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.

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.

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

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