Um condicionador de ar para biotérios foi montado com módulos termoelétricos de efeito Peltier. Para troca térmica, foram testados: 1. dissipação externa a ar, com &delta;t de 14°C, rendimento de 16,46%, consumo de 1212 W/h e, 2. dissipação externa água, com &delta;t de 21°C, rendimento de 46,02%, consumo de 524 W/h. A simulação matemática de operação, com mistura de ar não condicionado, mostrou que o sistema pode servir, na dissipação a ar, a aproximadamente 91 microisoladores padrão rato e a aproximadamente 137, na dissipação a água. Quando comparado com um sistema de compressão de freon, o termoelétrico mostrou economia de 26% na implantação e 38% no consumo elétrico por BTU gerado. O sistema termoelétrico mostrou ainda, precisão de &plusmn; 0,1°C, nas temperaturas experimentais, o que é impossível num sistema de freon. Para os testes em animais foram empregados Ratos wistar, mantidos individualmente, em gaiolas metabólicas de arame, sem abrigo, em sistema microambiental, sob fluxo direto de ar a 0,6 m/s, nas temperaturas de 22°, 24°, 26°, 28° e 30°C (E I, E II, E III, E IV e E V). A ingestão de ração e o ganho de peso foram comparados ao final de 5 dias (ANOVA; Tukey-Kramer). No total, 7 grupos de 15 animais cada foram comparados. Para a faixa de 22°C foram utilizados 3 grupos, sendo um grupo experimental e dois grupos controle (CI e C II). Um deles foi mantido em condições ambientais semelhantes a biotérios convencionais sob ventilação geral diluidora (VGD) - C I. O outro grupo controle (C II) foi mantido no interior do equipamento de ventilação microambiental, porém, sem o direcionamento de ar, simulando a VGD. Os resultados obtidos demonstraram claramente que animais mantidos sob ventilação microambiental direta a 26°, 28° e 30° (E III, E IV e E V) apresentaram o mesmo ganho de massa corpórea que animais do grupo C I (22 &plusmn; 2°C). Os grupos E I e E II apresentaram menor ganho de massa corpórea quando comparados a C I (p<0,001 em ambas comparações). O ganho de peso de todos os grupos experimentais apresentou diferença estatística, quando comparado ao C II, exceto o grupo E V que obteve índice de ganho de peso equivalente a C II. A ingestão de ração de todos os grupos se manteve praticamente constante. O grupo E V apresentou uma redução na ingestão de ração quando comparado aos grupos C I, E I e E II (p<0,01; p<0,01; p<0,001 respectivamente). O grupo E III ingeriu menos ração que os grupos C I (p<0,05) e E II (p<0,05). / An air-conditioner for animal facility was assembled with Peltier effect thermoelectric modules. For external exchanger, had been tested: 1. external air dissipation: &delta;t = 14°C; 16,46% of efficiency; 1212 W/h of power consumption and, 2. external water dissipation: &delta;t = 21°C; 46,02% of efficiency; 524 W/h of power consumption. A mathematical simulation of operation, with not conditional air mixture, showed that the system can supply, with air dissipation, to &asymp; 91 microisolator rat cages and to &asymp; 137, with water dissipation. When compared with a freon system, the thermoelectric system shows economy of 26% in implantation and 38% in the electric consumption by generated BTU. The thermoelectric system showed too, a precision of ± 0,1°C, at experimental temperatures, what is impossible in a freon system. For animal tests, Wistar rats had been kept individually, in metabolic wire cages, without shelter, in microenvironmental system, under direct air flow at 0,6 m/s, under temperatures of 22°, 24°, 26°, 28° and 30° C (E I, E II, E III, E IV and E V). The food ingestion and the weight gain had been compared in the end of 5 days (ANOVA; Tukey-Kramer). In the total, 7 groups, 15 animals each, had been compared. For the 22°C temperature, had been used 3 groups, one experimental and two controls (C I e C II). One of them was kept in similar ambient of conventional laboratory animal rooms conditions (general diluitory ventilation, GDV) - C I. The other control group (C II) was kept in the interior of the equipment of microenvironmental ventilation, however, without the direct air flow, simulating the GDV. The gotten results demonstrate clearly that animal kept under direct microenvironmental ventilation at 26°, 28° and 30°C (E III, E IV and E V) have the same gain of corporal mass that C I group (22 &plusmn; 2°C). The E I and E II had less corporal mass gain when compared to C I (p<0,001 for the two comparisons). The weight gain for all the experimental groups, when compared to C II, presents statistical differences, except E V group, that was equal to C II. The food ingestion of all the groups was constant. The E V group presented a reduction in the food ingestion when compared with the groups C I , E I and E II (p<0,01; p<0,01; p<0,001 respectively). The E III group ingested less ration than C I (p<0,05) and E II (p<0,05) groups.

Um condicionador de ar para biotérios foi montado com módulos termoelétricos de efeito Peltier. Para troca térmica, foram testados: 1. dissipação externa a ar, com &delta;t de 14°C, rendimento de 16,46%, consumo de 1212 W/h e, 2. dissipação externa água, com &delta;t de 21°C, rendimento de 46,02%, consumo de 524 W/h. A simulação matemática de operação, com mistura de ar não condicionado, mostrou que o sistema pode servir, na dissipação a ar, a aproximadamente 91 microisoladores padrão rato e a aproximadamente 137, na dissipação a água. Quando comparado com um sistema de compressão de freon, o termoelétrico mostrou economia de 26% na implantação e 38% no consumo elétrico por BTU gerado. O sistema termoelétrico mostrou ainda, precisão de &plusmn; 0,1°C, nas temperaturas experimentais, o que é impossível num sistema de freon. Para os testes em animais foram empregados Ratos wistar, mantidos individualmente, em gaiolas metabólicas de arame, sem abrigo, em sistema microambiental, sob fluxo direto de ar a 0,6 m/s, nas temperaturas de 22°, 24°, 26°, 28° e 30°C (E I, E II, E III, E IV e E V). A ingestão de ração e o ganho de peso foram comparados ao final de 5 dias (ANOVA; Tukey-Kramer). No total, 7 grupos de 15 animais cada foram comparados. Para a faixa de 22°C foram utilizados 3 grupos, sendo um grupo experimental e dois grupos controle (CI e C II). Um deles foi mantido em condições ambientais semelhantes a biotérios convencionais sob ventilação geral diluidora (VGD) - C I. O outro grupo controle (C II) foi mantido no interior do equipamento de ventilação microambiental, porém, sem o direcionamento de ar, simulando a VGD. Os resultados obtidos demonstraram claramente que animais mantidos sob ventilação microambiental direta a 26°, 28° e 30° (E III, E IV e E V) apresentaram o mesmo ganho de massa corpórea que animais do grupo C I (22 &plusmn; 2°C). Os grupos E I e E II apresentaram menor ganho de massa corpórea quando comparados a C I (p<0,001 em ambas comparações). O ganho de peso de todos os grupos experimentais apresentou diferença estatística, quando comparado ao C II, exceto o grupo E V que obteve índice de ganho de peso equivalente a C II. A ingestão de ração de todos os grupos se manteve praticamente constante. O grupo E V apresentou uma redução na ingestão de ração quando comparado aos grupos C I, E I e E II (p<0,01; p<0,01; p<0,001 respectivamente). O grupo E III ingeriu menos ração que os grupos C I (p<0,05) e E II (p<0,05). / An air-conditioner for animal facility was assembled with Peltier effect thermoelectric modules. For external exchanger, had been tested: 1. external air dissipation: &delta;t = 14°C; 16,46% of efficiency; 1212 W/h of power consumption and, 2. external water dissipation: &delta;t = 21°C; 46,02% of efficiency; 524 W/h of power consumption. A mathematical simulation of operation, with not conditional air mixture, showed that the system can supply, with air dissipation, to &asymp; 91 microisolator rat cages and to &asymp; 137, with water dissipation. When compared with a freon system, the thermoelectric system shows economy of 26% in implantation and 38% in the electric consumption by generated BTU. The thermoelectric system showed too, a precision of ± 0,1°C, at experimental temperatures, what is impossible in a freon system. For animal tests, Wistar rats had been kept individually, in metabolic wire cages, without shelter, in microenvironmental system, under direct air flow at 0,6 m/s, under temperatures of 22°, 24°, 26°, 28° and 30° C (E I, E II, E III, E IV and E V). The food ingestion and the weight gain had been compared in the end of 5 days (ANOVA; Tukey-Kramer). In the total, 7 groups, 15 animals each, had been compared. For the 22°C temperature, had been used 3 groups, one experimental and two controls (C I e C II). One of them was kept in similar ambient of conventional laboratory animal rooms conditions (general diluitory ventilation, GDV) - C I. The other control group (C II) was kept in the interior of the equipment of microenvironmental ventilation, however, without the direct air flow, simulating the GDV. The gotten results demonstrate clearly that animal kept under direct microenvironmental ventilation at 26°, 28° and 30°C (E III, E IV and E V) have the same gain of corporal mass that C I group (22 &plusmn; 2°C). The E I and E II had less corporal mass gain when compared to C I (p<0,001 for the two comparisons). The weight gain for all the experimental groups, when compared to C II, presents statistical differences, except E V group, that was equal to C II. The food ingestion of all the groups was constant. The E V group presented a reduction in the food ingestion when compared with the groups C I , E I and E II (p<0,01; p<0,01; p<0,001 respectively). The E III group ingested less ration than C I (p<0,05) and E II (p<0,05) groups.

Orientadora: Profa. Dr. Luiz Alberto Luz de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015. / In the present research and development proposal, we intend to study and develop an electronicapparatus to control the temperature of thermoelectric modules used in the construction of thermal chamber for characterization of new materials, including smart materials such as shape memory alloys among others. There are models that best describes the dynamical behavior of thermoelectric modules, and they are represented by the electric current in them. This current can be obtained by a switched power amplifier or actuator, which consists of an H-bridge, using amplifier class D, controlled by a microcontroller Arduino Due, the latter will be used to embed the joint temperature-current controller. This combination of thermoelectric modules, current amplifier and a thermal chamber is a nonlinear system, in which the dynamical analysis and control design are not well known and explored in the literature. As a consequence, a deeper knowledge is necessary to effectively design a controller to obtain arbitrary and precise temperature profiles for a proper material characterization. A stability analysis is performed for the temperature controller system in discrete time by the roots-locus method . A small thermal chamber will be constructed with the switched power amplifier driving the current in a thermoelectric module mounted on a heat sink. The controllers will be embedded in a microcontroller Arduino Due, from which the experimental results will obtained for later analysis. The expected outcome of this research project is the production of scientific and technological knowledge, which can be simulated in MATLAB and experimentally validated using the prototype implementation.

Orientador: Prof. Dr. Luiz A. Luz de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2016. / Modulos termoeletricos (TEM-Thermoelectric Modules) sao utilizados na geraçao de energia eletrica e na construcao de camaras termicas para caracterizacao de materiais como ligas de memoria de forma (SMA-Smart Memory Allow), dentre outros. Para ter uma correta representacao do TEM e necessaria a criaçao de um modelo matematico que consiga representar o seu funcionamento, tanto em corrente cont'ýnua como em demais frequ¿encias relevantes. No presente trabalho 'e proposto um modelo para a representa¸c¿ao de uma c¿amera t'ermica constru'ýda a partir de dois TEM, considerando-se as n¿ao-linearidades destes. M'etodos cl'assicos de estima¸c¿ao para modelos lineares nos par¿ametros n¿ao se aplicam para o modelo proposto. Para obten¸c¿ao dos valores dos par¿ametros do TEM, este 'e excitado com um sinal aleat'orio de multi-n'ývel (PRBS-Pseudo Random Binary Sequence) e a resposta 'e utilizada para o m'etodo n¿ao determin'ýstico do algoritmo de otimiza¸c¿ao, baseada no enxame de part'ýculas (PSO-Particle Swarm Optimization) fazer a estima¸c¿ao. O modelo escolhido para a caracteriza¸c¿ao da c¿amara t'ermica 'e n¿ao-linear. Este cont'em os par¿ametros t'ermicos din¿amicos, tais como: a camada superior, a placa superior, camada central, placa inferior e o dissipador de calor de cada um dos TEM, sendo no total 21 par¿ametros calculados pelo algoritmo PSO. O sinal de excita¸c¿ao consiste em um ru'ýdo branco que 'e antes filtrado, resultando em um sinal dinamicamente persistente, de tal forma que o TEM seja bem caracterizado. Resultados de simula¸c¿oes mostram a efetividade do algoritmo PSO na estima¸c¿ao de par¿ametros do modelo. / Thermoelectric Modules (TEM) are used in the power generation and construction of thermal cameras for material characterization such as Smart Memory Allow (SMA), among other. In order to obtain a correct TEM representation, it is necessary a proper model identification procedure to represent the TEM operation, both in D.C. and other relevant frequencies. In this paper, a TEM model is proposed, for the representation of a thermal camera built from two TEM. TEM non linear characteristics were considered. Classical methods for linear parameters estimation are not apply to the proposed model. To obtain the TEM parameters, it power density of a white noise, and then is used the temperature response for the Particle Swarm Optimization algorithm (PSO) to make the estimation. The chosen model is nonlinear with 21 parameters, wich represent the TEM: the top layer, the hot side, the middle layer, cold side and the heatsink. For numerical stability, the white noise excitation is filtered before, geting a dynamically persistent signal, so TEM will be properly characterized. Simulation results show the effectiveness of the PSO in TEM parameters estimation.