bandas de energia, defeitos em cristais e os diferentes processos de ionização que ocorrem na matéria quando exposta à radiação ionizante são brevemente discutidos a fim de apresentar os mecanismos envolvidos na RL e TL. A utilização das técnicas na caracterização de materiais e na dosimetria é reportada, justificando a importância do instrumento desenvolvido. As partes mecânicas/estruturais e uma descrição de cada componente do instrumento são descritos. O algoritmo implementado para controle do instrumento e aquisição de dados é também descrito. O desenvolvimento do instrumento possibilitou a geração de rampas de temperatura com uma boa performance, atingindo até 500 °C com variações de até 2 °C ao utilizar taxas de aquecimento entre 0.5 °C/s e 5 °C/s. Calibrações do espectrômetro óptico utilizado na aquisição da luminescência e do sistema de irradiação foram executadas. Por fim, testes de aquisição de espectros de RL e TL foram realizados. Os testes de RL foram realizados utilizando vários materiais cujos espectros de emissão são bem conhecidos pela literatura, a saber, óxido de alumínio dopado com carbono Al2O3:C , oxisulfeto de gadolínio dopado com térbio Gd2O2S:Tb , óxido de ítrio dopado com európio Y2O3:Eu e borato de cálcio dopado com disprósio CaB6O10:Dy. Para o teste dos espectros de TL, o Al2O3:C foi utilizado. Os resultados dos espectros de RL e TL mostraram concordância com a literatura, indicando que o instrumento desenvolvido é comparável a outros instrumentos em operação de outros grupos, tornando os nossos resultados confiáveis.

Orientador: Vivaldo Silveira Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-06T21:39:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sampaio_KliciaAraujo_M.pdf: 9372633 bytes, checksum: 97ee089783099e97ff258983516fbdc1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:58:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nunes_RafaelLeiria_M.pdf: 1689877 bytes, checksum: 724466ace7372cd7a821c21770f5b255 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Reações em batelada são muito utilizadas na indústria de polímeros e química fina, pois conferem grande flexibilidade e vantagens na manufatura de produtos específicos em pequenas e médias escalas. Neste trabalho foi escolhido como caso-estudo o processo de polimerização em batelada do metacrilato de metila (MMA) via radicais livres em solução. Acetato de etila e peróxido de benzoíla são respectivamente, o solvente e o iniciador de reação, utilizados. Fixou-se a proporção volumétrica de mono mero/solvente em 33%, de forma a obter uma condição segura de operação. O PMMA possui uma ampla gama de aplicações nos mais diversos segmentos de mercado, desde simples utensílios domésticos até sofisticadas próteses e equipamentos biomédicos. Para cada aplicação são indicadas diferentes características fisico-químicas do produto, que podem ser mais ou menos rígidas conforme o uso e que dependem fortemente da temperatura em que a reação de polimerização ocorre. O presente trabalho aborda as etapas de desenvolvimento, montagem e configuração do aparato experimental e do sistema de aquisição de dados para controle de temperatura desta reação. Este sistema é baseado em um protocolo de comunicação de chão de fábrica, conhecido como "Fieldbus", suas características, vantagens, desafios e limitações, bem como a aplicação de uma estratégia de controle de temperatura convencional são também abordados. O controlador escolhido foi o proporciona f-integral-derivativo cuidadosamente sintonizado através do estudo das características dinâmicas do processo, para atuar durante toda a reação com um único conjunto de parâmetros característicos. Os resultados obtidos com a utilização deste controlador foram satisfatórios para algumas fases da reação e insatisfatório para outras, fato este decorrente da transitoriedade e não-linearidades típicas deste processo, Variações máximas de 5,4% foram obtidas para a temperatura do meio reacional ao longo das seis horas de reação. Deste modo, garantindo a aplicabilidade do controlador PID para o processo em estudo e provendo um conjunto de dados experimentais para comparação de futuros trabalhos que utilizarão técnicas de controle mais avançadas / Abstract: Batch reactors are very important in polymer and fine chemistry industries, since they confer great flexibility and advantages to specific products manufacture, in small and middle scales. In this work, it was chosen as case study the polymethil methacrylate (PMMA} free-radical batch solution polymerization process. Ethyl acetate and benzoyl peroxide are de solvent and the reaction initiator, respectively. In order to attend safety conditions, the monomer/solvent volumetric ratio was maintened in 33%. PMMA presents a wide diversity of applications in market segments, such as domestic utilities, sophisticated prosthesis and biomedical tools.For each application, different physical-chemical characteristics of the product are required, which can be more or less rigid according to the use. The present work presents the development, assembly and configuration of the experimental apparatus and the data acquisition system, applyed to control the reaction temperature. This system is based on a communication protocol, known as Fieldbus. Characteristics, advantages, challenges and limitations of Fieldbus system is presented. Them implementation of a conventional temperature control strategy is also described. The fixed parameters proportional-integral-derivative contrôler was chosen and carefully adjusted through the process reaction curve. Closed-loop results show that the control performance is modifyed durring the different stages of the reaction. The present work also provides experimental data sets for comparison in future works where more advanced techniques of control may be implemented / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Este trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema de controle de temperatura para um aquecedor de passagem de água a gás. O sistema de controle Controlgás é apresentado e comparado ao sistema de controle típico, usado em aquecedores de passagem convencionais. São apresentadas as características e objetivos do projeto Controlgás, o qual serviu de base para o desenvolvimento deste trabalho. É apresentada uma fundamentação teórica sobre técnicas de controle para compensação de variações paramétricas e de atrasos de transporte, bem como uma revisão sobre as principais soluções já desenvolvidas para o controle de temperatura da água em aquecedores de passagem. A bancada experimental, contendo o aquecedor e o sistema de controle, utilizada em trabalhos anteriores, foi reestruturada e instrumentada com sensores de temperatura na entrada e na saída de água e com sensores que detectam a presença de chama e de fluxo de água. Foi desenvolvida uma servo-válvula que permite a regulagem automática da vazão de gás. Desenvolveu-se um circuito de potência para o acionamento dos atuadores (solenoides e servo-válvula) da bancada, assim como algoritmos que geram os sinais adequados para seu funcionamento. Foi feita a identificação do processo e o modelo da servo-válvula foi obtido por meio da análise de ensaios experimentais. O modelo do sistema completo foi desenvolvido no programa Simulink, onde foram feitas simulações do comportamento dinâmico do sistema proposto. O sistema foi implantado experimentalmente e foi capaz de convergir para as temperaturas de referência durante os ensaios. / This work addresses the development of a temperature control system for a gas tankless water heater. The Controlgás control system is presented and compared to typical control systems used in regular tankless water heaters. The characteristics and objectives of Controlgás project, which formed the basis for the development of this work, are presented. A theoretical foundation on control techniques for compensation of parametric variations and transport delays is presented, as well as a review of the main solutions already developed for the control of water temperature on tankless water heaters. The experimental set containing the heater and the control system used in previous work was restructured and instrumented with temperature sensors at the water's input and output and with sensors which detect the presence of flame and the water flow. A servo-valve that allows automatic adjustment of the gas flow was developed. A power circuit was created to drive the actuators (solenoids and servo-valve) of the set, as well as algorithms that generate the appropriate signals for its operation. The process identification and the servo-valve‟s model were obtained through experimental analysis. The system‟s complete model was developed in Simulink, where simulations of the dynamic behavior of the proposed system were made. The system was implemented experimentally and was able to converge to the reference temperatures during the tests.

Orientadores: Ibere Nascentes Alves, Luis Felipe Mendes de Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T11:27:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Assmann_BennoWaldemar_M.pdf: 4090933 bytes, checksum: 8e6f751c1c94f99b38e1e24296d3f142 (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: A previsão de temperatura e pressão transitória em tubulações e poços que escoam misturas bifásicas de hidrocarbonetos é de fundamental importância no que diz respeito ao projeto de instalações de produção. A deposição de sólidos tais como parafinas, asfaltenos e etc. só pode ser corretamente prevista se for possível determinar o estado dos fluidos em cada ponto da tubulação. A deposição de sólidos assim como a previsão de condições de operação na calibração de válvulas de gás Iift e a influência da variação da temperatura nas. condições hidrodinâmicas do escoamento, são alguns dos problemas que podem ser resolvidos por este tipo de previsão. Neste traba1ho, um modelo para calcular pressão e temperatura transitórios em poços de petróleo e oleodutos é desenvolvido a partir da solução numérica de um sistema de equações de conservação. São levados em conta os' efeitos de deslizamento entre as fases, transferência de calor transitória para as formações, transferência de massa entre as fases e o comportamento termodinâmico das fases. A transferência de calor transitória em poços é resolvida no campo de Laplace e a transformada inversa é obtida, utilizando a convolução numérica aproximada por intervalos lineares e comparada com a modelagem transferência de calor pelo já clássico método de Ramey, desenvolvido para regime permanente hidrodinâmico e regime quase permanente de temperatura. Em oleodutos, adota-se solução semelhante a de Coulter & Bardon. Para a determinação das propriedades dos fluidos utiliza-se o modelo "black-oil". São obtidas soluções numéricas típicas tanto para escoamento águaar sem transferência de massa como para escoamento de gás-óleo com transferência de massa. Um estudo de variação de parâmetros indica quais são as variáveis do problema que maior influência tem na resposta do sistema. Finalmente são comparadas soluções numéricas de longo tempo com medições de temperatura em regime permanente feitas no campo para validação do modelo como preditor de temperaturas / Abstract: The transient pressure and temperature prediction in two-phase hydrocarbons mixtures flowing in wells and pipelines is fundamental in production pIants designo The soIid deposition like parafines, alfaltenes and so on, is correctly predicted only if the fluid states are known in aI1 sections of the pipeline. The soIid depositioo, the prediction of operational conditions for gas Iift valves caIibration and the effect of temperature variations the hydrodynamics conditions are some problems that such prediction can be helpful. In this work, a model to calculate the transient temperature and pressure in wells and pipelines is developed by the numeric solution of a set of conservation equations. It takes into account the effects of the drift between the phases, transient heat transfer to the ground formations, mass transfer between the phases, and the thermodynamics behavior of the phases. The transient heat transfer to the formation in wells is solved in the domain of Laplace and inverted by a numerical convolution approxlmated by linear sections and this solution is compared with the classical method developed by Ramey for hydrodynamic steady state and temperature quasi steady state. In pipeIines the numerical solution is similar to Coulter and Bardon expression. The fluids properties are caculated by the black-oil model. Typical numerical solutions are obtainned for air-water flow without mass transfer and for gas-oil flow with mass transfer. A parameter variation study indicates which variables has the major effects in the system response. Finally, long time numerical temperature solutions are compared with steady state field measures to valida te the model as a temperature predictor / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

O objetivo desta dissertação de mestrado é investigar as causas da elevação da temperatura do satélite SCD-1 (Satélite de Coleta de Dados) ao longo dos seus 13 anos em órbita. O SCD-1 é o primeiro satélite projetado e construído no Brasil, lançado com sucesso em 1993, e ainda em operação. O controle térmico foi realizado por meio passivo usando tintas, isolantes térmicos e materiais condutivos, apropriados para manter as temperaturas do satélite em níveis especificados. Um modelo matemático foi desenvolvido para simular o comportamento térmico do SCD-1 em órbita, sendo utilizado como ferramenta de trabalho durante a fase de projeto. As temperaturas em órbita, de trinta componentes do SCD-1, foram monitoradas e registradas no Centro de Controle e Rastreio (São José dos Campos - SP) desde o seu lançamento. Uma análise feita no início da missão mostrou que todas as temperaturas estavam nas faixas previstas pelo modelo e, ao longo destes 13 anos, a bateria, que é o equipamento mais sensível termicamente, apresentou um aumento de temperatura alcançando seu limite máximo aceitável. Desenvolveu-se uma metodologia para investigar as causas deste desvio. Uma rotina de otimização, acoplada ao modelo matemático, foi utilizada para corrigir um conjunto de parâmetros selecionados do modelo de forma a ajustar as temperaturas teóricas às de vôo. Por meio desta metodologia, analisaram-se os dados do SCD-1 no período compreendido entre 1995 e 2005 e conclui-se que a elevação da temperatura foi causada principalmente pelo aumento da dissipação interna de calor da bateria, conseqüência da degradação ao longo de sua vida orbital. Os resultados desta investigação podem ser úteis no desenvolvimento de outros satélites no sentido de alertar quanto as possíveis causas dos desvios de longo prazo e considerá-los nas análises de novos projetos para obtenção de modelos mais precisos.

O controle de temperatura de equipamentos eletrônicos tem sido objeto de vários trabalhos, e graças ao desenvolvimento tecnológico algumas ferramentas surgiram, possibilitando detalhados estudos em diversas áreas da engenharia. CFD (Computational Fluid Dynamics) é uma ferramenta de grande importância e cada vez mais utilizada quando se deseja estudar a dinâmica dos fluidos e a transferência de calor. O presente trabalho mostra o uso da ferramenta CFD para o estudo do resfriamento do compartimento de uma aeronave, composto de 11 equipamentos eletrônicos que dissipam calor com diferentes potências e 3 exaustores. São apresentadas também as simulações que foram feitas de modo a estudar o impacto da inversão dos sentidos dos exaustores, localizados na parede lateral do compartimento, que passaram a funcionar como ventiladores. Os resultados obtidos para os campos de escoamento de ar e temperatura mostraram quais configurações fornecem menores valores de temperatura média no "rack" de componentes eletrônicos e não comprometem a temperatura operacional desses equipamentos. Esses resultados também forneceram subsídios para verificar a ocorrência de correntes de ar "parasitas", refluxo no escoamento de ar e posicionamento mais adequado para uma melhor distribuição do ar no interior do "rack". Deste modo, a ferramenta se mostrou adequada para o que foi proposto no estudo.

O presente trabalho tem por objetivo a implementação de algoritmos de controle do tipo PID com sintonia automática de seus parâmetros para controle de processos térmicos de primeira ordem mais tempo morto. Existe um grande número de métodos para a sintonia automática, os quais requerem informações variadas sobre o processo. A sintonia automática dos parâmetros do controlador escolhida para implementação é baseada no método da realimentação a relê que utiliza o ganho estático e o período e amplitude críticos do processo e pode ser facilmente adotada na indústria. Este método foi implementado em um controlador industrial microprocessado que utiliza um microcontrolador da família 8051. A correta identificação dos parâmetros críticos do processo presume a geração de oscilações simétricas durante a realimentação a relê. O algoritmo de sintonia automática desenvolvido inclui correção em tempo real da amplitude do relê para evitar identificação falsa de um ciclo da oscilação e da assimetria na saída do processo durante a realimentação a relê. A implementação do algoritmo é simples e direta em termos de programação no ambiente de microcontroladores mesmo em linguagem de baixo nível (assembly). São apresentados resultados de simulação e os resultados experimentais realizados em um aparelho industrial comercial. / The objective of this work is the implementation of a PID control algorithm with auto-tuning for a thermal first order process plus dead-time. There is a number of methods for the auto-tuning of PID controllers which require different information on the process. The auto-tuning algorithm is implemented in a industrial controller based on the 8051 microcontroller family. The auto-tuning method considered for implementation is based on the relay feedback procedure which require the process steady state gain and the ultimate point on the Nyquist plot and can be easily adopted by industry. The method is also suited for pre-tuning adaptive controllers. The auto-tuning method used assume symmetrical oscillations during the relay feedback experiment to render the correct ultimate point on the Nyquist plot The proposed auto-tuning algorithm includes on-line correction for asymmetry oscillation and relay amplitude to avoid false capture of the limit cycle. The symmetrical oscillations are ensured by a DC bias signal added to the relay output. The algorithm is simply and straight to be written in a microcontroller programming language. Experimental results accomplished in a industrial PID auto-tuner are presented.