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.

Esse trabalho discute a viabilidade de utilização de impressoras domésticas a jato de tinta líquida por sistema termoelétrico para a inserção de microcápsulas em papel. O procedimento experimental, em etapas, consistiu inicialmente da desmontagem do cartucho termoelétrico e da análise por microscopia óptica e estéreo microscopia. A síntese das microcápsulas poliméricas e cerâmicas ocorreu via polimerização por miniemulsão e sol-gel, respectivamente. A caracterização das partículas foi realizada via microscopia eletrônica de varredura - MEV, espectroscopia por energia dispersiva - EDS, granulometria e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier - FT-IR. As microcápsulas misturadas em tinta, água deionizada e etanol 99,8% através de agitador magnético e sonda ultrassônica foram analisadas por MEV. As tintas puras e as diferentes misturas, com quantidades específicas de tinta e cápsulas, foram submetidas a testes de densidade relativa, viscosidade, granulometria e FT-IR. Já a caracterização dos papéis deu-se por MEV e EDS. Finalizando o procedimento, a impressão da tinta contendo microcápsulas foi avaliada por MEV e FT-IR. Os resultados demonstraram que as dimensões das partículas estão diretamente relacionadas com o desempenho da impressão. O uso de partículas menores, com tamanho médio de 250 nm, mostrou-se eficiente, posto que a dimensão dos pigmentos em tintas a jato está entre 100 e 200 nm e os orifícios no cabeçote dos cartuchos termoelétricos testados possuem aproximadamente 13,5 μm. Dessa forma, o design de produto pode se beneficiar da aplicação de microcápsulas, com dimensões controladas, pelo processo de impressão termoelétrico em materiais fibrosos, porosos ou ocos. / This research discusses the use viability of domestic inkjet liquid printers for thermoelectric system to insert microcapsules in paper. The experimental procedure, in stages, consisted firstly at the disassembly of the thermoelectric cartridge and analysis by optical and stereo microscopy. The polymeric and ceramic microcapsules synthesis occurred by miniemulsion polymerization and sol-gel reaction, respectively. The characterization of the particles was performed by scanning electron microscopy - SEM, energy dispersive system - EDS, granulometry and Fourier transform infrared spectroscopy - FT-IR. The microcapsules blended into paint, deionized water and 99.8% ethanol by ultrasonic probe and magnetic stirrer were analyzed by SEM. The pure inks and the different mixtures with specific amounts of ink and capsules were subjected to relative density, viscosity, granulometry and FT-IR tests. Concomitant, the characterization of the papers was performed by SEM and EDS. As a last stage of the experimental procedure, the impression with ink containing microcapsules was assessed by SEM and FT-IR. The results showed that the particle sizes are directly related to the printing performance. The use of smaller particles with an average size of 250 nm was efficient, since the size of the pigments in ink-jet is between 100 and 200 nm and the holes in the head of the thermoelectric cartridges. The holes are 13.5 μm. Therefore, the product design can take advantage of the application of microcapsules, with controlled dimensions, by thermoelectric printing process, in fibrous, porous or hollow materials.

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um protótipo de um microgerador termoelétrico para captação de energias residuais baseado no Efeito Seebeck com sistema de transferência de calor intercambiável. Neste sentido, desenvolveu-se dois sistemas de transferência térmica, sendo um para captação do calor residual de processos industriais constituído por um módulo denominado captor de calor intercambiável e por outro módulo para resfriar o sistema. Destaca-se que o sistema térmico desenvolvido permite a sua adaptação ao processo industrial por meio da troca do captor de calor, otimizando a transferência térmica para o microgerador termoelétrico. Com base nos dados medidos fez se um tratamento dos dados obtendo-se uma tensão de circuito aberto de Vopen=0,4306xΔT [mV] e uma resistência interna de R0=9,41Ω, com uma tolerância de ΔRint=0,77Ω tal que Rint=R0±ΔRint=9,41±0,77Ω. As medições feitas com a condição de máxima potência de saída foi obtida em um gradiente de temperatura de ΔT=80°C resultando numa potência máxima Pout≈29W. Como resultado obteve-se o protótipo de um microgerador termoelétrico baseado no Efeito Seebeck para captação de energias residuais, customizado e adaptado às características do processo industrial e à respectiva carga (potência e tensão), permitindo a troca e alteração da configuração do sistema de transferência de calor bem como, a reconfiguração do arranjo dos módulos termoelétricos. / This thesis presents the development of a prototype of a thermoelectric microgenerator to energy harvesting based on the Seebeck Effect with interchangeable heat transfer system. In this sense, it developed two heat transfer systems, one for capture of waste heat from industrial processes consisting of a sensor module called interchangeably heat and cool the module to another system. It is noteworthy that the thermal system developed allows its adaptation to industrial process by exchanging the sensor heat, optimizing heat transfer to the thermocouple microgenerator. Based on measured data has a data processing yielding a open circuit voltage of Vopen=0,4306xΔT and an internal resistance of R0=9,41Ω, with a tolerance of ΔRint=0,77Ω such that Rint=R0±ΔRint=9,41±0,77Ω. The measurements made on the condition of maximum output was obtained at a temperature gradient of ΔT=80°C resulting in a maximum power Pout≈29W. As a result we obtained a prototype thermoelectric microgenerator based on Seebeck effect to energy harvesting, energy customized and adapted to the characteristics of industrial process and its load (power and voltage), allowing the exchange and change the configuration of the transfer system heat as well as reconfiguring the arrangement of thermoelectric modules.

Este trabalho apresenta um estudo de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) no sistema elétrico industrial de uma concessionária geradora de energia elétrica do Brasil. O estudo teve enfoque na distorção harmônica gerada nos serviços auxiliares da usina termoelétrica. Para tanto, foi necessária a simulação e análise da planta da termoelétrica, com atenção nos serviços auxiliares pertencentes a ela, devido aos altos níveis de distorções harmônicas registrados. A simulação foi feita com o programa ATP (Alternative Transients Program) no domínio do tempo, através de sua interface gráfica, o ATP Draw. Nele foram modelados os principais componentes que pertencem ao Sistema Elétrico de Potência (SEP) em questão, como geradores, transformadores, linhas e cargas não lineares. Com a modelagem do SEP da termoelétrica, é possível determinar os níveis da distorção harmônica em diversos locais da planta, e aprofundar o estudo para que seja possível fazer a mitigação desses distúrbios. A diminuição da distorção harmônica junto ao aumento do fator de potência permite um melhor desempenho da usina, aumentando a faturamento da empresa através do aumento da energia entregue ao sistema elétrico. / This dissertation presents a study of Power Quality in an electrical system of a thermoelectric power plant in Brazil. The study focused on the harmonic distortion generated in the auxiliary services of the plant. Therefore, it was necessary to simulate and analyze the thermal plant, with attention to auxiliary services belonging to it, due to high levels of harmonic distortion registered. The simulation was performed using the ATP (Alternative Transients Program) in the time domain through its interface, the ATP Draw. It were modeled the main components that belong to the Power System in question, such as generators, transformers, lines and non-linear loads. With the modeling of the thermoelectric plant, is possible to determine the levels of harmonic distortion at various locations within the plant. The reduction of harmonic distortion along with the increase of power factor allows a better plant performance, increasing company revenue by increasing the energy delivered to the electrical system.

Este estudo procura abordar os interesses da Petrobras S.A. nos seus investimentos em geração termelétrica com gás natural. Para tanto, analisa, primeiro, as características da matriz energética brasileira e a possibilidade de inserção do gás natural nessa matriz, confrontando-se com as restrições existentes ao suprimento deste energético, bem como dos meios para a superação destas restrições. Após esboçar a crise que se configurou no setor elétrico brasileiro nas décadas de 80 e 90, passa a tratar das medidas governamentais e privadas para a superação desta crise, buscando incentivar acréscimos rápidos na capacidade de geração. Em seguida, detém-se na caracterização dos contratos de project finance, suas características e sua aplicação no Brasil. Por fim, considera os objetivos da Petrobras S.A. na sua decisão de investir em geração termelétrica, via contratos project finance, para, então, avaliar em que medida estes objetivos foram alcançados. / This study is intended to analyze the interests of PETROBRAS S.A. concerning its investments in thermoelectric generation powered by natural gas. In order to achieve that aim, initially the characteristics of the Brazilian energetic matrix and the possibility of insertion of natural gas in such matrix are analyzed considering the current restrictions to the supply of that fuel and the means for overcoming those restrictions. After an outline of the crisis that developed in the Brazilian electrical sector during the eighties and nineties, this study starts to deal with the governmental and private measures aiming the recovery from that crisis, trying to encourage quick additions to the capacity of generation. Next it draws attention to the making of project finance contracts, to their characteristics and to their use in Brazil. Finally, it considers the objectives of PETROBRAS S.A. concerning that company´s decision to invest in thermoelectric generation via project finance contracts for, then, evaluate to which measure those objectives have been fulfilled.

Os efeitos multidisciplinares presentes em projetos de engenharia, sobretudo naqueles de infra-estrutura, têm alargado as fronteiras de pesquisas para avaliá-los não só do ponto de vista convencional técnico econômico, mas também sob a ótica ambiental e social. Por outro lado, o investidor que tradicionalmente buscava oportunidades apenas considerando o desempenho econômico e financeiro, atualmente é levado a analisar os empreendimentos também no âmbito social e ambiental. Fundamentado em várias informações disponíveis em bases de dados constituídas por diversas instituições, o modelo desenvolvido nesta pesquisa é uma solução para avaliar o mérito de um empreendimento de geração distribuída de origem térmica, considerando os aspectos econômico, social e ambiental, por meio de indicadores que quantificam, objetivamente, aspectos econômicos como taxa de retorno de capital e margem liquida, bem como fatores sociais como o impacto na educação, na saúde, na renda e no emprego e ainda, verifica o atendimento das restrições ambientais. A solução apresentada, sem prejuízo da avaliação dos aspectos pragmáticos relativos à viabilidade econômica e respeito à regulamentação ambiental, traz uma forma simples e clara de atribuir um grau de mérito agregado às alternativas de implementação de geração distribuída, considerando a intensidade da responsabilidade social subjetiva do investidor. A análise de cenários e de sensibilidade diante da variação de parâmetros diversos que o modelo oferece, permite aferir o grau de robustez e de importância da precisão de variáveis específicas. Embora não esgote o tema, o modelo apresentado contribui para estimular diferentes formas de avaliar e priorizar multidisciplinarmente a implementação um empreendimento de geração distribuída, podendo inclusive, se prestar como indicador de financiamentos privilegiados ou outros incentivos do gênero. / The multidiscipline effects in engineering projects, mainly in those of infrastructure, have extended the borders of research to not only evaluate them of the conventional point of view, economic and technical, but also environmental and social. On the other hand, the investor who traditionally searched alternatives only considering the economic and financial performance currently is taken to analyze also the social and environmental aspects. Based on some information available in several institutions databases, the model developed in this research is a solution to evaluate the merit of an enterprise of distributed generation of thermal origin, considering the economic, social and environmental aspects, using merit indexes that quantify, directly, economic aspects as capital return tax and operating income eliminates, as well as social factors like the impact in the education, health, income and employment rates and still, it verifies the attendance of the environmental restrictions. The solution presented, without damage the evaluation of the pragmatic aspects related to economic viability and respect to the ambient regulation, brings a simple and clear form to attribute a merit degree of aggregate to the alternatives to embed distributed generation, considering the intensity of the subjective social responsibility of the investor. The analysis of sceneries and sensitivity ahead of the diverse parameter variation that the model offers, allows investigating the robustness degree and accuracy importance of specific variable. Although it does not deplete the subject, the presented model is an important contribution to stimulate a form to evaluate and to prioritize the multidiscipline implementation to a distributed generation enterprise, also being able, to be used as financial index or other incentives of the sort.

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um protótipo de um microgerador termoelétrico para captação de energias residuais baseado no Efeito Seebeck com sistema de transferência de calor intercambiável. Neste sentido, desenvolveu-se dois sistemas de transferência térmica, sendo um para captação do calor residual de processos industriais constituído por um módulo denominado captor de calor intercambiável e por outro módulo para resfriar o sistema. Destaca-se que o sistema térmico desenvolvido permite a sua adaptação ao processo industrial por meio da troca do captor de calor, otimizando a transferência térmica para o microgerador termoelétrico. Com base nos dados medidos fez se um tratamento dos dados obtendo-se uma tensão de circuito aberto de Vopen=0,4306xΔT [mV] e uma resistência interna de R0=9,41Ω, com uma tolerância de ΔRint=0,77Ω tal que Rint=R0±ΔRint=9,41±0,77Ω. As medições feitas com a condição de máxima potência de saída foi obtida em um gradiente de temperatura de ΔT=80°C resultando numa potência máxima Pout≈29W. Como resultado obteve-se o protótipo de um microgerador termoelétrico baseado no Efeito Seebeck para captação de energias residuais, customizado e adaptado às características do processo industrial e à respectiva carga (potência e tensão), permitindo a troca e alteração da configuração do sistema de transferência de calor bem como, a reconfiguração do arranjo dos módulos termoelétricos. / This thesis presents the development of a prototype of a thermoelectric microgenerator to energy harvesting based on the Seebeck Effect with interchangeable heat transfer system. In this sense, it developed two heat transfer systems, one for capture of waste heat from industrial processes consisting of a sensor module called interchangeably heat and cool the module to another system. It is noteworthy that the thermal system developed allows its adaptation to industrial process by exchanging the sensor heat, optimizing heat transfer to the thermocouple microgenerator. Based on measured data has a data processing yielding a open circuit voltage of Vopen=0,4306xΔT and an internal resistance of R0=9,41Ω, with a tolerance of ΔRint=0,77Ω such that Rint=R0±ΔRint=9,41±0,77Ω. The measurements made on the condition of maximum output was obtained at a temperature gradient of ΔT=80°C resulting in a maximum power Pout≈29W. As a result we obtained a prototype thermoelectric microgenerator based on Seebeck effect to energy harvesting, energy customized and adapted to the characteristics of industrial process and its load (power and voltage), allowing the exchange and change the configuration of the transfer system heat as well as reconfiguring the arrangement of thermoelectric modules.

Este trabalho apresenta um estudo de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) no sistema elétrico industrial de uma concessionária geradora de energia elétrica do Brasil. O estudo teve enfoque na distorção harmônica gerada nos serviços auxiliares da usina termoelétrica. Para tanto, foi necessária a simulação e análise da planta da termoelétrica, com atenção nos serviços auxiliares pertencentes a ela, devido aos altos níveis de distorções harmônicas registrados. A simulação foi feita com o programa ATP (Alternative Transients Program) no domínio do tempo, através de sua interface gráfica, o ATP Draw. Nele foram modelados os principais componentes que pertencem ao Sistema Elétrico de Potência (SEP) em questão, como geradores, transformadores, linhas e cargas não lineares. Com a modelagem do SEP da termoelétrica, é possível determinar os níveis da distorção harmônica em diversos locais da planta, e aprofundar o estudo para que seja possível fazer a mitigação desses distúrbios. A diminuição da distorção harmônica junto ao aumento do fator de potência permite um melhor desempenho da usina, aumentando a faturamento da empresa através do aumento da energia entregue ao sistema elétrico. / This dissertation presents a study of Power Quality in an electrical system of a thermoelectric power plant in Brazil. The study focused on the harmonic distortion generated in the auxiliary services of the plant. Therefore, it was necessary to simulate and analyze the thermal plant, with attention to auxiliary services belonging to it, due to high levels of harmonic distortion registered. The simulation was performed using the ATP (Alternative Transients Program) in the time domain through its interface, the ATP Draw. It were modeled the main components that belong to the Power System in question, such as generators, transformers, lines and non-linear loads. With the modeling of the thermoelectric plant, is possible to determine the levels of harmonic distortion at various locations within the plant. The reduction of harmonic distortion along with the increase of power factor allows a better plant performance, increasing company revenue by increasing the energy delivered to the electrical system.

Esse trabalho discute a viabilidade de utilização de impressoras domésticas a jato de tinta líquida por sistema termoelétrico para a inserção de microcápsulas em papel. O procedimento experimental, em etapas, consistiu inicialmente da desmontagem do cartucho termoelétrico e da análise por microscopia óptica e estéreo microscopia. A síntese das microcápsulas poliméricas e cerâmicas ocorreu via polimerização por miniemulsão e sol-gel, respectivamente. A caracterização das partículas foi realizada via microscopia eletrônica de varredura - MEV, espectroscopia por energia dispersiva - EDS, granulometria e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier - FT-IR. As microcápsulas misturadas em tinta, água deionizada e etanol 99,8% através de agitador magnético e sonda ultrassônica foram analisadas por MEV. As tintas puras e as diferentes misturas, com quantidades específicas de tinta e cápsulas, foram submetidas a testes de densidade relativa, viscosidade, granulometria e FT-IR. Já a caracterização dos papéis deu-se por MEV e EDS. Finalizando o procedimento, a impressão da tinta contendo microcápsulas foi avaliada por MEV e FT-IR. Os resultados demonstraram que as dimensões das partículas estão diretamente relacionadas com o desempenho da impressão. O uso de partículas menores, com tamanho médio de 250 nm, mostrou-se eficiente, posto que a dimensão dos pigmentos em tintas a jato está entre 100 e 200 nm e os orifícios no cabeçote dos cartuchos termoelétricos testados possuem aproximadamente 13,5 μm. Dessa forma, o design de produto pode se beneficiar da aplicação de microcápsulas, com dimensões controladas, pelo processo de impressão termoelétrico em materiais fibrosos, porosos ou ocos. / This research discusses the use viability of domestic inkjet liquid printers for thermoelectric system to insert microcapsules in paper. The experimental procedure, in stages, consisted firstly at the disassembly of the thermoelectric cartridge and analysis by optical and stereo microscopy. The polymeric and ceramic microcapsules synthesis occurred by miniemulsion polymerization and sol-gel reaction, respectively. The characterization of the particles was performed by scanning electron microscopy - SEM, energy dispersive system - EDS, granulometry and Fourier transform infrared spectroscopy - FT-IR. The microcapsules blended into paint, deionized water and 99.8% ethanol by ultrasonic probe and magnetic stirrer were analyzed by SEM. The pure inks and the different mixtures with specific amounts of ink and capsules were subjected to relative density, viscosity, granulometry and FT-IR tests. Concomitant, the characterization of the papers was performed by SEM and EDS. As a last stage of the experimental procedure, the impression with ink containing microcapsules was assessed by SEM and FT-IR. The results showed that the particle sizes are directly related to the printing performance. The use of smaller particles with an average size of 250 nm was efficient, since the size of the pigments in ink-jet is between 100 and 200 nm and the holes in the head of the thermoelectric cartridges. The holes are 13.5 μm. Therefore, the product design can take advantage of the application of microcapsules, with controlled dimensions, by thermoelectric printing process, in fibrous, porous or hollow materials.