A utilização de luminárias baseadas em diodos emissores de luz (LED) é uma tendência para iluminação de interiores e para iluminação pública devido a sua alta durabilidade e eficiência. Apesar destas características desejáveis impulsionarem a utilização de LEDs na iluminação, a vida útil dos drivers utilizados para o acionamento de LEDs de potência, baseados em topologias tradicionais, pode ser inferior a vida útil do próprio LED. Estes drivers são, geralmente, constituídos de topologias que utilizam capacitores eletrolíticos, que tem baixa vida útil, principalmente, em altas temperaturas de operação. Assim, este trabalho propõe uma luminária LED para iluminação pública que seja baseada em drivers modulares. Esta metodologia, visa o aumento da vida útil dos drivers, bem como a manutenção do funcionamento da lâmpada mesmo quando um dos módulos falhar. O projeto dos drivers eletrônicos e a modelagem matemática dos conversores é apresentada. Além disso, são apresentados resultados experimentais obtidos através de um protótipo com 50W (dois módulos com potência média de 25W, cada um). / The use of LED based luminaires is a tendency for both indoor and street lighting, due to its high durability and efficiency. Despite these desirable features propel the use of LEDs on lighting systems, the lifespan of its drivers can be lower than the LED itself. Such drivers are usually based on topologies that make use of electrolytic capacitors, which present low durability, mainly in high temperatures. Therefore, this work proposes a LED luminaire for street lighting based on modular drivers. This approach intends to increase the lifetime of the drivers, as well as maintain the luminaire in operation even with one or more modules failure. The design of the electronic drivers and the technique used for the mathematical modeling of the converters are presented. Furthermore, the obtained experimental results from a prototype with rated power of 50W (two modules with rated power of 25W each one) are presented.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-09-04T16:05:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseAcaoEficiencia.pdf: 8849521 bytes, checksum: 856b5a5ccc7c04435978c821e01ebbe0 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-09-12T16:29:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseAcaoEficiencia.pdf: 8849521 bytes, checksum: 856b5a5ccc7c04435978c821e01ebbe0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-12T16:29:04Z (GMT). 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O método proposto é aplicado em um estudo de caso na Superintendência do Desenvolvimento da Amazônia (SUDAM), uma Autarquia Federal, utilizando-se, em um primeiro momento, de um pré-diagnóstico energético capaz de embasar a implementação de Ações de Eficiência Energética (AEE) por meio de medidas técnico-administrativas e, em um segundo momento, amparado por um diagnóstico energético aprofundado no sistema de iluminação artificial, sugere e emprega o LED na iluminação artificial de alguns ambientes da SUDAM. Para subsidiar a metodologia proposta é utilizado o software RETScreen® e a metodologia do Guia de M&V (Medição e Verificação) da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) tendo como premissas, respectivamente, analisar a oportunidade percebida no diagnóstico energético e quantificar os resultados obtidos admitindo a substituição de todas as lâmpadas antigas por lâmpadas LED. O trabalho apresenta os resultados, satisfatórios, provenientes das Ações de Eficiência Energética e conclui também que a utilização do LED na iluminação artificial da SUDAM possui viabilidade de aplicação com recursos próprios da Instituição, configura-se como uma proposta de projeto válida para Chamadas Públicas, que devem ser ofertadas pela concessionária de energia local, no âmbito do Programa de Eficiência Energética (PEE) regulado pela ANEEL, possibilidade de obter a Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE) parcial para o sistema de iluminação e ainda servir como parâmetro e motivação para os demais Órgãos do Setor Público. / The world energy matrix is a lot dependent of non-renewable energy source, thus, the adoption of new technologies and strategies that aim the Energy Efficiency are actions fundamental, against climate changes, scarcity of natural resources and increase energy demand. This form, an autonomous progress of Lights-Emitting Diodes (LED) technology and an induction progress, practiced for Brasilian Government, in Energy Efficiency are levers to growth action energy conservation in all sectors of the economy. With that intent, this work comes to propose an methodology that search reduce the energy consumption in Public Administration. The method proposed is applied in case study in Amazon Development Superintendence (SUDAM), an Autarchy the Federal, using, in a first moment, of a pre-diagnosis capable of to base the implementation of energy efficiency action by means of steps technical-administrative and, in a second moment, supported by an deep energy diagnosis in artificial lighting system, it suggests and employs the LED in lighting some SUDAM environments. To subsidize the proposed methodology is used the software RETScreen® and the methodology of Measure and Verification Guide of the National Electrical Energy Agency (ANEEL), by having like premise, respectively, an analyze of an opportunity perceived in energy diagnostic and results quantify obtained admitting the renewal of all old lamps for LED lamps. The work presents results, satisfactory, from of energy efficiency actions and it concludes also that use of LED in artificial lighting of SUDAM it has viability application with own resource Institution’s, sets up like a propose valid of project to Calls Public, that must be offered by electrical utility, in ambit of the Efficient Energy Program regulated by the ANEEL, possibility of get National Energy Conservation Label, partial, to lighting system and still serve like parameter and motivation to the other Agencies of Public Sector.

A eficiência energética das edificações é um assunto importante a ser discutido diante do cenário energético mundial. No Brasil, a utilização racional da energia está cada vez mais em evidência na construção civil, principalmente em prédios públicos. Há pouco menos de três décadas, o PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica está buscando meios para combater o desperdício de energia, na área de iluminação. As ações são de homologar a eficiência das lâmpadas elétricas e sistemas de iluminação de edificações. Os sistemas de iluminação em edificações além da iluminação artificial, devem possuir características arquitetônicas que permitam utilizar a luz natural em ambientes internos. O estudo foi realizado em quatorze bibliotecas da UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Os ambientes estudados foram as áreas de acervo e de leitura. Nestes ambientes foram realizadas leituras de iluminância proporcionados pela iluminação artificial. Maquetes eletrônicas das edificações foram criadas para simular a entrada da radiação solar no interior das bibliotecas. Os dados da iluminação artificial foram avaliados através do RQT-C – Requisitos Técnicos da Qualidade do Nível de Eficiência Energética para Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos, e também pela norma brasileira de iluminação de interiores NBR ISO/CIE 8995-1. Os dados da radiação solar foram avaliados quanto a desconforto provocado pelo ofuscamento inabilitador a que os usuários estariam expostos. Os resultados obtidos comprovaram que os sistemas de iluminação possuem pequenos desvios a serem corrigidos e soluções de retrofit foram propostas. As análises comprovaram que nos sistemas iluminação das bibliotecas estudadas, a conciliação entre a luminância média mínima, a eficiência energética e o conforto luminoso são critérios relevantes que previsão ser analisados com muita atenção durante o projeto da biblioteca, caso contrário um dos fatores citados não será atendidos. / The energy efficiency of buildings is an important issue to be discussed given the world energy scene. In Brazil, the rational use of energy is becoming increasingly evident in construction, especially in public buildings. A little less than three decades, PROCEL - National Program for Energy Conservation is looking for ways to combat the waste of energy in lighting area. The actions are to ratify the efficiency of light bulbs and building lighting systems. Lighting systems in buildings besides the artificial lighting, must have architectural features that allow use of natural light indoors. The study was conducted in fourteen libraries from UTFPR - Federal Technological University of Paraná. The environments studied were the collection and reading areas. In these environments, illuminance readings were held, provided by artificial lighting. Electronic models of buildings were created to simulate the entry of solar radiation inside the libraries. Data from the artificial lighting were evaluated by rqt-C - Technical Requirements for Energy Efficiency Level Quality for Commercial Buildings, and Public Services, and also by the Brazilian standard of interior lighting ISO / CIE 8995-1. The data of solar radiation were evaluated for the discomfort caused by glare inabilitator that users would be exposed. The results showed that the lighting systems have small deviations to be corrected and retrofit solutions have been proposed. The analyzes showed that the lighting systems of the studied libraries, the reconciliation between the average minimum luminance, energy efficiency and lighting comfort are relevant criteria forecast to be analyzed carefully during the library project, otherwise one of the factors mentioned will not be met.

A eficiência energética das edificações é um assunto importante a ser discutido diante do cenário energético mundial. No Brasil, a utilização racional da energia está cada vez mais em evidência na construção civil, principalmente em prédios públicos. Há pouco menos de três décadas, o PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica está buscando meios para combater o desperdício de energia, na área de iluminação. As ações são de homologar a eficiência das lâmpadas elétricas e sistemas de iluminação de edificações. Os sistemas de iluminação em edificações além da iluminação artificial, devem possuir características arquitetônicas que permitam utilizar a luz natural em ambientes internos. O estudo foi realizado em quatorze bibliotecas da UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Os ambientes estudados foram as áreas de acervo e de leitura. Nestes ambientes foram realizadas leituras de iluminância proporcionados pela iluminação artificial. Maquetes eletrônicas das edificações foram criadas para simular a entrada da radiação solar no interior das bibliotecas. Os dados da iluminação artificial foram avaliados através do RQT-C – Requisitos Técnicos da Qualidade do Nível de Eficiência Energética para Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos, e também pela norma brasileira de iluminação de interiores NBR ISO/CIE 8995-1. Os dados da radiação solar foram avaliados quanto a desconforto provocado pelo ofuscamento inabilitador a que os usuários estariam expostos. Os resultados obtidos comprovaram que os sistemas de iluminação possuem pequenos desvios a serem corrigidos e soluções de retrofit foram propostas. As análises comprovaram que nos sistemas iluminação das bibliotecas estudadas, a conciliação entre a luminância média mínima, a eficiência energética e o conforto luminoso são critérios relevantes que previsão ser analisados com muita atenção durante o projeto da biblioteca, caso contrário um dos fatores citados não será atendidos. / The energy efficiency of buildings is an important issue to be discussed given the world energy scene. In Brazil, the rational use of energy is becoming increasingly evident in construction, especially in public buildings. A little less than three decades, PROCEL - National Program for Energy Conservation is looking for ways to combat the waste of energy in lighting area. The actions are to ratify the efficiency of light bulbs and building lighting systems. Lighting systems in buildings besides the artificial lighting, must have architectural features that allow use of natural light indoors. The study was conducted in fourteen libraries from UTFPR - Federal Technological University of Paraná. The environments studied were the collection and reading areas. In these environments, illuminance readings were held, provided by artificial lighting. Electronic models of buildings were created to simulate the entry of solar radiation inside the libraries. Data from the artificial lighting were evaluated by rqt-C - Technical Requirements for Energy Efficiency Level Quality for Commercial Buildings, and Public Services, and also by the Brazilian standard of interior lighting ISO / CIE 8995-1. The data of solar radiation were evaluated for the discomfort caused by glare inabilitator that users would be exposed. The results showed that the lighting systems have small deviations to be corrected and retrofit solutions have been proposed. The analyzes showed that the lighting systems of the studied libraries, the reconciliation between the average minimum luminance, energy efficiency and lighting comfort are relevant criteria forecast to be analyzed carefully during the library project, otherwise one of the factors mentioned will not be met.

This paper presents the study of Parallel Multiobjective Evolutionary Algorithms to enable the automation of exterior lighting designs by computers and results in an optimized version of the algorithm. The resulting algorithm basically works with variable length chromosomes and for which intrinsic operators of crossover and mutation were created. The fitness function was determined through a statistical evaluation method (difference of means), thus enabling the comparison of how different options of fitness functions could impact the performance of the proposed parallel multi-objective evolutionary algorithm. The chosen fitness function enables to develop more efficiently automated designs for exterior lighting. Moreover, adding to the proposed evolutionary algorithm, an application was developed in which the user chooses which the heights of the poles, lamps and fixtures to use and also the layout of the area to be illuminated (allowed to be irregular). Within this area, can be defined sub-areas where there are restrictions on the placement of lighting poles. The user must be set average illumination with a respective tolerance range, though. As a case study, the area of an airport parking lot in the city of Uberlândia-MG (Brazil) is presented. Evolved designs present a low coefficient of variation evaluated for 30 runs. This demonstrates that the system is converging on designs for similar metrics. By identifying the worst and the best of designs achieved by the system for those executions, one could note that there are savings regarding installed capacity when compared to the design of reference: 37.5 % for the worst evolved design and 50.0 % for the best evolved design. Also, evolved designs have better lighting uniformity and energy efficiency, as well as their respective quantities of lighting poles have decreased. / Este trabalho apresenta o estudo de um Algoritmo Evolucionário Multiobjetivo Paralelo que viabiliza a criação de projetos de iluminação de áreas externas automatizadas por computador e que resulta em uma versão otimizada desse algoritmo. O algoritmo resultante, essencialmente, trabalha com cromossomos de tamanho variável e para os quais foram criados operadores intrínsecos de cruzamento e mutação. A determinação da função de aptidão ocorreu por meio do método de avaliação estatística (diferença de médias), possibilitando, assim, a comparação de diferentes opções das funções de aptidão no desempenho do algoritmo evolucionário multiobjetivo paralelo proposto. Com a função escolhida, tornou-se possível construir projetos automatizados de iluminação externa de forma mais eficiente. Além disso, por meio do algoritmo evolucionário proposto, foi desenvolvida uma aplicação, pela qual o usuário escolhe quais as alturas dos postes, lâmpadas e luminárias que deseja utilizar e também o layout de área a ser iluminada (mesmo que irregular). Dentro dessa área, podem ser definidas subáreas onde existem restrições quanto à colocação de postes de iluminação. O usuário deve definir a iluminação média associada à sua respectiva tolerância, ou faixa de variação. Como estudo de caso, é apresentada a área de um estacionamento do aeroporto da cidade de Uberlândia, MG. Os projetos desenvolvidos, apresentam um baixo coeficiente de variação calculado a partir de 30 execuções. Isso demonstra que o sistema está convergindo para projetos com métricas similares. Ao identificar o pior e o melhor dos projetos apresentados como solução pelo sistema para essas execuções, pode-se notar que apresentam economia nas potências instaladas quando comparados ao projeto de referência: 37,5% no pior dos projetos e 50% no melhor projeto apresentado. Além disso, constataram-se melhores uniformidades para iluminação e maiores eficiências energéticas, bem como a diminuição das respectivas quantidades de unidades de iluminação. / Doutor em Ciências

This work consists of the study, design and implementation of DC-DC converters, used in lighting systems based on light emitting diodes (LEDs). Can be powered by an universal AC voltage source or battery, and the current in the LEDs is controlled digitally. The main objective is to present a proposal of new step-up/down converters topologies with full conversion much higher than that of conventional converters. So, is initially presented an overview of solid-state lighting (SSL). Following is presented the study on the dynamic behavior of converters based on modeling by the method of varying state-space average, ending with the design of a digital PI controller. This work resulted in the application for a patent PI-0801425-6 filed with the INPI, which presents a new family of converters with full conversion extremely wide, called cubic converters. / O presente trabalho consiste do estudo, projeto e implementação de conversores CCCC, aplicados em sistemas de iluminação de estado sólido baseado em diodos emissores de luz (LEDs). Podem ser alimentados por uma fonte de tensão alternada universal ou por uma bateria sendo que a corrente nos LEDs é controlada digitalmente. O objetivo principal é apresentar uma proposta de novas topologias de conversores abaixadores/elevadores com faixa de conversão muito maior que a dos conversores convencionais. Portanto, inicialmente é apresentada uma visão geral sobre iluminação de estado sólido (SSL). Na sequência, é apresentado o estudo sobre o comportamento dinâmico dos conversores baseado na modelagem através do método de variáveis de espaço de estados médio, finalizando com o dimensionamento de um controlador PI digital. Este trabalho resultou no pedido de patente de invenção PI-0801425-6 depositado junto ao INPI, o qual apresenta uma nova família de conversores com faixa de conversão extremamente larga, denominados de conversores cúbicos. / Doutor em Ciências