[ES] En esta tesis se plasma un ejemplo paradigmático de Matemática Industrial: se define un problema real de enorme interés actual, se presenta un modelo matemático del mismo, se resuelve numéricamente mediante métodos de elementos Finitos, se realiza diferentes prototipos y se verifican experimentalmente las predicciones teóricas; además, en este caso particular, los prototipos aquí analizados se llevaron al mercado, cerrando un ciclo que se inicia con el modelado matemático y se termina con la transferencia a la sociedad de una solución competitiva a un problema real. El problema que se aborda en esta tesis se enmarca en el desarrollo de soluciones de iluminación basadas en tecnología de diodos emisores de luz (LED, por su abreviación en inglés) de alta potencia. De hecho, el problema que se afronta es el desarrollo de disipadores pasivos de calor que garanticen la correcta evacuación del calor producido en el dispositivo LED y aseguren su adecuado funcionamiento. Para ello, se modela el problema de transferencia de calor (incluyendo conducción, radiación y convección) en diferentes prototipos, se resuelve con técnicas de Elementos Finitos y se optimizan los diseños propuestos, garantizando siempre que la temperatura de operación del chip LED sea correcta. Una vez realizado este análisis teórico, se construyen los prototipos y se verifican experimentalmente las predicciones realizadas. Por último, en los anexos se recoge una serie de aportaciones complementarias: una sobre el gas de van der Waals y la Geometría de Contacto y otras dos sobre la convergencia de métodos iterativos. / [CA] En aquesta tesi es plasma un exemple paradigmàtic de Matemàtica Industrial: es defineix un problema real d'enorme interès actual, es presenta un model matemàtic del mateix, es resol numèricament mitjançant mètodes d'Elements Finits, es realitza diferents prototips i es verifiquen experimentalment les prediccions teòriques; a més, en aquest cas particular, els prototips aquí analitzats es van dur a mercat, tancant un cicle que s'inicia amb el modelatge matemàtic i s'acaba amb la transferència a la societat d'una solució competitiva a un problema real. El problema que s'aborda en aquesta tesi s'emmarca en el desenvolupament de solucions d'il·luminació basades en tecnologia LED d'alta potència. De fet, el problema que s'afronta és el desenvolupament de dissipadors passius de calor que garanteixin la correcta evacuació de la calor produïda da en el dispositiu LED i assegurin la seva adequat funcionament. Per a això, es modela el problema de transferència de calor (incloent conducció, radiació i convecció) en diferents prototips, es resol amb tècniques d'Elements Finits i s'optimitzen els dissenys proposats, garantint sempre que la temperatura d'operació de l'xip LED sigui correcta. Un cop realitzat aquest anàlisi teòrica, es construeixen els prototips i es verifiquen experimentalment les prediccions realitzades. Finalment, en els annexos es recull una sèrie d'aportacions complementàries: una sobre el gas de van der Waals i la Geometria de Contacte i dues sobre la convergència de mètodes iteratius. / [EN] In this thesis, a paradigmatic example of Industrial Mathematics is captured: a real problem of enormous current interest is defined, a mathematical model of it is presented, it is solved numerically using Finite Element methods, different prototypes are made and the theoretical predictions are experimentally verified; Furthermore, in this particular case, the prototypes analyzed here were brought to the market, closing a cycle that begins with mathematical modeling and ends with the transfer to society of a competitive solution to a real problem. The problem addressed in this thesis is part of the development of lighting solutions based on high-power LED technology. In fact, the problem being faced is the development of passive heat sinks that guarantee the correct evacuation of the heat produced in the LED device and ensure its proper operation. For this, the heat transfer problem (including conduction, radiation and convection) is modeled in different prototypes, it is solved with Finite Element techniques and the proposed designs are optimized, always guaranteeing that the operating temperature of the LED chip is correct. Once this theoretical analysis has been carried out, the prototypes are built and the predictions made are experimentally verified. Finally, the annexes contain a series of complementary contributions: one on van der Waals gas and Contact Geometry and two others on the convergence of iterative methods. / A la Secretarıa de Educación Superior, Ciencia,Tecnología e Innovación (SENESCYT) por el apoyo económico para poder realizar mis estudios en el extranjero con el fin de fortalecer el talento humano en el Ecuador. / Alarcón Correa, DF. (2020). Modelado matemático y simulación numérica de disipadores de calor para luminarias LED. Aplicaciones a alumbrado público [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/155989 / TESIS

De façon à réduire l'impact du réchauffement climatique, la Commission Européenne a décidé dans le prolongement du protocole de Kyoto de réduire drastiquement les émissions de gaz à effet de serre. En la matière, le remplacement progressif des véhicules thermiques par des véhicules électriques est considéré comme un objectif clé. Dans ce but, plusieurs prérequis doivent être pris en compte pour le déploiement rapide des véhicules électriques sur le marché européen. Le premier de ces prérequis consiste en la conception d'une nouvelle génération de batteries avec une efficacité énergétique accrue, une plus grande capacité et une robustesse améliorée. Le second prérequis est la conception et le déploiement rapide et économique d'infrastructures de recharge. Enfin, l'émergence de normes européennes dans tous ces domaines est une impérieuse nécessité pour la viabilité économique du marché européen des véhicules électriques. Cette thèse se focalise essentiellement sur le second de ces trois prérequis. Il est largement admis qu'à court terme, l'usage des véhicules électriques sera essentiellement limité aux zones urbaines avant d'être étendu à tout le territoire. Tel que cela est pris en compte par le projet de recherche national TELEWATT dans lequel nous avons été impliqués, les réseaux d'éclairage publics en zones urbaines peuvent être utilisés judicieusement pour déployer à court terme des infrastructures de recharge bon marché. Le principe de base de ce projet consiste à connecter à chaque candélabre une ou deux stations de recharge pour véhicule électrique si une ou deux places de parking sont disponibles dans l'environnement proche. Diverses contraintes électriques spécifiées dans le projet TELEWATT doivent être satisfaites pour permettre la recharge de véhicules électriques sans perturber la qualité de l’éclairage. Dans cette thèse, nous commençons par démontrer la faisabilité d’une telle opération. Pour cela, nous avons développé un simulateur permettant de décrire le comportement dynamique du système global. La force et l’originalité de ce simulateur réside dans sa capacité à déterminer en temps-réel et avec laprécision nécessaire si un véhicule électrique peut effectivement être connecté à une borne. La réponse à cette question dépend des caractéristiques statiques et dynamiques du réseau d’éclairage et de l’état de charge des véhicules déjà connectés comme des véhicules candidats. La dynamique du processus de recharge de chaque véhicule électrique dépend fortement de la puissance instantanée consommée par l’infrastructure globale. Le second objectif original de cette thèse consiste en la conception de politiques d’ordonnancement d’activation des diverses bornes de recharge. Notre objectif est de proposer, via ces politiquesd’ordonnancement, divers types de qualité de service (QoS) garanties aux usagers. De telles garanties peuvent par exemple se décliner en termes d’état de charge attendu pour une certaine durée de stationnement. / In order to reduce the impact of global warming, the European Commission has decided in the continuation of the Kyoto protocol to reduce drastically greenhouse gas emissions. In this matter, the progressive replacement of thermal vehicles by electric ones is considered as a key objective. For that purpose, several prerequisites must be considered for the rapid deployment of Electrical Vehicles (EV) in the European market. The first of these prerequisites consists in the design of a new generation of batteries with higher energy efficiency, larger capacity and improved robustness. The second one is the design and rapid deployment of cost effective charging infrastructures. At last, the emergence of European standards in all these matters is an imperious necessity for the viability of the EVs European market. This thesis is mainly focused on the second of these three prerequisites. It is widely admitted that in the short term, EVs usage will be essentially limited to urban areas before being extended to the whole territory. As it is considered by the French National TELEWATT research project to which we have contributed, street lighting networks can be used judiciously to deploy in the short term low cost charging infrastructures. The basic principle of this project consists in coupling to each street light one or two EV's charging stations if one or two parking spots are located nearby. Various electrical constraints specified in the TELEWATT project must be satisfied to enable EVs' charging without degrading the quality of the lighting system. In this thesis, we begin to demonstrate the feasibility of such an operation. For that purpose, we have developed a simulator enablingto depict the dynamic behavior of the global system. The strength and originality of this simulator resides in its capacity to determine in real-time and with the necessary precision if an EV can effectively be connected to a charging station. The response to this question depends on static and dynamic characteristics of the street lighting network and on the state of charge of the batteries of both the connected and candidate EVs. The dynamism of the charging process of each EV strongly depends on the instantaneous power consumed by the global infrastructure. The second original result of this thesis consists in the design of scheduling policies to activate the various charging stations. Our objective is to propose via these scheduling policies, various types of guaranteed Quality of Service (QoS) to the end-users. Such guarantees can be declined for instance in terms of expected state of charge for a given parking term

In Gaza, daily blackouts have lasted for over eleven years. Until recently, Palestinian families have received only four hours of power each day. Since Israel’s withdrawal from the region in 2005, the political discourse around the Right of Return has forced refugees to live in terrible conditions and darkness. The fear was that any transformation of the camps will bring about an integration of the refugee community with the local environment and thus any improvements to Gaza’s infrastructure and housing was seen as a direct erosion of the Right of Return. Can bringing light to Gaza transcend this boundary of temporality and restore hope to this impoverished community? With recent solar lighting ideas emerging to help solve Gaza’s energy shortage by solar energy companies such as SunBox and LittleSun, I plan to develop a solar urban lighting project for Gaza’s smallest refugee camp - Deir al-Balah (DEB) - to help improve security at night for residents and provide the community with opportunities to socialise in public common areas. In response to an ‘Improvement Plan’ conducted by the United Nations Relief and Works Agency (UNRWA) in 2017, which identifies DEB camp’s limited access to electricity and street lighting, I’d like to explore how a solar and ecologically-sensitive lighting programs can improve Gazan’s daily lives, by bringing clean, reliable and affordable energy access.

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.

As human population grows and develops, more urban areas are expanding. Urbanisation has many impacts on the natural environment and one understudied pollutant is artificial light at night. The aims of this thesis were to examine the impacts of street lighting on bats and investigate the exposure of British bat species to artificial light at night and explored the mitigation option of part-night lighting. The current exposure of British bat species to artificial lighting was assessed using roost locations and population sizes from a long-term dataset (1997-2012) from the Bat Conservation Trust’s National Bat Monitoring Programme on seven bat species (Eptesicus serotinus, Myotis nattereri, Pipistrellus pipistrellus, P. pygmaeus, Plecotus auritus, Rhinolophus hipposideros and R. ferrumequinum). These data were combined with satellite imagery in roost sustenance zones and home ranges. Bat roosts were found in areas with brighter light levels than random locations for P. pipistrellus, P. pygmaeus and Plecotus auritus. Species that forage around streetlights (P. pipistrellus and P. pygmaeus) had significantly higher light levels in the landscape around their roosts than species which avoid street lit areas (R. hipposideros, M. nattereri and P. auritus). Colony size was negatively correlated with light levels. This study highlights that different species have different requirements in the landscapes around their roosts. To investigate landscapes effects of artificial light at night on the understudied light avoiding species R. ferrumequinum, eight maternity roosts were surveyed to explore the interaction between habitat features and street lighting. At each maternity roost, bat detectors were deployed at 25 paired street lit and dark locations. Street lighting had a significant negative effect on bat activity. Locations closest to the maternity roost had higher bat activity than those further away and road type had a significant effect on bat activity, with the highest bat activity recorded at minor roads compared with A and B roads. These results highlight the large negative impact street lighting can have on bat activity patterns and the need for mitigation. Several mitigation strategies have been suggested to combat the effects of artificial light at night but few have been tested. One of these suggestions is to restrict the hours of lighting through the night, often called part-night lighting. Part-night lighting has been implemented by many local authorities, often switching the lights off after midnight and switching them back on before dusk. To explore the effects of part night lighting on bats, the hourly patterns of activity for R. ferrumequinum were studied. Bat activity was bimodal, with a peak in the first few hours after sunset followed by a smaller peak before sunrise. To capture more than 50% of bat activity during the dark period of the night, street lights would be required to switch off before 11pm. To explore this further, a before-and-after study of part-night lighting was conducted at towns across Devon. Following the conversion from full-night lighting to part-night lighting, switching street lights off at 2 am, there was a significant reduction in P. pipistrellus and a significant increase for P. pygmaeus and Nyctalus noctule activity. Although part-night lighting is not often operational during peak activity periods for bat species, reducing the duration of lighting at night has impacts on activity patterns for several species. This thesis shows that artificial light at night has impacts on bats across the landscapes around their roosts. Artificial lighting has impacts for species in different ways, depending on whether they forage around street lights or avoid street lit areas. For species that avoid street lit areas such as R. ferrumequinum, street lighting can have very significant negative impacts on the availability of areas around their roosts. This highlights the need for conservation measures to reduce impacts of artificial lighting. Although mitigation schemes such as part-night lighting may help to minimize impacts of nighttime lighting, more tailored schemes for bats should devised to achieve greater conservation impacts.

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.

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.