Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-26T12:08:41Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7422043 bytes, checksum: 1d9970b2ba8467fcca2eb013b0ce69e4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-26T12:08:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7422043 bytes, checksum: 1d9970b2ba8467fcca2eb013b0ce69e4 (MD5) Previous issue date: 1992-04-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho, realizado no Laboratório de Instrumentação do Departamento de Física da UFV, consistiu no desenvolvimento de fluxímetros termoelétricos de boa precisão e baixo custo. Os fluxímetros desenvolvidos, que têm como sensores termopilhas obtidas por eletrodeposição, foram calibrados, usando-se uma metodologia de calibração simples e eficiente. Foram determinados também os tempos de resposta dos mesmos. Os fluxímetros foram testados, em campo, no experimento micrometeorológico realizado no Centro Experimental Aramar (CEA), em Iperó, SP, de 11 a 22 de março de 1991, coordenado pelo Departamento de Ciências Atmosféricas do Instituto Astronômico e Geofísico da USP. Foram feitas medidas de condutividade térmica para diversos tipos de solo, inclusive em função do seu teor de umidade, com a finalidade de se poder quantificar as perturbações ocasionadas pela diferença de condutividade térmica do sensor e do meio onde ele está inserido.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:57:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1298323 bytes, checksum: 6a19c3b38cf846b711c2c52ac67ab30a (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A thermoelectric generator is a solid-state temperature dependent device that provide power generation on thermoelectric conversion. For that, the thermoelectric modules needs a temperature difference to ensure the thermoelectric conversion process. However, being subject to temperature variations may compromise the thermoelectric generator lifetime. Thus, in order to evaluate the temperature variation (thermal cycling) that the thermoelectric generators are exposed, this work has proposed an experimental platform that submits the thermoelectric generators modules to thermal cycling. With the experimental platform proposed the parameters of the thermoelectric generators may be to investigate properly. To evaluate the degradation effects on TEG the parameters were evaluated before the thermal cycling and then the parameters were evaluated after the thermal cycling process. At the research end, the parameters are presented by a comparative table with parameters evaluation before the thermal cycling and parameters evaluation after thermal cycling which brings to the experimental platform reliability. / Objetivo: Os geradores termoelétricos são dispositivos de estado sólido que utilizam a diferença de temperatura para a conversão em energia elétrica. No entanto, submeter os geradores termoelétricos a variações de temperatura pode comprometer o tempo de vida desses dispositivos. Assim, com o objetivo de investigar a possível influência das variações de temperatura ciclos térmicos a que os módulos geradores termoelétricos (TEGs) estão expostos, este trabalho desenvolveu uma plataforma experimental capaz de submeter TEGs à influência de ciclos térmicos, permitindo assim que os TEGs possam ser avaliados. Para constatar os efeitos na degradação do TEG, alguns parâmetros foram avaliados antes da aplicação dos ciclos térmicos e após uma sequência de ciclos térmicos. Ao fim da pesquisa, as avaliações feitas nos parâmetros são apresentadas em uma tabela comparativa, em que são apresentados os valores obtidos antes da aplicação dos ciclos térmicos e os valores dos parâmetros após a aplicação dos ciclos térmicos.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2733979 bytes, checksum: 31a7b17d4e55b0b76104e86521d477c4 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work presents a new method for determination of thermal properties of materials. As it makes use of two different materials at the time of measurement, it is a differential instrument. In the proposed method a thermal wave is generated at one end of the material and measured the temperature at the other end. Based on the relationship between the input and output waves is possible to obtain the thermal properties of the material. The equation of heat conduction in materials was deduced and simulated, to determine the temperature at any point of the materials. In the experimental setup two thermoelectric modules were used along with a PID control to generate a thermal wave and a module to maintain a constant temperature. The LabVIEW platform together with the cFP-2000 was used for data acquisition and control. Type T thermocouples were used as temperature sensors. The materials used in the experiments (ASTM A36 Steel, Nylon and Quartz) have their thermal properties provided by the manufacturers, these values were used as reference for validation. The developed instrument generates waves with amplitudes between 1 and 3 ° C and periods from 100 to 10000 seconds. To solve the problem of determining the temperature in the material, the analogy between thermal and electrical systems was applied, a technique called the Method of Simulation Network. The results were divided into three parts: The first introduces thermal sinusoid generated by the thermal generator and the second compares the theoretical values to the measured values of temperature between the two materials and the third displays the value of thermal conductivity measured by the instrument. The results were positive and indicate the feasibility of the method and instrument. / Neste trabalho é apresentado um novo método para determinação das propriedades térmicas dos materiais. Como faz uso de dois materiais distintos no momento da medição, trata-se de um instrumento diferencial. No método proposto é gerada uma onda térmica em uma extremidade do material e medida a temperatura de saída na outra extremidade. A partir da relação entre as ondas de entrada e saída é possível obter a condutividade térmica do material. A equação da condução de calor nos materiais foi deduzida e simulada, permitindo determinar a temperatura em qualquer ponto dos materiais. Na montagem experimental foram utilizados dois módulos termoelétricos com controle PID para gerar uma onda térmica e um módulo para manter a temperatura constante. A plataforma LabVIEW em conjunto com o cFP-2000 foram utilizados para aquisição de dados e controle. Foram empregados termopares do tipo T como sensores de temperatura. Os materiais utilizados nos experimentos (Aço ASTM A36, Nylon e Quartzo) têm suas propriedades térmicas previstas pelos fabricantes. Esses valores foram utilizados como referência para a validação. O instrumento desenvolvido gera ondas térmicas com amplitudes entre 1 e 3 ºC e períodos de 100 a 10000 segundos. Para solução do problema de determinação da temperatura nos materiais aplicou-se o Método de Simulação de Rede, que aplica uma analogia entre sistemas elétricos e térmicos. Os resultados foram divididos em três partes: a primeira apresenta a senóide térmica gerada pelo Gerador Térmico; a segunda compara os valores teóricos com os valores medidos da temperatura entre os dois materiais; e a terceira apresenta o valor da condutividade térmica medida pelo instrumento. Os resultados foram positivos e indicam a viabilidade do método e do instrumento.

Atualmente um dos grandes responsáveis pela emissão de CO2 (Dióxido de Carbono) são os veículos movidos a motor de combustão interna, em sua maioria os automóveis. Pesquisas recentes têm mostrado maneiras de aumentar a eficiência dos automóveis por meio do aproveitamento do calor de exaustão para geração de energia elétrica, com consequente redução no consumo de combustível. Esta dissertação tem por objetivo apresentar um estudo de viabilidade técnica de um gerador termoelétrico aproveitando o calor residual dos gases de exaustão de um motor de combustão interna para geração de energia elétrica. O trabalho apresenta o modelamento matemático e a implementação de um protótipo para realização dos ensaios para a obtenção de resultados experimentais. O protótipo foi montado utilizando módulos termolétricos cujo princípio de funcionamento é baseado nos efeitos Seebeck e Peltier, que devido ao conceito de reversibilidade podem funcionar como geradores elétricos, aquecedores ou refrigeradores. Por meio das equações teóricas e dos resultados dos ensaios experimentais foi possível avaliar o desempenho do sistema de geração de energia elétrica, determinar o comportamento dos principais parâmetros envolvidos e finalmente concluir sobre a exequibilidade e viabilidade do projeto. / Currently one of the most responsible for CO2 (Carbon Dioxide) emissions are vehicles powered by internal combustion engine, in their majority the automobiles. Recent research has shown ways to improve the efficiency of automobiles through the use of exhaust heat to generate electric power, with consequent reduction in fuel consumption. This paper aims to present a technical feasibility study of a thermoelectric generator using the residual heat from exhaust gases of an internal combustion engine to generate electric power. The paper presents the mathematical modeling and implementation of a prototype for tests to obtaining experimental results. The prototype was assembled using thermoelectric modules whose operating principle is based on the phenomena called Seebeck and Peltier Effects, which due to the concept of reversibility can act as electric generators, heaters or coolers. Through the theoretical equations and experimental results it was possible to evaluate the performance of electric power generation system, determine the behavior of the main parameters and finally conclude on the feasibility and viability of the project.

Este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo de viabilidade técnica da utilização de módulos termoelétricos para condicionamento de ar automotivo, com ênfase ao sistema de resfriamento. O sistema termoelétrico de refrigeração baseiase no efeito descoberto por Jean Charles Athanase Peltier em 1834, onde uma corrente elétrica flui na junção de dois materiais semicondutores de propriedades diferentes fazendo com que haja um gradiente de temperatura na junção dos materiais. Os módulos termoelétricos são fabricados por materiais semicondutores selados entre duas placas e, conforme o sentido que a corrente flui, uma superfície da placa torna-se aquecida e a outra resfriada. A refrigeração proveniente dos fenômenos termoelétricos surgiu como uma alternativa aos meios convencionais de refrigeração, pois não gera impactos ambientais, não produz barulho, não possui partes móveis, podendo ser montando em variadas posições de acordo com a necessidade, além de ocupar um volume pequeno em comparação com os outros sistemas. Os efeitos termoelétricos e suas aplicações são apresentados neste estudo, assim como o modelo matemático do sistema de refrigeração, que permite determinar o desempenho do sistema. Dissipadores de calor comercialmente disponíveis são analisados para a determinação da melhor troca térmica para o sistema e protótipos são montados para a obtenção de resultados experimentais de um refrigerador, a fim de verificar sua viabilidade e funcionalidade. / This paper aims to present a technical feasibility study of the use of thermoelectric modules for automotive air conditioning, with emphasis on the cooling system. The thermoelectric cooling system is based on the effect discovered by Jean Charles Athanase Peltier in 1834, where an electric current flows at the junction of two semiconductor materials of different properties so that there is a temperature gradient at the junction of the materials. The thermoelectric modules are manufactured by semiconductor material sealed between two sheets and, as the current flows, a plate surface becomes heated and the other cooled. Thermoelectric cooling from phenomena like Peltier effect has emerged as an alternative to conventional cooling systems, it does not generate environmental impact, do not produce noise, has no moving parts, the system can be mounted in various positions according to the need, and occupies a small volume in comparison with other systems. Thermoelectric effects and their applications are presented in this study, as well as the mathematical modeling of the cooling system, which determines system performance. Heat sinks commercially available are analyzed for determining the best heat transfer to the system and prototypes are assembled to obtain the experimental results for a refrigerator in order to verify its feasibility and functionality.

Os materiais cerâmicos termoelétricos preparados a partir de ligas de SiGe, são utilizados em Geradores de Potência a Radioisótopos (GTR), na conversão de energia por efeitos termoelétricos. Neste trabalho de pesquisa foram estudadas as condições de preparação destas cerâmicas a partir de ligas de Silício-Germânio. Visou-se, portanto obter a melhor eficiência, pela otimização da \"Fator de Mérito\" (ou Número de loffe) , através dos processos de preparação e tratamentos térmicos da liga, e também na dopagem das cerâmicas. As ligas de silício-germânio (Si80Ge20) foram obtidas pela técnica de crescimento Czochralski, com campo elétrico aplicado (ECZ) e também por outras técnicas de fusão e solidificação, para comparação. Amostras com homogeneidade satisfatória foram quebradas e moídas para processamento cerâmico. E em seguida o pó da liga foi então dopado, misturando-se este com pó de boro amorfo e depois prensado, a fim de se obter elementos cerâmicos semicondutores tipo-p, com propriedades termoelétricas para altas temperaturas (&#8776 1000&#176C). A sinterização foi feita por três técnicas diferentes: pela técnica dos Pós Discretos ou PIES (Pulverized and Intermixed Elements of Sintering), pelo procedimento cerâmico convencional, e pela Prensagem a Quente (HotPressing), sendo esta última usada como padrão de comparação. As amostras obtidas foram analisadas e caracterizadas por técnicas convencionais de caracterização cerâmica tais como: medidas da densidade, dos tamanhos dos grãos, porosidade, área superficial, etc. e também por medidas de alguns dos parâmetros físicos que influenciam diretamente na eficiência termoelétrica tais como: coeficiente Seebeck, calor específico e parâmetro de rede, para ligas de composição nominal Si80Ge20 sem e com dopantes para semicondutores tipo-p. Uma amostra preparada pela General Electric usando a técnica de Prensagem a Quente (Hot-Pressing), foi usada como padrão de comparação. A liga obtida pela técnica ECZ apresentou boa homogeneidade. Foi encontrado que a qualidade microestrutural das cerâmicas tais como: densidade, a regularidade e a composição química dos grãos das cerâmicas depende muito da técnica de processamento. Estes elementos cerâmicos termoelétricos poderão ser usados como fonte de energia em Geradores de Potência Termoelétrica a Radioisótopos (GTR) mais especificamente na alimentação de satélites brasileiros fabricados pelo Centro Técnico Aeroespacial (CTA) junto com o Instituto de Estudos Avançados (IEAv) através da Divisão de Energia Nuclear (IEAvENU) deste Instituto, ou entre outras aplicações para fins militares e civil / Doped ceramics elements, prepared from Si-Ge alloy are used in Radioisotopic Thermoelectric Generators (GTR) for energy conversion by thermoelectrical effects. In this research the experimentais conditions to prepare thermoeletric ceramics from Silicon-Germanium alloys have been determined. The purpose was to get the best efficiency, by optimization of the \"Merit Figure\" (or \"loffe Number\'), using different preparation methods and thermal treatments of alloys, as well as the doping of these ceramics. Silicon-Gemanium alloys (Si80Ge20) have been grown by the Czochralski technique under applied eletric field (ECZ) , as well as by others fusion techniques for comparison. Afier the fusion of the alloy, samples with satisfactory homogeneity have been smashed and milled for ceramic processing. Powder of Si-Ge alloy was then heavely doped by mixing with amorphous boron powder and pressed to get type-P semiconductor thermoelectrical ceramics elements, at high temperatures (&#8776 1000 &#176C). The sintering was made by three differents techniques: PIES method (Pulverized and Intermixed Elements of Sintering), convencional ceramic processing, and Hot-Pressing sintering, for comparison. The samples have been analyzed and characterized by conventional ceramics technique such as: determination of density, grain size, porosity, surface area, etc. and measuring toa some physical parameters that affect directly the thermoelectrical efficiency such as: Seebeck coefficient, specific heat and lattice parameter to Silicon-Germanium alloys with nominal composition Si80Ge20 with or without dopings to type-P semiconductors. A sample prepared by General Electric Company using the Hot-Pressing technique was used as standard. The alloy grown by ECZ technique showed a good homogeneity. It was found that the microstructural quality of the ceramics such as: density, grains regularity and chemical composition of the ceramics depend of the ceramic processing technique. These thermoelectrical elements can be used as power supply for the Brazilian satellites made by the Centro Técnico Aeroespacial (CTA) together with the Instituto de Estudos Avançados (IEAv) through the Divisão de Engenharia Nuclear (ENU) , and among other applications for military and civil purposes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In any electrical or electronic circuit, thermal energy is a quantity that is always present and generally must be considered in the specifications of any application. In many cases, the heat from the Joule effect, as well as from other internal and irreversible losses, represent the biggest share of maximum heat that a system can dissipate under normal operation. In Power Electronics, the study and application of semiconductor power switches are particularly important. Many solutions have been developed over the years aiming to mitigate electrical losses and heat built-up in semiconductor power switches. It is important to state that the current amount of research available to academics and the general public into thermal effects on semiconductor power switches is not as wide as that concerning the applications of those switches. It is remarkably reduced the amount of work concerning active cooling of semiconductor power switches and components, as well as concerning the behavior of semiconductor power switches and components under active cooling. Thus, there is a lack of studies aiming the investigation of the behavior of electric switches under different thermal loads. Because of this lack, this work is focused on a proposal of an equipment actively cools semiconductor power switches used in Power Electronics, particularly those usually found in switched mode power supplies. The main purpose of this work is to develop an equipment for being used on a lab bench based on Peltier technology that sets thermal action on semiconductor power switches, making possible the evaluation of the behavior of these switches under different thermal exposures and temperatures. Fist, the Peltier technology was investigated and, later on, a solution was developed allowing the usage of this technology on semiconductor power switches. A detailed description and the calculations of the developed thermoelectric system are presented. The results of this work are presented as a comparative study of the behavior and limits of performance of MOSFETs in DC-DC Boost converters under active cooling compared to traditional passive heat sinks. During active cooling the MOSFET was cooled below ambient temperature, assuring its external thermal safety. The experimental results confirm the operation as intended. The main confirmed advantages were greater dissipated power, increase of thermal margin and capacity of actively transferring heat to an overloaded area to another place. / Em qualquer circuito elétrico ou eletrônico, a energia térmica é uma grandeza que está sempre presente e em geral deve ser levada em conta nas especificações de qualquer aplicação. Em vários casos, o calor decorrente do efeito joule, bem como de outras perdas internas e irreversíveis, representam a parcela mais impactante da quantidade de calor limítrofe que um sistema consegue dissipar em operação normal. São de particular importância em Eletrônica de Potência o estudo e a aplicação de chaves semicondutoras. Várias soluções têm sido desenvolvidas ao longo dos anos no sentido de mitigar as perdas elétricas em chaves semicondutoras, bem como o aumento de temperatura nas mesmas durante operação. É importante frisar que atualmente a quantidade de pesquisas disponíveis ao público acadêmico e geral sobre os efeitos térmicos em chaves semicondutoras não é tão ampla quanto sobre as aplicações dessas chaves. É particularmente reduzida a quantidade de trabalhos ligados ao resfriamento ativo de chaves e componentes elétricos, assim como de trabalhos voltados ao comportamento de chaves e componentes mediante resfriamento ativo. Sendo assim, existe uma carência de estudos que objetivem a investigação do comportamento de chaves semicondutoras mediante distintas cargas térmicas. Diante desta carência, o foco deste trabalho é apresentar uma proposta de equipamento que atue termicamente, seja aquecendo ou resfriando, sobre chaves semicondutoras utilizadas em eletrônica de potência, particularmente aquelas comumente usadas em fontes elétricas chaveadas. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver um equipamento para uso em bancada baseado na tecnologia Peltier que resfrie ativamente chaves semicondutoras, possibilitando a avaliação de comportamento das mesmas mediante diferente exposições térmicas e temperaturas. Primeiramente a tecnologia Peltier foi investigada e, posteriormente, foi desenvolvida uma solução que permite a utilização desta tecnologia em dispositivos semicondutores de distintos encapsulamentos. Uma descrição detalhada e os cálculos de dimensionamento do sistema termoelétrico desenvolvido são apresentados. Os resultados deste trabalho são apresentados em forma de estudo comparativo sobre o comportamento e limites de desempenho de MOSFETs em conversores CC-CC Boost mediante resfriamento ativo frente aos tradicionais dissipadores passivos. Durante resfriamento ativo o MOSFET foi resfriado à temperatura subambiente e constante, garantindo sua a segurança térmica relacionada à temperatura do encapsulamento. Os resultados experimentais confirmam a operação do protótipo conforme a proposta deste trabalho. As principais vantagens confirmadas foram maior potência dissipada, aumento da margem térmica e capacidade de transferir ativamente calor de uma área sobrecarregada para outro local. / Mestre em Ciências

Os materiais cerâmicos termoelétricos preparados a partir de ligas de SiGe, são utilizados em Geradores de Potência a Radioisótopos (GTR), na conversão de energia por efeitos termoelétricos. Neste trabalho de pesquisa foram estudadas as condições de preparação destas cerâmicas a partir de ligas de Silício-Germânio. Visou-se, portanto obter a melhor eficiência, pela otimização da \"Fator de Mérito\" (ou Número de loffe) , através dos processos de preparação e tratamentos térmicos da liga, e também na dopagem das cerâmicas. As ligas de silício-germânio (Si80Ge20) foram obtidas pela técnica de crescimento Czochralski, com campo elétrico aplicado (ECZ) e também por outras técnicas de fusão e solidificação, para comparação. Amostras com homogeneidade satisfatória foram quebradas e moídas para processamento cerâmico. E em seguida o pó da liga foi então dopado, misturando-se este com pó de boro amorfo e depois prensado, a fim de se obter elementos cerâmicos semicondutores tipo-p, com propriedades termoelétricas para altas temperaturas (&#8776 1000&#176C). A sinterização foi feita por três técnicas diferentes: pela técnica dos Pós Discretos ou PIES (Pulverized and Intermixed Elements of Sintering), pelo procedimento cerâmico convencional, e pela Prensagem a Quente (HotPressing), sendo esta última usada como padrão de comparação. As amostras obtidas foram analisadas e caracterizadas por técnicas convencionais de caracterização cerâmica tais como: medidas da densidade, dos tamanhos dos grãos, porosidade, área superficial, etc. e também por medidas de alguns dos parâmetros físicos que influenciam diretamente na eficiência termoelétrica tais como: coeficiente Seebeck, calor específico e parâmetro de rede, para ligas de composição nominal Si80Ge20 sem e com dopantes para semicondutores tipo-p. Uma amostra preparada pela General Electric usando a técnica de Prensagem a Quente (Hot-Pressing), foi usada como padrão de comparação. A liga obtida pela técnica ECZ apresentou boa homogeneidade. Foi encontrado que a qualidade microestrutural das cerâmicas tais como: densidade, a regularidade e a composição química dos grãos das cerâmicas depende muito da técnica de processamento. Estes elementos cerâmicos termoelétricos poderão ser usados como fonte de energia em Geradores de Potência Termoelétrica a Radioisótopos (GTR) mais especificamente na alimentação de satélites brasileiros fabricados pelo Centro Técnico Aeroespacial (CTA) junto com o Instituto de Estudos Avançados (IEAv) através da Divisão de Energia Nuclear (IEAvENU) deste Instituto, ou entre outras aplicações para fins militares e civil / Doped ceramics elements, prepared from Si-Ge alloy are used in Radioisotopic Thermoelectric Generators (GTR) for energy conversion by thermoelectrical effects. In this research the experimentais conditions to prepare thermoeletric ceramics from Silicon-Germanium alloys have been determined. The purpose was to get the best efficiency, by optimization of the \"Merit Figure\" (or \"loffe Number\'), using different preparation methods and thermal treatments of alloys, as well as the doping of these ceramics. Silicon-Gemanium alloys (Si80Ge20) have been grown by the Czochralski technique under applied eletric field (ECZ) , as well as by others fusion techniques for comparison. Afier the fusion of the alloy, samples with satisfactory homogeneity have been smashed and milled for ceramic processing. Powder of Si-Ge alloy was then heavely doped by mixing with amorphous boron powder and pressed to get type-P semiconductor thermoelectrical ceramics elements, at high temperatures (&#8776 1000 &#176C). The sintering was made by three differents techniques: PIES method (Pulverized and Intermixed Elements of Sintering), convencional ceramic processing, and Hot-Pressing sintering, for comparison. The samples have been analyzed and characterized by conventional ceramics technique such as: determination of density, grain size, porosity, surface area, etc. and measuring toa some physical parameters that affect directly the thermoelectrical efficiency such as: Seebeck coefficient, specific heat and lattice parameter to Silicon-Germanium alloys with nominal composition Si80Ge20 with or without dopings to type-P semiconductors. A sample prepared by General Electric Company using the Hot-Pressing technique was used as standard. The alloy grown by ECZ technique showed a good homogeneity. It was found that the microstructural quality of the ceramics such as: density, grains regularity and chemical composition of the ceramics depend of the ceramic processing technique. These thermoelectrical elements can be used as power supply for the Brazilian satellites made by the Centro Técnico Aeroespacial (CTA) together with the Instituto de Estudos Avançados (IEAv) through the Divisão de Engenharia Nuclear (ENU) , and among other applications for military and civil purposes