Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-07-05T11:13:00Z No. of bitstreams: 1 fernandojosenogueira.pdf: 5985689 bytes, checksum: e2f3d175a672f23ee85dc623a4d67bda (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-08T14:54:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fernandojosenogueira.pdf: 5985689 bytes, checksum: e2f3d175a672f23ee85dc623a4d67bda (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-08T14:54:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernandojosenogueira.pdf: 5985689 bytes, checksum: e2f3d175a672f23ee85dc623a4d67bda (MD5) Previous issue date: 2017-03-16 / Este trabalho tem como objeto principal a avaliação teórica e experimental do uso de controladores (drivers) comutados no dobro da frequência da rede elétrica, aplicados ao acionamento de luminárias de iluminação pública (IP) empregando diodos emissores de luz, ou LEDs, do inglês Light Emitting Diodes. Inicialmente, o estudo apresenta informações sobre a iluminação pública no Brasil e os novos paradigmas relacionados ao uso dos LEDs nos sistemas de IP. Na sequência, uma revisão bibliográfica sobre drivers para luminárias LED é apresentada. Em seguida, é feita a modelagem matemática de um controlador de LEDs baseado no pré-regulador boost de elevado fator de potência comutado em baixa frequência (120 Hz). Uma metodologia de projeto detalhada é apresentada, sendo aplicada a uma luminária LED de 160 W, que é uma potência típica empregada em iluminação pública. Os resultados experimentais mostram que é possível alcançar elevado fator de potência (0,99), elevado rendimento (95%) e reduzida distorção harmônica total da corrente de entrada (9,4%). Posteriormente, foi realizada a modelagem dinâmica em pequenos sinais e o projeto do controle em malha fechada desse driver. Resultados experimentais mostram que o compensador proposto é capaz de rejeitar distúrbios provenientes da tensão de entrada e da carga, mantendo a corrente nos LEDs no valor de referência. Outras topologias similares também foram exploradas, com destaques para o driver baseado no pré-regulador Ćuk de baixa frequência. Resultados de simulação e resultados experimentais comparam essas topologias entre si, mostrando suas principais vantagens e desvantagens. Como conclusão, a principal contribuição da presente Tese consiste na proposição de topologias de controladores de LEDs empregados em iluminação pública fundamentados em alternativas bastante simples, de baixo custo e elevada vida útil, por dispensarem o uso de capacitores eletrolíticos. Outra contribuição se refere à comprovação de que tais estruturas apresentam conformidade com a norma IEC 61.000-3-2 (2014), classe C, além de corresponderem aos critérios exigidos na norma brasileira NBR 16026 (2012): Dispositivo de controle eletrônico c.c. ou c.a. para módulos de LED - Requisitos de desempenho. / The main purpose of this research is the theoretical and experimental evaluation of the use of drivers switched at twice the frequency of the power grid, applied to street lighting luminaires utilizing light emitting diodes (LEDs). Initially, the study presents information about the street lighting in Brazil and the new paradigms related to the use of LEDs in street lighting systems. Thereafter, a bibliographic review about drivers for LED luminaires is presented. Afterwards, the mathematical modeling of an LED driver based on the high power factor boost pre-regulator switched in low frequency (120 Hz) is shown. A detailed design methodology is presented, applied to a 160 W LED luminaire, which is a usual power level used on street lighting systems. The experimental results show that it is possible to reach high power factor (0.99), high efficiency (95%) and reduced total harmonic distortion of the input current (9.4%). Subsequently, the dynamic modeling in small signals and the control project in closed loop of this driver are performed. Experimental results show that the compensator proposed is capable of rejecting disturbances coming from the input voltage and from the load, keeping the current on the LEDs always at the reference value. Other similar topologies are also examined, highlighting the driver based on the low frequency Ćuk pre-regulator and the quadratic boost pre-regulator. Simulation results and experimental results compare these topologies among themselves, presenting their advantages and disadvantages. As conclusion, the main contribution of this thesis consists is the proposition of topologies of LED drivers used in street lighting luminaires based on very simple circuits, with low cost and long lifetime, because they do not require the use of electrolytic capacitors. Another contribution relates to the corroboration that these structures comply with IEC 61.000-3-2 (2012) class C standard, and correspond to the criteria required in the Brazilian Standard NBR 16026 (2012) standard: Electronic control device c.c. or c.a. for LED modules - Performance requirements.

Orientador: Leandro Tiago Manera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:58:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DellaLucia_FelipeLorenzo_D.pdf: 3577549 bytes, checksum: 4c1aa6af60e58052accce7e28ad2c314 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema sem fio de gestão de iluminação pública. Através do sistema desenvolvido, é possível controlar a potência de cada lâmpada de vapor de sódio de alta pressão dos postes de iluminação pública de determinada região. Desta maneira, nos horários em que as vias públicas se tornam menos utilizadas, é possível reduzir a potência e o brilho das lâmpadas e economizar energia elétrica. O sistema proposto utiliza o protocolo ZigBee para realizar a comunicação sem fio entre os módulos instalados nos postes. Este protocolo é baseado no protocolo IEEE 802.15.4 desenvolvido especialmente para redes de sensores sem fio e foca em baixo consumo de energia e transmissão da informação nó a nó da rede. Também é possível instalar sensores (luminosidade, umidade, etc.) nos módulos projetados e transformar cada unidade de iluminação pública em uma central de monitoramento de determinada região. Os resultados mostram que o sistema economiza energia, sendo possível reduzir a potência das lâmpadas em até 60% sem que o fator de potência do reator saia do valor mínimo estipulado na regulamentação (0,92). Os módulos desenvolvidos dão a opção ao operador de escolher a potência das lâmpadas em três valores distintos: 100%, 80% e 50% da potência nominal, sendo possível alterar estes valores conforme a necessidade do operador e do local onde o sistema será utilizado (condições de tráfego e segurança). O sistema foi testado em laboratório e em campo, em postes da Universidade Estadual de Campinas, onde ficou instalado pelo período entre 05/02/2014 e 01/04/2014. A potência das lâmpadas foi variada e medidas de iluminância e uniformidade foram realizadas na via. Foi possível concluir que o sistema é robusto, imune a interferências eletromagnéticas da rede de distribuição, e dá flexibilidade aos ajustes de iluminância e uniformidade de iluminação da via. O alcance de nó a nó da rede é, em média, de 260 m, o que torna a utilização do protocolo e do circuito desenvolvido adequados para esta aplicação, uma vez que a distância típica entre postes é de 30 a 40 metros. Estudos de viabilidade econômica foram realizados e mostram que o sistema é viável e apresenta taxas de retorno atrativas que dependem fortemente da tarifa de energia vigente / Abstract: This project presents the development of a wireless system for public street lighting management. Through the developed system, it is possible to control the power of each high pressure sodium lamp of the streetlights in a particular region. Thus, at times when the public streets become less utilized, it is possible to reduce the power and brightness of the lamps and save energy. The proposed system uses the ZigBee protocol to perform wireless communication between the modules installed on the lampposts. This protocol is based on IEEE 802.15.4 protocol, developed especially for wireless sensors networks and focus on low power consumption and data transmission node to node. It is also possible to install sensors (luminosity, humidity, etc.) in the designed modules and transform each unit of public lighting in a region into a monitoring station. The results show that the system saves energy and it is possible to reduce the lamp power by 64%, without reducing the ballast's power factor below the value stipulated in the regulation (0.92). The developed modules give the operator the option to choose the lamp power between three distinct values: 100%, 80% and 50% of rated nominal power, and it is also possible to change these values according to the operator's needs and the installment place characteristics (traffic usage, security). The system was tested in laboratory and on field, on the lampposts at State University of Campinas, where it remained installed in the period between February 5th and April 1st of 2014. The lamp power was varied and measurements of illuminance and uniformity were performed on the street. It was possible to conclude that the system is robust and immune to electromagnetic interference from the energy distribution grid, and gives flexibility for adjustments of brightness and uniformity of the street lighting. The reach node to node of the network is, on average 260 m, which makes the protocol and developed circuit adequate for this application, since the distance between lampposts is typically 30 to 40 meters. Economic viability studies have been conducted and show that the system is feasible and present attractive rates of return that depend heavily on the rate of current energy price / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Na busca por eficiência energética em serviços e produtos de iluminação pública, a maioria das iniciativas concentra-se em procedimentos voltados estritamente à substituição de tecnologias convencionais por outras mais energeticamente eficientes, considerando somente a fase de operação, onde há mais consumo de energia, e o investimento inicial. No entanto, verifica-se que há uma carência de estudos dedicados à análise da sustentabilidade urbana, em particular com o foco na ecoeficiência das iniciativas, em que pese o crescente interesse das empresas por produtos economicamente e ambientalmente sustentáveis. Portanto, a qualidade do serviço de iluminação pública quanto à sua ecoeficiência (componente importante da sustentabilidade urbana) pode ser desenvolvida utilizando-se o pensamento de ciclo de vida de forma simplificada para avaliar tanto economicamente quanto ambientalmente o empreendimento, de modo a viabilizar a comparação de tecnologias, desenvolvimento de projetos e a tomada de decisão para gestores. O objetivo do presente trabalho é propor um modelo analítico que permita, tanto os desenvolvedores de produtos e projetos como a gestores de serviços de Iluminação Pública IP, gerenciar seus recursos para garantir maior ecoeficiência na transição para tecnologias mais avançadas (como o uso de LEDs em produtos), que mitigam os impactos ambientais e o custo desta transição. Como método, utilizou-se uma abordagem qualitativa, se aplicou a técnica de Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) para avaliação ambiental e econômica de produtos e instalações para IP baseados na tecnologia convencional e produtos com tecnologia LED. Com isso obteve-se uma medida da ecoeficiência associada a diferentes soluções. Na sequência, as informações foram analisadas, comparadas e um conjunto de parâmetros foi definido para constituir um modelo para tomada de decisão. Em particular, foi dada ênfase à qualidade da iluminação na definição da Unidade Funcional. Todas as fases do ciclo de vida foram analisadas (extração de matérias primas, fabricação de componentes, integração e fabricação de luminárias, manutenção e descarte). Como resultados, foram obtidos critérios mínimos de comparação para instalações de Iluminação Pública a LED; identificação dos impactos de novas tecnologias (como uso da tecnologia LED) em termos de emissões de gases de efeito estufa (CO2 equivalentes) do setor de IP; identificação dos impactos de novas tecnologias (como uso da tecnologia LED) no Custo do Ciclo de Vida de instalações para IP e foi desenvolvido um Modelo de Análise para integrar o desempenho econômico ao ambiental (ecoeficiência) de produtos e instalações de IP. / Introduction: in the search for energy efficiency services and street lighting products, most of the initiatives focuses on procedures aimed strictly to the replacement of conventional technologies by more energy efficient ones considering only their use phase. However, it turns out that there is a lack of studies dedicated to analyzing this field with a focus on eco-efficiency initiatives, despite the growing interest of companies by products economically and environmentally sustainable. Therefore, the quality of the street lighting service for their eco-efficiency can be developed using the Life Cycle Assessment (LCA) technique in a systematic and objective manner, in order to facilitate the comparison of technologies, project development and decision making for managers. Objective: To generate an analytical model that allows both product and project developers and managers of street lighting services to manage its resources to ensure greater eco-efficiency in the transition to more advanced technologies (such as the use of LEDs in products) that mitigate the environmental impacts and the cost of this transition. Method: it was applied the LCA for environmental and economic evaluation of products and street lighting facilities based on conventional technology and products with LED technology. Further, the information was analyzed, compared and a set of parameters has been set to provide a model for decision-making. In particular, it was given emphasis to the quality of lighting in the definition of a functional unit. Every stage of the life cycle was analyzed (extraction of raw materials, component manufacturing, integration and manufacturing lighting fixtures, maintenance and disposal). Results: we obtained minimum criteria of comparison for Street Lighting LED installations, identifying the impact of new technologies (such as use of LED technology) in the carbon footprint of the street lighting industry. Besides, we identified the impact of new technologies (such as use of LED technology) in the cost of life cycle of street lighting facilities. Lastly, it was developed an Analysis Model to integrate environmental economic performance (eco-efficiency) products and street lighting facilities.

Este trabalho propõe estratégias de roteamento e de controle de acesso ao meio destinadas as redes urbanas, motivadas pelo monitoramento e controle de variáveis elétricas relacionadas à iluminação pública. Tais estratégias foram desenvolvidas segundo requisitos da aplicação, trabalhos encontrados na literatura, limitações do protocolo IEEE 802.15.4 e as especificações RFC 5548 e IEEE 802.15.4e (draft). As estratégias desenvolvidas foram incorporadas a protocolos encontrados na literatura, as quais geraram protocolos aperfeiçoados para redes urbanas, dentre eles GGPSR e gradiente em função da maior distância, utilizados para o tráfego divergente e convergente, respectivamente. O protocolo GGPSR é composto pelo algoritmo geográfico GPSR, geocast e retransmissões para os vizinhos seguindo o critério do GGPSR em caso de falha. O protocolo baseado na maior distância é composto pelo algoritmo do gradiente, o qual utiliza a maior distância no caso de receptores com pesos de gradiente iguais e retransmissões seguindo o mesmo critério. Foi utilizado um modelo de propagação realista, no qual foi aplicada a estratégia de mapeamento de vizinhos dos nós de acordo com a distância aproximada fornecida pelo atributo do pacote RSSI. Além disso, para ambos os tipos de tráfego, foi aplicado o mecanismo de controle de acesso ao meio RIT com o objetivo de minimizar o consumo energético. A avaliação dos protocolos gerados a partir dessas estratégias foi feita em simulação utilizando a ferramenta NS-2 integrada em cenários de grande escala fornecidos pela concessionária de iluminação pública Elektro, segundo os critérios de energia remascente da rede, média de atraso fim a fim e taxa de entrega fim a fim. Os resultados obtidos mostram que os protocolos gerados superam protocolos propostos na literatura; além disso, a estratégia baseada na distância obtida pelo atributo RSSI viabiliza a aplicação do protocolo GGPSR. Em relação à aplicação do RIT com a estratégia de parâmetros em função do gradiente, esta se mostrou mais eficiente em comparação com os parâmetros de RIT iguais para todos os nós. / This work proposes routing and medium access control strategies for urban networks, particularly related to monitoring and control of electric variables in the street lighting system. Such strategies were developed according to application requirements, studies in the literature, limitations of the IEEE 802.15.4 protocol, and RFC 5548 and IEEE 802.15.4e (draft) specifications. Strategies were incorporated into protocols found in the literature, which generated specific improved protocols for urban networks, including GGPSR and Gradient based on the farthest neighbor, applied to divergent and convergent traffic, respectively. The GGPSR protocol is composed by the GPSR algorithm, geocast and retransmissions to neighbors according to the GGPSR criterion when a failure occurs. The protocol based on the longest distance comprises the gradient algorithm, which considers the longest distance when receivers have equal gradient weights and retransmissions follow the same criterion. A realistic propagation model was used, implementing the strategy to map neighboring nodes according to the approximate distance provided by the RSSI packet attribute. Moreover, for both traffic ypes, the RIT medium access control mechanism was used in order to minimize energy consumption. Protocols generated by these strategies were evaluated through simulation in NS-2 tool applied to large scale scenarios provided by public street lighting concessionaire Elektro, according to the criteria of remaining energy network, end-to-end average delay and end-to-end delivery rate. Results show that the generated protocols outperform protocols proposed in the literature; in addition, the strategy based on the distance obtained by the RSSI attribute enables the use of the GGPSR protocol. Regarding the use of RIT considering the parameters as a function of the gradient, this strategy is more efficient compared to using the same RIT parameters for all nodes.

Este trabalho propõe estratégias de roteamento e de controle de acesso ao meio destinadas as redes urbanas, motivadas pelo monitoramento e controle de variáveis elétricas relacionadas à iluminação pública. Tais estratégias foram desenvolvidas segundo requisitos da aplicação, trabalhos encontrados na literatura, limitações do protocolo IEEE 802.15.4 e as especificações RFC 5548 e IEEE 802.15.4e (draft). As estratégias desenvolvidas foram incorporadas a protocolos encontrados na literatura, as quais geraram protocolos aperfeiçoados para redes urbanas, dentre eles GGPSR e gradiente em função da maior distância, utilizados para o tráfego divergente e convergente, respectivamente. O protocolo GGPSR é composto pelo algoritmo geográfico GPSR, geocast e retransmissões para os vizinhos seguindo o critério do GGPSR em caso de falha. O protocolo baseado na maior distância é composto pelo algoritmo do gradiente, o qual utiliza a maior distância no caso de receptores com pesos de gradiente iguais e retransmissões seguindo o mesmo critério. Foi utilizado um modelo de propagação realista, no qual foi aplicada a estratégia de mapeamento de vizinhos dos nós de acordo com a distância aproximada fornecida pelo atributo do pacote RSSI. Além disso, para ambos os tipos de tráfego, foi aplicado o mecanismo de controle de acesso ao meio RIT com o objetivo de minimizar o consumo energético. A avaliação dos protocolos gerados a partir dessas estratégias foi feita em simulação utilizando a ferramenta NS-2 integrada em cenários de grande escala fornecidos pela concessionária de iluminação pública Elektro, segundo os critérios de energia remascente da rede, média de atraso fim a fim e taxa de entrega fim a fim. Os resultados obtidos mostram que os protocolos gerados superam protocolos propostos na literatura; além disso, a estratégia baseada na distância obtida pelo atributo RSSI viabiliza a aplicação do protocolo GGPSR. Em relação à aplicação do RIT com a estratégia de parâmetros em função do gradiente, esta se mostrou mais eficiente em comparação com os parâmetros de RIT iguais para todos os nós. / This work proposes routing and medium access control strategies for urban networks, particularly related to monitoring and control of electric variables in the street lighting system. Such strategies were developed according to application requirements, studies in the literature, limitations of the IEEE 802.15.4 protocol, and RFC 5548 and IEEE 802.15.4e (draft) specifications. Strategies were incorporated into protocols found in the literature, which generated specific improved protocols for urban networks, including GGPSR and Gradient based on the farthest neighbor, applied to divergent and convergent traffic, respectively. The GGPSR protocol is composed by the GPSR algorithm, geocast and retransmissions to neighbors according to the GGPSR criterion when a failure occurs. The protocol based on the longest distance comprises the gradient algorithm, which considers the longest distance when receivers have equal gradient weights and retransmissions follow the same criterion. A realistic propagation model was used, implementing the strategy to map neighboring nodes according to the approximate distance provided by the RSSI packet attribute. Moreover, for both traffic ypes, the RIT medium access control mechanism was used in order to minimize energy consumption. Protocols generated by these strategies were evaluated through simulation in NS-2 tool applied to large scale scenarios provided by public street lighting concessionaire Elektro, according to the criteria of remaining energy network, end-to-end average delay and end-to-end delivery rate. Results show that the generated protocols outperform protocols proposed in the literature; in addition, the strategy based on the distance obtained by the RSSI attribute enables the use of the GGPSR protocol. Regarding the use of RIT considering the parameters as a function of the gradient, this strategy is more efficient compared to using the same RIT parameters for all nodes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a family of integrated electronic ballasts applied to the public lighting system. The electronic ballasts are designed to supply High-Pressure Sodium lamps according to the desired lamp operation characteristics. The viability of use High-Pressure Sodium lamps in the public lighting system of Santa Maria city is studied along this work. Another topic addressed, is the acoustic resonance phenomenon occurrence. It is explained based on a large number of works previously presented in the literature, in order to choose for a reliable method to supply the lamp. The incremental impedance of the High-Pressure Sodium lamp is defined in the frequency domain. This model is used to analyze the lamp and ballast interaction. The presented integrated electronic ballasts to supply High-Pressure sodium lamps take the advantage of low cost and simplicity providing a stable lamp operation. / Este trabalho apresenta uma proposta de integração de conversores estáticos para alimentação de lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão (HPS), baseando-se, fundamentalmente, na viabilidade de aplicação deste tipo de lâmpadas a sistemas de iluminação pública. Ao longo do trabalho, é discutida a viabilidade de aplicação das lâmpadas HPS ao sistema de iluminação pública existente na cidade de Santa Maria- RS, evidenciando os parâmetros técnicos necessários ao projeto e desenvolvimento de reatores eletrônicos. A abordagem do fenômeno da ressonância acústica é feita de forma consistente, avaliando-se trabalhos previamente publicados, a fim de se chegar a um método confiável para se alimentar a lâmpada HPS sem a excitação deste fenômeno. Além disso, uma análise do modelo de pequenos sinais da lâmpada traz uma visão dos principais estágios a serem empregados no reator para garantir um funcionamento estável do sistema. A metodologia de integração proposta para alimentação de lâmpadas HPS, através de reatores eletrônicos, sem a excitação do fenômeno da ressonância acústica, busca a redução de custos e a simplicidade do sistema, sem deixar de considerar os procedimentos necessários a uma operação estável e confiável.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis presents an electronic ballast prototype to supply high-pressure sodium lamps used in public lighting. The goal is to develop a commercial approach able to replace the still commonly used electromagnetic ballasts, performing improvements in the public lighting system. Along this thesis, the state of art in lighting area is presented, especially in public lighting. Following, a bibliographic review about electronic ballasts to supply highpressure sodium lamps is done. Special attention is given to the low frequency square waveform supplying method, which is used in this thesis. Also, the features desired in electronic ballasts so they can operate the lamp reliably and according to the standards are discussed. From this review, the proposed topology is defined and its design is presented. A discrete control method is developed to guarantee the safe operation of the ballast during all lamp stages. A microcontroller is used to perform the control routines. Finally, experimental results are obtained, validating the proposed work. / Este trabalho apresenta uma proposta de sistematização do projeto de um reator eletrônico para alimentação de lâmpadas de vapor de sódio em alta pressão, para aplicação em iluminação pública. Com isto, pretende-se criar um dispositivo que venha a substituir os reatores eletromagnéticos, ainda comumente utilizados nesta aplicação, de modo a proporcionar melhorias nos atuais sistemas de iluminação pública. Ao longo deste trabalho, é feita uma revisão do estado da arte na área de iluminação, dando ênfase à iluminação pública. Em seguida, é apresentada uma revisão bibliográfica acerca dos métodos de alimentação de lâmpadas de vapor de sódio a partir de reatores eletrônicos, destacando-se a alimentação deste tipo de lâmpada com forma de onda quadrada em baixa freqüência, método utilizado neste trabalho. Também são discutidas as características que um reator eletrônico deve possuir para enquadrar-se nas normas vigentes e alimentar a lâmpada de forma confiável. A partir desta revisão, a topologia proposta é definida e seu projeto é apresentado. Uma metodologia de controle discreto é desenvolvida de forma a garantir a operação adequada do reator durante todas as etapas de funcionamento da lâmpada. Um microcontrolador é utilizado para executar as rotinas de controle. Finalmente, resultados experimentais são obtidos, de forma a validar o trabalho proposto.

Na busca por eficiência energética em serviços e produtos de iluminação pública, a maioria das iniciativas concentra-se em procedimentos voltados estritamente à substituição de tecnologias convencionais por outras mais energeticamente eficientes, considerando somente a fase de operação, onde há mais consumo de energia, e o investimento inicial. No entanto, verifica-se que há uma carência de estudos dedicados à análise da sustentabilidade urbana, em particular com o foco na ecoeficiência das iniciativas, em que pese o crescente interesse das empresas por produtos economicamente e ambientalmente sustentáveis. Portanto, a qualidade do serviço de iluminação pública quanto à sua ecoeficiência (componente importante da sustentabilidade urbana) pode ser desenvolvida utilizando-se o pensamento de ciclo de vida de forma simplificada para avaliar tanto economicamente quanto ambientalmente o empreendimento, de modo a viabilizar a comparação de tecnologias, desenvolvimento de projetos e a tomada de decisão para gestores. O objetivo do presente trabalho é propor um modelo analítico que permita, tanto os desenvolvedores de produtos e projetos como a gestores de serviços de Iluminação Pública IP, gerenciar seus recursos para garantir maior ecoeficiência na transição para tecnologias mais avançadas (como o uso de LEDs em produtos), que mitigam os impactos ambientais e o custo desta transição. Como método, utilizou-se uma abordagem qualitativa, se aplicou a técnica de Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) para avaliação ambiental e econômica de produtos e instalações para IP baseados na tecnologia convencional e produtos com tecnologia LED. Com isso obteve-se uma medida da ecoeficiência associada a diferentes soluções. Na sequência, as informações foram analisadas, comparadas e um conjunto de parâmetros foi definido para constituir um modelo para tomada de decisão. Em particular, foi dada ênfase à qualidade da iluminação na definição da Unidade Funcional. Todas as fases do ciclo de vida foram analisadas (extração de matérias primas, fabricação de componentes, integração e fabricação de luminárias, manutenção e descarte). Como resultados, foram obtidos critérios mínimos de comparação para instalações de Iluminação Pública a LED; identificação dos impactos de novas tecnologias (como uso da tecnologia LED) em termos de emissões de gases de efeito estufa (CO2 equivalentes) do setor de IP; identificação dos impactos de novas tecnologias (como uso da tecnologia LED) no Custo do Ciclo de Vida de instalações para IP e foi desenvolvido um Modelo de Análise para integrar o desempenho econômico ao ambiental (ecoeficiência) de produtos e instalações de IP. / Introduction: in the search for energy efficiency services and street lighting products, most of the initiatives focuses on procedures aimed strictly to the replacement of conventional technologies by more energy efficient ones considering only their use phase. However, it turns out that there is a lack of studies dedicated to analyzing this field with a focus on eco-efficiency initiatives, despite the growing interest of companies by products economically and environmentally sustainable. Therefore, the quality of the street lighting service for their eco-efficiency can be developed using the Life Cycle Assessment (LCA) technique in a systematic and objective manner, in order to facilitate the comparison of technologies, project development and decision making for managers. Objective: To generate an analytical model that allows both product and project developers and managers of street lighting services to manage its resources to ensure greater eco-efficiency in the transition to more advanced technologies (such as the use of LEDs in products) that mitigate the environmental impacts and the cost of this transition. Method: it was applied the LCA for environmental and economic evaluation of products and street lighting facilities based on conventional technology and products with LED technology. Further, the information was analyzed, compared and a set of parameters has been set to provide a model for decision-making. In particular, it was given emphasis to the quality of lighting in the definition of a functional unit. Every stage of the life cycle was analyzed (extraction of raw materials, component manufacturing, integration and manufacturing lighting fixtures, maintenance and disposal). Results: we obtained minimum criteria of comparison for Street Lighting LED installations, identifying the impact of new technologies (such as use of LED technology) in the carbon footprint of the street lighting industry. Besides, we identified the impact of new technologies (such as use of LED technology) in the cost of life cycle of street lighting facilities. Lastly, it was developed an Analysis Model to integrate environmental economic performance (eco-efficiency) products and street lighting facilities.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-03T11:35:25Z No. of bitstreams: 1 fernandojosenogueira.pdf: 4981583 bytes, checksum: 8b3c5698410b92cb533a1907a012d6a6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T01:41:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fernandojosenogueira.pdf: 4981583 bytes, checksum: 8b3c5698410b92cb533a1907a012d6a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T01:41:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernandojosenogueira.pdf: 4981583 bytes, checksum: 8b3c5698410b92cb533a1907a012d6a6 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Este trabalho tem como objeto principal a avaliação experimental de diodos emissores de luz (ou LEDs, do inglês Light Emitting Diodes) quando empregados em luminárias comerciais destinadas aos sistemas de iluminação pública. São apresentados os aspectos gerais da iluminação pública no Brasil, os principais componentes empregados e uma discussão sobre a adoção da tecnologia LED na iluminação de exteriores. Também são abordados os conceitos básicos de fotometria clássica e da fotometria adaptada para baixos níveis de luminância, que leva em consideração a resposta dinâmica visual do olho humano. Para efeito comparativo, o trabalho também inclui uma revisão das principais fontes de luz brancas orientadas à iluminação pública, e. g. lâmpada de vapor metálico, lâmpada de vapor de mercúrio e, mais recentemente, os LEDs. Tal estudo ampara-se em ensaios de laboratório e em campo tomando como base a lâmpada de vapor de sódio em alta pressão, a mais utilizada atualmente no segmento de iluminação de vias públicas. Algumas normativas referentes à aplicação de LEDs em iluminação pública são discutidas e, a partir das recomendações existentes nas normas NBR 16026 e NBR IEC 61347-2-13, são realizados ensaios de pré-conformidade em amostras comerciais de luminárias LED orientadas à iluminação pública do mercado nacional. Além dos ensaios de pré-conformidade, são realizados ensaios de funcionamento das luminárias LED quando expostas a condições críticas de temperatura com o objetivo de se avaliar as mudanças elétricas e fotométricas que ocorrem nestas condições. É apresentada uma metodologia de projeto luminotécnico para instalação de luminárias LED em vias públicas baseando-se na norma de iluminação pública NBR 5101 (revisão 2012), e o acompanhamento do projeto piloto de iluminação pública empregando luminárias LED implantado no anel viário da faculdade de engenharia da Universidade Federal de Juiz de Fora. Durante nove meses foram coletados dados de características elétricas e fotométricas a fim de se averiguar o desempenho destas luminárias em campo. Por fim, foi feito um estudo comparativo entre o antigo sistema de iluminação com lâmpadas de vapor de sódio e o atual, empregando luminárias LED. / The purpose of this research is the experimental evaluation of light emitting diodes (or LEDs) when used in commercial luminaires for street lighting systems. The general aspects of Brazilian public lighting, the main components used and a discussion about the adoption of the LED technology in outdoor lighting are presented. Also, the basic concepts of classical photometry and photometry’s adaptations for low luminance levels are addressed. It takes into consideration the dynamic response of the human eye. For comparative purposes, this research also includes a review of the main white light sources used on public lighting, e.g. Metal Halide Lamp, High Pressure Mercury Vapour Lamp and, recently, the LEDs. Such research is supported by laboratory and on-site studies based on High Pressure Sodium Vapour Lamp; currently, the most used on public lighting system. Some standards regarding LEDs usage on public lighting are discussed and, based on the existing recommendations, regulated by the Brazilian standards NBR 16026 and NBR IEC 61347-2-13, pre-certification studies of commercial LED luminaires samples oriented to public lighting on the home market are performed. Other than the pre-certification studies, additional studies of LED luminaires functioning when exposed to critical conditions of temperature with the intention to evaluate the electric and photometric changes that occur in this circumstances are performed. It is introduced a luminotechnical project methodology for LED luminaires installation on public roads based on the Brazilian standards of public lighting NBR 5101 (reviewed in 2012) and the accompanying of the pilot project of public lighting using LED luminaires implanted on the ring road of the School of Engineering of the Juiz de Fora Federal University. During nine months, data of electric and photometric features were collected in order to investigate the performance of the luminaires on-site. Finally, a comparative study was done between the previous lighting system with High Pressure Sodium Vapour Lamp and the current, using LED luminaires.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-03T12:39:45Z No. of bitstreams: 1 claudiorobertobarbosasimoesrodrigues.pdf: 5762936 bytes, checksum: 8a7ae73391a9d56af3c18605a924763d (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-02T13:21:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 claudiorobertobarbosasimoesrodrigues.pdf: 5762936 bytes, checksum: 8a7ae73391a9d56af3c18605a924763d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-02T13:21:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 claudiorobertobarbosasimoesrodrigues.pdf: 5762936 bytes, checksum: 8a7ae73391a9d56af3c18605a924763d (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / No intuito de aportar contribuições ao uso de diodos emissores de luz (ou LEDs, do inglês Light Emmiting Diodes) em sistemas de iluminação pública, cobrindo lacunas existentes no cenário nacional, este trabalho traz uma ampla análise sobre este tema. São apresentados conceitos básicos da fotometria clássica e um estudo sobre adaptações da fotometria para baixos níveis de luminância, que é a condição observada nas vias públicas durante o período noturno. Propõe-se a utilização de métricas escotópicas em sistemas de iluminação pública, uma vez que estas melhor representam a real sensação visual (se comparadas às métricas clássicas – fotópicas) nas condições de iluminamento típicas observadas nestes sistemas. Aspectos gerais da iluminação pública e um histórico da evolução do sistema nacional são brevemente apresentados bem como uma discussão sobre a situação atual deste sistema e das tecnologias utilizadas. O trabalho traz também um estudo sobre características ópticas, elétricas e mecânicas dos LEDs e uma análise dos diferentes tipos de LEDs brancos mais utilizados (HB – High Brightness – e HP – High Power – LEDs). Algumas normas e recomendações aplicáveis à utilização de LEDs em iluminação pública são analisadas e discutidas, com o intuito de se investigar lacunas ainda não cobertas pela normatização existente. Análises de resultados de ensaios de laboratório e de campo, inéditos no país, realizados com alguns modelos de luminárias LED para iluminação pública disponíveis no mercado, são também apresentadas. Um estudo sobre acionamento de LEDs é realizado, abordando técnicas de equalização de corrente entre arranjos série de LEDs associados em paralelo e diferentes tipos de circuitos de acionamento para LEDs. São propostas, analisadas e implementadas uma estrutura inédita de baixo custo para a equalização de corrente e um circuito para o acionamento de LEDs baseado na integração de dois conversores cc cc não isolados. A topologia de dois estágios proposta é composta por um conversor boost no primeiro estágio, utilizado para a correção do fator de potência e por um conversor buck no segundo estágio, utilizado para o controle da corrente nos LEDs. Por fim, o acompanhamento da implantação e do desempenho, ao longo de dez meses, do projeto piloto de iluminação pública empregando LEDs instalado no anel viário da Faculdade de Engenharia da UFJF é apresentado. / In order to present contributions to the use of light emitting diodes (LEDs) in public lighting systems, covering gaps on the national scenario, this work encompasses abroad analysis related to this issue. Basic concepts of classical photometry are presented and so a study of photometry’s adaptations for low luminance levels. It is proposed the use of scotopic metrics for street lighting systems, since they can better represent the actual visual sensation (when compared to the classical one – photopic metrics) on its typical nighty conditions. General aspects of street lighting and the history of the national’s public lighting system are briefly presented as well as a discussion about the current situation of the Brazilian system and technologies adopted. The work also brings a study of mechanical, electrical and optical characteristics of LEDs and an analysis of the two different types of commonly used white LEDs (HB – High Brightness – and HP – High Power - LEDs). Some standards and recommendations related to the use of LEDs in street lighting are analyzed and criticized, with the aim of show some gaps not yet covered by the existent standards. An unprecedented analysis regarding laboratory and field test benchmarking, taken for some luminaires available in commerce, is also presented. A study of LED driving is presented, covering equalization techniques for parallel LEDs strings and different types of LED driving circuits. It was proposed, analyzed and implemented a novel and low cost structure for current equalization and an LED driver, based on the integration of two non-isolated dc dc converters. This proposed two stages topology is composed by a boost converter, on the first stage, employed to the power factor correction and a buck converter, on the second stage, to control the LED’s current. Finally, the process of monitoring the installation and the performance, during ten months, of the LEDs public lighting pilot project, on the roadway belt of Engineering Faculty of UFJF is presented.