Orientadores: Marco-Aurelio De Paoli, Claudia Longo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T15:23:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nogueira_VivianeCarvalho_M.pdf: 7956042 bytes, checksum: 3497431ee35a85b9d6ad28d95b6055c0 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: As células solares de TiO2 sensibilizadas por corante, DSSC, são constituídas por um filme nanoporoso de TiO2 modificado por um corante fotosensibilizador, um eletrólito no qual está presente o par redox I¨/I3¨, e um contra-eletrodo de platina. Desde 1996 o Laboratório de Polímeros Condutores e Reciclagem (LPCR) do Instituto de Química da Unicamp vem se dedicando ao desenvolvimento de células solares de TiO2/corante de estado sólido, através do emprego de eletrólitos poliméricos. A substituição do eletrólito líquido por um eletrólito polimérico visa minimizar os problemas decorrentes de vazamento ou evaporação do solvente, além de facilitar a montagem dos dispositivos. Estudos anteriores mostraram que as DSSC com eletrólito polimérico apresentam uma baixa estabilidade. Como a durabilidade de um dispositivo é um fator fundamental visando sua produção e uso em larga escala, o objetivo desta dissertação foi investigar as possíveis causas da baixa estabilidade das DSSC e otimizar a composição do eletrólito polimérico baseado em poli(epicloridrina-co-óxido de etileno), P(EO-EPI)84:16, NaI e l2, visando obter células solares com maior eficiência e estabilidade. Os resultados obtidos mostraram que a baixa estabilidade destas células está relacionada com a elevada quantidade de solvente residual presente no dispositivo após o término de sua montagem. A primeira parte do trabalho consistiu em eliminar esta interferência. O eletrólito polimérico foi otimizado através da adição do plastificante poli(etileno glicol) metil éter, P(EGME), que levou a uma redução significativa da temperatura de transição vítrea (Tg) do material polimérico, aumentando a flexibilidade das cadeias poliméricas e também participando na coordenação dos cátions Na, levando ao aumento da condutividade do eletrólito polimérico (s = 1,7 x 10 S cm, para 13 % m/m NaI). O coeficiente de difusão estimado para os íons no eletrólito polimérico com plastificante foi de 2 x 10 cms, aproximadamente 5 vezes maior do que para o eletrólito sem plastificante. A adição do plastificante não comprometeu as estabilidades térmicas, eletroquímicas e dimensionais dos filmes de eletrólito polimérico. A DSSC preparada com o eletrólito de P(EO-EPI) : P(EGME) (1:1) e 13 % (m/m) de NaI/I2 apresentou uma corrente de curto-circuito (ISC) de 1,88 mA cm e eficiência de conversão de energia (h) de 0,52 % (100 mW cm). Sob 10 mW cm, ISC = 0,60 mA cm e h = 1,75 %. Estes resultados mostram que a adição do plastificante contribuiu para melhorar o desempenho da célula solar e o estudo de estabilidade desta DSSC mostrou uma redução de menos de 15 % na eficiência de conversão de energia após 30 dias de irradiação. / Abstract: Dye sensitized solar cells, DSSC, consist of a nanoporous TiO2 electrode modified by a Ru-complex dye, an electrolyte containing the redox couple I¨/I3¨and a Pt counter electrode. Since 1996 the Conductive Polymers and Recycling Laboratory (LPCR) of the Chemistry Institute at Unicamp is developing solid state dye sensitized solar cells through the use of polymer electrolytes. The substitution of the liquid electrolyte by a polymeric one, eliminates the need of perfect sealing and avoids many problems caused by leakage or evaporation of the solvent, besides making the assembly of the cells much easier. Previous works showed that the DSSC assembled with polymer electrolytes present a poor stability. The durability of a device is a very important parameter when considering practical interests for application of DSSC, so the aim of this dissertation was to investigate the major causes of the poor stability ofthe DSSC and to optimize the composition of the polymer electrolyte based on poly(epichlorohydrin-co-ethylene oxide), P(EO-EPI)84:16, NaI and I2, in order to obtain solar cells with improved efficiency and stability. The results showed that the poor stability of the solar cells could be assigned to the presence of a large amounts of residual solvent in the assembled devices. The first step of the work consisted in eliminating this interference. The polymer electrolyte was optimized through the addition of the plasticizer, poly(ethylene glycol methyl ether), P(EGME), leading to a significant reduction of the copolymer glass transition temperature (Tg), increasing the chains flexibility, and also coordinating the Nacations, enhancing the ionic conductivity of the polymer electrolyte (s = 1.7 X 10 S cm, with 13 wt. % NaI). The diffusion coefficient estimated for the polymer electrolyte with the plasticizer was 2 x 10 cm s, about 5 times larger than for the electrolyte without plasticizer. The plasticizer did not affeet the thermal, electrochemical and dimensional stabilities of the polymer electrolyte films. The DSSC assembled with the polymer electrolyte based on P(EO-EPI) : P(EGME) (1:1) and 13 wt. % of NaI/I2 showed short circuit current (ISC) of 1.88 mA cm and overall conversion efficiency (h) of 0.52 % (100 mW cm). At 10 mW cm, ISC = 0.60 mA cm and h = 1.75 %. These results show that the plasticizer enhanced the performance of the solar cell. The stability test showed a reduction of less than 15 % in the efficiency of energy conversion after irradiating the DSSC for 30 days. / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

[pt] Estudou-se neste trabalho o deslocamento de fluidos em meios porosos utilizando células de Hele-Shaw. Especificamente, investigou-se experimentalmente o deslocamento de um fluido não newtoniano por um newtoniano em uma célula retangular de Hele-Shaw. A instabilidade de Saffman-Taylor ou viscous fingering é um fenômeno observado quando um fluido de menor viscosidade desloca um de maior viscosidade, e a célula de Hele-Shaw é uma ferramenta conveniente para a sua observação. Esse fenômeno é muito importante em diversas aplicações, como por exemplo: recuperação secundária e terciária de petróleo, invasão de fluidos de perfuração em meios porosos, fraturamento hidráulico, processamento de polímeros, hidrologia e filtração. É vasta a literatura relativa ao estudo de fluidos newtonianos e não newtonianos deslocados por ar em células de Hele-Shaw. Entretanto, existem poucos trabalhos envolvendo deslocamentos de líquidos com viscosidades comparáveis, ou seja, razão de viscosidade diferente de zero. Apresentou-se o detalhamento do projeto de construção de uma célula de Hele-Shaw aplicável ao deslocamento de um líquido por outro líquido. A evolução da forma da interface foi analisada, através de uma câmera fotográfica, em função dos parâmetros geométricos, dinâmicos e reológicos. A partir da vetorização da forma da interface, determinou-se a eficiência do deslocamento. Sendo assim, foi definido o espectro de situações em que há formação de fingers e plugs relativos ao deslocamento de goma xantana por um óleo mineral. Não há na literatura uma convenção universal para apresentação dos resultados, logo uma contribuição original refere-se à adimensionalização proposta onde os principais parâmetros governantes são a velocidade adimensional, o número de capilaridade reológico e o índice de comportamento da goma xantana. Observou-se que para um valor constante do índice de comportamento e para um valor do número de capilaridade reológico da ordem de 10-1, a eficiência de deslocamento aumenta com a velocidade adimensional, porque a razão de viscosidade diminui. / [en] This work studied the displacement of fluids in porous media using a Hele-Shaw cell. Specifically, was investigated experimentally the displacement of a non-Newtonian fluid by a Newtonian in a rectangular Hele-Shaw cell. The Saffman-Taylor or viscous fingering instability occurs when one fluid pushes a more viscous one, and a Hele-Shaw is a convenient tool to the phenomenon observation. Applications include displacement of heavy crude oil in reservoirs, drilling fluid invasion through porous media, fracture conductivity, polymer processing, hydrology and filtration. The Saffman-Taylor instability has been extensively studied for Newtonian and non-Newtonian liquids displaced by air in a Hele-Shaw cell. However displacement flows involving two liquids of comparable viscosity (nonzero viscosity ratio) have received very little attention. It was presented the details of construction of a Hele-Shaw applicable to a liquid-liquid displacement. The evolution of the shape of the interface was analyzed through a digital camera, as a function of the geometric, dynamic and rheological parameters. From tracing the shape of the interface, was determined the displacement efficiency. Thus, it was defined the spectrum of situations in which there is formation of fingers and plugs relating to displacement of xanthan gum by a mineral oil. There is no universal convention in the literature for presenting the results so a original contribution concerns the proposed dimensionless parameters. The main parameters that govern this flow are the dimensionless flow rate, the rheological capillary number and the behavior index of xanthan gum. It was observed that for a constant value of the behavior index and for a rheological capillary number of magnitude of 10-1, the displacement efficiency increases with the dimensionless flow rate, because the viscosity ratio decreases.

Orientador: Ana Flávia Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T11:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SantosJunior_GarbasAnacleto_M.pdf: 5163839 bytes, checksum: 6d357533b5e3fc16413a4febf8f9d075 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho são apresentados os resultados da preparação e caracterização de eletrólitos poliméricos usando matriz polimérica de um copolímero derivado de PEO - poli (óxido de etileno-co-2-(2-metoxietoxi) etil glicidil éter) - P(EO-EM) - visando à substituição do par redox, I/I3 , usualmente mais comum em células solares do tipo DSSC, por pares de íons de metais de transição, como Fe e Co . Os eletrólitos foram preparados utilizando razões mássicas fixas de P(EO-EM):GBL de 30-70%. Para os eletrólitos de ferro foram utilizados os sais de FeCl2 + FeCl3·6H2O e para os eletrólitos de cobalto CoCl2 · 6H2O + CoF3. Em ambos os casos foram estudados razões molares entre os cátions de valência II:III de 1:1 e 10:1. Diferentes razões mássicas foram estudadas, sendo estas de 2, 5, 8 e 16% para os eletrólitos de ferro e de 1, 2, 3 e 5% para os eletrólitos de cobalto. Valores máximos de condutividade para os eletrólitos contendo sais de ferro foram de 1,88 x 10 e 1,40 x 10 S cm-1, para concentrações de 16% de sal e razões de 1:1 e 10:1 (Fe:Fe), respectivamente. Enquanto que no caso dos eletrólitos contendo cátions de cobalto foram de 1,41 x 10 e 1,16 x 10 S cm, para concentrações de 5% de sal e razões de 1:1 e 10:1 (Co:Co), respectivamente. Testes de PIA- Photoinduced Absorption Spectroscopy mostraram a eficiência do par redox Fe para regeneração dos corantes L0, N719, D35 e Z907. Entretanto, os mesmos testes mostraram a eficiência do par redox Co para regeneração somente do corante L0. A confecção de dispositivos do tipo DSSC com eletrólitos contendo sais de Fe e Co apresentaram resultados insatisfatórios, possivelmente relacionado com a alta taxa de recombinação do elétron ejetado no TiO2 com os mediadores redox / Abstract: This work presents the results of the preparation and characterization of polymer electrolytes using polymeric matrix of a PEO copolymer-poly (ethylene oxide-co-2-(2-methoxyethoxy) ethyl glycidyl ether) - P (EO-EM) - in order to substitute the redox couple , I-/I3-, usually most common mediators in DSSC solar cells, by transition metal ions pairs, such as Fe and Co . The electrolytes were prepared using fixed P(EO-EM) : GBL weight ratios of 30-70 % . The iron electrolytes were prepared using FeCl2 + FeCl3 o 6H2O salts and CoCl2 o 6H2O + CoF3 were used for the cobalt electrolytes. In both cases, it was studied the molar ratios between cations with valence of II: III of 1:1 to 10:1. Different weight ratios were studied, 2 , 5, 8 and 16% for iron electrolytes and 1 , 2, 3 and 5% for the cobalt electrolytes . Maximum conductivity values for the electrolyte containing iron salts were 1.88 x 10 and 1.40 x 10 S cm at salts concentrations of 16 % and ratios from 1:1 to 10:1 (Fe:Fe), respectively. While in the case of electrolyte containing cobalt cations the conductivity values were 1.41 x 10 and 1.16 x 10 S cm -1 at salts concentrations of 5 % and ratios from 1:1 to 10:1 ( Co:Co), respectively . PIA tests - Photoinduced Absorption Spectroscopy- showed the efficiency of the FeII/III redox couple for the regeneration of L0 , N719 , Z907 and D35 dyes. However, the same tests have shown that the CoI redox couple were only able to regenerate the L0 dye. The DSSC devices with electrolytes containing Fe and Co salts showed unsatisfactory results, possibly related to the high rate of recombination of the electron ejected in TiO2 with the redox mediators / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

[pt] Este trabalho apresenta a caracterização por fotoluminescência de amostras com camadas de arseneto de índio depositadas em substratos de arseneto de gálio. O objetivo é estudar a transição entre os modos bidimensional e tridimensional no crescimento epitaxial em reator MOVPE, com a formação de pontos quânticos autoorganizados pelo método Stranski-Krastanov e a subsequente aplicação da técnica de indium flush. São analisados espectros de fotoluminescência, simulações dos níveis de energia, imagens de microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de transmissão para a obtenção de informações sobre densidade, tamanho, uniformidade e energia das transições radiativas dos pontos quânticos. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão revelam a qualidade das interfaces e a espessura das camadas. / [en] This work presents the photoluminescence characterization of indium arsenide layers deposited on gallium arsenide substrates. The objective is to analyze the transition in growth mode, from two-dimensional to tri-dimensional in MOVPE, with the formation of self-assembled quantum dots by Stranski-Krastanov method and subsequent use of the indium flush technique. Photoluminescence spectra, quantum well and quantum dot simulations, atomic force microscopy and transmission electron microscopy images are analyzed in order to obtain information about quantum dot size, density, uniformity and electronic transitions. Transmission electron microscopy images reveal the interfaces quality and layers thicknesses.

[pt] Células de medição (MCs) são amplamente utilizadas na engenharia de micro-ondas para a caracterização eletromagnética dos materiais. Neste trabalho, apresentamos uma formulação baseada na técnica de casamento de modos (MMT) para a caracterização eletromagnética de MCs para materiais anisotrópicos uniaxiais. Apresentamos e validamos uma técnica para modelagem de MCs com uma e duas portas por meio da de matrizes de espalhamento generalizadas (GSMs) extraídas do MMT. Uma vez que as soluções fechadas (isto é, não numéricas) são usadas para calcular as integrais de acoplamento das GSMs, a presente abordagem é uma alternativa computacionalmente eficiente para modelar MCs quando comparada às técnicas usuais de força bruta numérica (tais como soluções baseadas em elementos, volumes, ou diferenças finitas). Um algoritmo de inversão também é apresentado para recuperar os parâmetros constitutivos de meios complexos (materiais com perdas e anisotrópicos). Diferentemente da maioria dos trabalhos que utilizam métodos semi-analíticos, a novidade do presente método consiste em considerar MCs com seção transversal grande frente ao comprimento de onda, em vários modos podem ser progagantes. Apresentamos uma série de resultados numéricos que mostram que a técnica de inversão apresentada neste estudo pode recuperar adequadamente os parâmetros constitutivos de um material de amostra, uma vez que os parâmetros de espalhamento da MC são conhecidos. / [en] Measurement cells (MCs) are widely used in microwave engineering for the electromagnetic characterization of materials. In this work, we present a mode-matching technique (MMT) formulation for the electromagnetic characterization of MCs for uniaxial anisotropic materials. We present and validate a technique for modeling MCs with one- and two-ports via generalized scattering matrices (GSMs) extracted from the MMT. Since closed-form solutions are used for computing the coupling integrals of the GSMs, the present approach is a computationally-efficient alternative to modeling MCs when compared to usual brutal-force techniques (such as finite-elements, finitevolumes, and finite-difference solutions). An inverse algorithm is also presented to retrieve the constitutive parameters of complex media (lossy and anisotropic materials). Differently from the majority of the works using semi-analytical methods, the novelty of the present method rely on considering overmoded MCs. We present a series of numerical results that show that the inversion technique presented herein can properly retrieve the constitutive parameters of a sample material once the MC scattering parameters are known.

[pt] Este trabalho consiste no estudo de um sistema isolado de geração de energia elétrica, ou seja, não está ligado à rede. Seus objetivos consistem na montagem de uma banca experimental, na construção de um simulador e na realização de testes experimentais. O sistema físico possui como componentes: painéis fotovoltaicos, grupo de baterias, inversor de corrente e um sistema integrado de geração de energia elétrica (reformador + célula combustível). O reformador utiliza o etanol como combustível para geração de gás reformado que abastece uma célula a combustível do tipo Membrana de Troca de Prótons de Baixa Temperatura (LTPEM). O gás reformado é composto, principalmente, por hidrogênio e óxidos de carbono, além do metano em baixas porcentagens. Para análise do sistema, foi feito um volume de controle em cada componente, e retirados dados como potência, vazão, consumo elétrico, entre outros dados, assim como foi realizado diversos experimentos no Laboratório com os equipamentos separados e em conjunto. Com estes dados, foi possível o desenvolvimento de um simulador em Excel e Visual Basic for Applications (VBA), utilizando equações fenomenológicas. Após a caracterização dos equipamentos foi possível a validação do simulador. Com este validado, foi possível simular alguns cenários pré-estabelecidos, com objetivo de comprovar ou não a viabilidade técnica do sistema de geração isolada de energia elétrica. / [en] This work consists of the study of an isolated system of electricity generation, that is, it is not connected to the grid. Its objectives are to set up an experimental bench, build a simulator and carry out experimental tests. The physical system has as components: photovoltaic panels, battery pack, current inverter, and an integrated electric power generation system (reformer + fuel cell). The reformer uses ethanol as fuel to generate reformed gas that supplies a Low Temperature Proton Exchange Membrane (LTPEM) fuel cell. The reformed gas is mainly composed of hydrogen and carbon oxides, in addition to methane in low percentages. For system analysis, a control volume was made in each component, and data such as power, flow, electrical consumption, among other data, was taken, as well as several experiments were carried out in the Laboratory with the separate equipment and together. With these data, it was possible to develop a simulator in Excel and Visual Basic for Applications (VBA), using phenomenological equations. After the characterization of the equipment, it was possible to validate the simulator. With this validated, it was possible to simulate some pre-established scenarios, with the objective of proving or not the technical feasibility of the isolated electric energy generation system.

[pt] A geração de energia fotovoltaica cresceu rapidamente em todo o mundo e está começando a contribuir com uma quantidade notável de produção de eletricidade no cenário mundial. Para desenvolver ainda mais o mercado fotovoltaico (FV), atrair mais empresas investidoras e torná-lo mais competitivo, os custos de produção ainda precisam ser reduzidos e a eficiência das células solares aumentada. Entre todas as tecnologias FV, as células solares de filme fino baseadas em materiais III-V são a tecnologia de maior sucesso e mais promissora para alcançar as mais altas eficiências de conversão de energia. Mesmo com a camada ativa na ordem de micrometros os fotovoltaicos de filmes finos são produzidos sobre substratos rígidos caros, mas indispensáveis como base cristalográfica e suporte mecânico na produção da camada ativa monocristalina. Entretanto, após a obtenção do filme fino FV o substrato original é totalmente dispensável pois não exerce nenhuma funcionalidade na célula. Desta forma, é crescente o interesse por tecnologias que permitam a comercialização de células solares sobre substratos leves, flexíveis e de baixo custo, ampliando não só a gama de aplicabilidades, mas também diminuindo os custos de produção, transporte e instalação. Este trabalho mostrará o desenvolvimento de uma metodologia geral para o processo de transferência de estruturas simples de filmes finos e estruturas de células solares completas de materiais III-V crescidos epitaxialmente por MOVPE (Metal Organic Vapour Phase Epitaxy). Materiais III-V foram transferidos para diferentes bases flexíveis e amostras contendo células solares III-V completas foram transferidas para substrato flexível de cobre obtido por eletrodeposição e para fita adesiva de cobre. As transferências foram realizadas com sucesso, sem danificar a estrutura e os contatos elétricos das células. Medidas de corrente tensão realizadas com simulador solar Sciencetech SF300A, com filtro AM1.5G, mostraram que as células em substratos flexíveis quando comparadas com elas em substratos rígidos apresentaram poucas alterações nas figuras de mérito e eficiência de conversão. As bases testadas apresentaram aderência, flexibilidade e suporte mecânico esperados para os filmes finos testados e as células solares completas transferidas. / [en] Photovoltaic power generation has grown rapidly across the world and is starting to contribute a remarkable amount of electricity production on the world stage. To further develop the photovoltaic (PV) market, attract more investing companies and make it more competitive, production costs still need to be reduced and the efficiency of solar cells increased. Among all PV technologies, thin film solar cells based on III-V materials are the most successful and most promising technology to achieve the highest energy conversion efficiencies. Even with the active layer in the order of micrometers, thin film photovoltaics are produced on expensive rigid substrates, but indispensable as a crystallographic base and mechanical support in the production of the monocrystalline active layer. However, after obtaining the FV thin film, the original substrate is completely unnecessary, since it does not exert any functionality in the cell. In this way, there is a growing interest in technologies that allow the commercialization of solar cells on light, flexible and low-cost substrates, expanding not only the range of applicability, but also reducing production, transport and installation costs. This work will show the development of a general methodology for the transfer process of simple thin-film structures and complete solar cell structures of III-V materials epitaxially grown by MOVPE (Metal Organic Vapour Phase Epitaxy). III-V materials were transferred to different flexible bases and samples containing complete III-V solar cells were transferred to flexible copper substrate obtained by electrodeposition and to copper adhesive tape. The transfers were carried out successfully, without damaging the structure or the electrical contacts of the cells. Current voltage measurements, performed with a Sciencetech SF300A solar simulator, with AM1.5G filter, showed that cells on the flexible substrates, when compared to them on rigid substrates, showed little changes in their figures of merit. The bases tested showed adhesion, flexibility and mechanical support expected for the thin films and complete solar cells transferred.

[pt] As células solares de junções múltiplas detém os atuais recordes mundiais de eficiência de conversão fotovoltaica. Uma dificuldade técnica que existe nestes dispositivos é que a corrente destes dispositivos é limitada pela menor dentre as geradas por cada uma das junções. No caso da célula solar de junção tripla de InGaP/InGaAs/Ge, a célula padrão para aplicações espaciais, a limitação é na célula intermediária. Existe uma proposta de uso de poços quânticos na junção para aumentar a corrente produzida pela célula intermediária, sendo assim, as outras junções pn que compõem a célula tripla precisam ser redesenhadas para que haja um casamento de corrente. O presente trabalho tem como objetivo apresentar um design otimizado para a célula solar de InGaP que é a junção pn do topo. O intuito é encontrar uma estrutura otimizada para o casamento de corrente através de simulações e fabricar a célula solar. As amostras foram crescidas em um reator de deposição epitaxial de metalorgânicos em fase de vapor e os dados utilizados no crescimento das camadas, a saber: espessura e dopagem, foram obtidos a partir das simulações realizadas. Para verificação da qualidade ótica, estrutural e elétrica das camadas crescidas, foram feitos experimentos de fotoluminescência, difração de raio-x e efeito Hall. São apresentadas curvas de resistividade obtidas pelo método da linha de transmissão, curva de corrente-tensão e eletroluminescência que dão um diagnóstico da qualidade do dispositivo produzido. / [en] Multi-junction solar cells hold the current world records of photovoltaic conversion efficiency. A technical difficulty that exists in these devices is that the current of these devices is limited by the smaller of those generated by each of the joints. In the case of the triple junction solar cell of InGaP / InGaAs / Ge, the standard cell for spatial applications, the limitation is on the intermediate cell. There is a proposal to use quantum wells at the junction to increase the current produced by the intermediate cell, so the other pn junctions that make up the triple cell need to be redesigned to have a current match. The present work aims to present an optimized design for the InGaP solar cell which is the top pn junction. The intention is to find an optimized structure for the current matching through simulations and fabricate the solar cell. The samples were grown in a vapor phase epitaxial deposition reactor and the data used in the growth of the layers, namely thickness and doping, were obtained from the simulations. To verify the optical, structural and electrical quality of the grown layers, photoluminescence, x-ray diffraction and Hall effect experiments were performed. Resistivity curves obtained by the transmission line method, current-voltage curve and electroluminescence are presented, which give a diagnosis of the quality of the device produced.

[pt] O presente trabalho trata da implementação de um sistema integrado de fornecimento de energia elétrica a sistemas isolados da rede de distribuição através de célula a combustível, combustível renovável (etanol) e painéis fotovoltaicos. Apresenta como objetivo a construção de um simulador para a otimização do sistema integrado de fornecimento de energia elétrica. O sistema consiste em um reformador de hidrogênio que utiliza etanol para a reforma do hidrogênio, uma célula a combustível do tipo PEM, painéis fotovoltaicos, banco de baterias de chumbo, inversor de corrente, compressor de hidrogênio. O sistema foi dimensionado para atender um consumidor SIGFI 45. A partir da implementação do sistema foram realizados diferentes tipos de ensaios a fim de caracterizar o funcionamento de cada um dos equipamentos separadamente. Conhecendo o funcionamento de cada equipamento foi possível simular o funcionamento deles em diferentes condições de operação. Posteriormente foi implementado um simulador em VBA desse sistema e os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com os simulados para a validação desse simulador. Com o simulador validado foi possível simular diversos casos de operação com o intuito de otimizar o funcionamento desse sistema. / [en] This current work deals with the implementation of an integrated electrical power supply system with isolated fuel cell distribution networks: renewable fuel (ethanol) and photovoltaic panels. This thesis presents the objective of constructing a simulator in order to optimize the integrated electrical power supply system. The system consists of a hydrogen reformer that uses ethanol to produce hydrogen, a PEM fuel cell, photovoltaic panels, lead battery bank, current inverter, hydrogen compressor. The system has been sized to meet SIGFI 45 consumer. During the implementation and application of the system, different types of tests were carried out in order to characterize the behavior of each component separately. Knowing the function of each component within the system, it was possible to simulate their behavior in different operating conditions. Later, a VBA simulator of this system was created and then implemented. The results produced by the simulator were compared with those carried out experimentally to validate the accuracy of this simulation. With the validation of the simulator it was possible to simulate several operational cases in order to optimize the function of this system.

Atualmente, as tecnologias disponíveis para a fabricação de dispositivos eletrônicos permitem um alto grau de integração de semicondutores. Entretanto, esta integração torna o projeto, a verificação e o teste de circuitos integrados mais difíceis. Normalmente, o projeto de circuitos integrados é consideravelmente afetado com a diminuição do tamanho dos dispositivos eletrônicos em tecnologias sub-micrônicas. Conseqüentemente, os projetistas adotam metodologias rígidas para produzir circuitos de alta qualidade em tempo razoável. Ferramentas de auxílio ao projeto de circuitos eletrônicos são utilizadas para automatizar algumas das etapas do projeto, ajudando o projetista a encontrar boas soluções rapidamente. Uma das tarefas mais difíceis no projeto de circuitos integrados é fazer com que o circuito respeite as restrições de atraso. Isto depende de várias etapas do processo de síntese. Em metodologias baseadas em bibliotecas de células, isto está diretamente relacionado ao algoritmo para mapeamento tecnológico e as células disponíveis na biblioteca. O atraso de cada célula depende do tamanho dos transistores e da topologia da rede de transistores. Isso determina as características de atraso, potência e área de uma célula. O mapeamento tecnológico define as principais características estruturais do circuito, principalmente em área, potência e atraso. A qualidade do circuito mapeado depende das células disponíveis na biblioteca de células. Este trabalho propõe um novo método para mapeamento com bibliotecas virtuais para redução de atraso em circuitos combinacionais. Ambos os algoritmos baseiam-se em uma topologia de células capaz de implementar funções Booleanas com cadeias mínimas de transistores em série. Os algoritmos reduzem o número de transistores em série do caminho mais longo do circuito, considerando que cada célula é implementada por uma rede de transistores que obedecem um número máximo de transistores em série. O número de transistores em série é calculado de forma Booleana, garantindo que este seja o número mínimo necessário para implementar a função lógica da célula. Os algoritmos estão integrados a um gerador de células que utiliza tal topologia e realiza o dimensionamento dos transistores. Ganhos significativos podem ser obtidos combinando estas duas técnicas em uma ferramenta para mapeamento tecnológico. / Currently, microelectronic technologies enable high degrees of semiconductor integration. However, this integration makes the design, verification, and test challenges more difficult. The circuit design is often the first area under assault by the effects of aggressive scaling in deep-submicron technologies. Therefore, designers have adopted strict methodologies to deal with the challenge of developing high quality designs on a reasonable time. Electronic Design Automation tools play an important role, automating some of the design phases and helping the designer to find a good solution faster. One of the hardest challenges of an integrated circuit design is to meet the timing requirements. It depends on several steps of the synthesis flow. In standard cell based flows, it is directly related to the technology mapping algorithm and the cells available in the library. The performance of a cell is directly related to the transistor sizing and the cell topology. It determines the timing, power and area characteristics of a cell. Technology mapping has a major impact on the structure of the circuit, and on its delay and area characteristics. The quality of the mapped circuit depends on the richness of the cell library. This thesis proposes two different approaches for library-free technology mapping aiming delay reduction in combinational circuits. Both algorithms rely on a cell topology able to implement Boolean functions using minimal transistors stacks. They reduce the overall number of serial transistors through the longest path, considering that each transistor network of a cell has to obey to a maximum admitted chain. The mapping algorithms are integrated to a cell generator that creates cells with minimal transistor stacks. This cell generator is also in charge of performing the transistor sizing. Significant gains can be obtained in delay due to both aspects combined into the proposed mapping tool.