Made available in DSpace on 2015-05-14T16:52:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-28Bitstream added on 2015-05-14T16:59:44Z : No. of bitstreams: 1 000823144.pdf: 2321402 bytes, checksum: eae662cf5229f77a1f4290d094d1dcfe (MD5) / Nesta pesquisa foi desenvolvida uma metodologia para o dimensionamento de reatores eletrônicos para o acionamento de lâmpadas fluorescentes especiais, emissoras de UV (irradiação ultravioleta), aplicadas na purificação de água. A principal contribuição desta dissertação está relacionada ao desenvolvimento de uma metodologia de projeto para adequação do parâmetro conhecido como Dose UV. Esse parâmetro define a quantidade de energia em forma de irradiação ultravioleta à qual devem ser expostos os microrganismos patogênicos presentes na água, para inibir suas funções metabólicas e de reprodução. Neste contexto, foi projetada e implementada uma estrutura purificadora de água potável, aplicando o método TURF (Three-step UV fluence Rate and Fluid dynamics), o qual propõe realizar cálculos em separado do tempo de permanência da partícula exposta à irradiação UV e a quantidade de irradiação UV que a lâmpada usada pode produzir, para em seguida se determinar a Dose UV, teoricamente. Neste trabalho, esse tempo foi determinado com o estudo hidráulico da estrutura utilizando-se o software SolidWorks, e, por outro lado, aplicou-se o modelo matemático MSSS Multiple Segment Source Summation para a obtenção da irradiação ultravioleta fornecida pelo purificador. Devido ao fato das lâmpadas geradoras de irradiação ultravioleta, empregadas neste trabalho, apresentarem um comportamento análogo às lâmpadas fluorescentes convencionais, foram modeladas através de um modelo de Quarto Grau. Desta forma, foi desenvolvido um reator eletrônico capaz de garantir pré-aquecimento controlado dos filamentos das lâmpadas antes de sua ignição, assim como, ajuste adequado para operarem no ponto de potência nominal para a etapa de regime permanente. Além disso, o reator incorpora como estágio de potência na entrada um conversor Flyback com correção ativa do fator de potência ... / In this research it was developed a methodology for the design of special fluorescent lamps electronic ballasts applied to water purifiers, through the use of UV radiation. The main contribution of this work it is related to the development of a design methodology to fit the parameter known as UV dose. This parameter defines the amount of energy as UV light to which the pathogenic microorganisms present in water must be exposed to inhibit their metabolic and reproductive functions. In this context, a purifying drinking water structure was designed and implemented, applying the TURF method. This method proposes to calculate separately, the particle exposition time and the amount of UV radiation produced by the lamp, and in a third step, calculate theoretically the UV dose. Thus, the related time was determined with the hydraulic structure model using the software SolidWorks, and through the use of MSSS mathematical model to obtain the UV radiation provided by the purifier. Whereas the behavior of the used UV lamps is similar to conventional fluorescent lamps, they are modeled applying a Fourth Degree model. Hence, an electronic ballast that guaranties a controlled preheating process of the lamp electrodes before the ignition and sets the nominal power point on the steady state, was developed. In addition, the ballast incorporates an input rectifier stage using a Flyback converter with active power factor correction (PFC), in discontinuous conduction mode, with universal input voltage range (90V RMS - 240 V RMS ), attending the limits imposed by IEC 61000-3-2 standard, for class C devices. Finally, it is highlighted that, with the proposed methodology for adjusting the UV dose, could ensure the development of a design that allows full compliance with NSF/ANSI Standard 55: Classes A and B, for the proposed drinking water purifier

Resumo: Este trabalho trata da análise, desenvolvimento e implementação de um estágio Pré- Regulador Retificador Boost de alto fator de potência, para servir como fonte de alimentação para sistemas de iluminação fluorescente multi-lâmpadas, com potência de até 1.200 watts e com índices de qualidade tanto para a fonte de alimentação em corrente alternada quanto para o sistema de iluminação. Este conversor será controlado de forma digital, através da técnica dos valores médios instantâneos da corrente de entrada, desenvolvido através da linguagem de descrição de hardware VHDL (VHSIC HDL - Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) e implementado em um dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array) Spartan 3. Neste trabalho são apresentadas análises matemáticas, para a obtenção das funções de transferência pertinentes ao projeto dos compensadores, onde será aplicada uma metodologia de projeto capaz de projetar estes compensadores utilizando os diagramas de Bode, de módulo e de fase, e ainda contemplar as influencias dos dispositivos A/D, D/A e do processador digital de sinais. Isto eliminará os erros presentes nos projetos via aproximação e permitirá a diminuição das taxas de aquisição necessárias. O projeto é simulado e validado através da plataforma MatLab/Simulink, onde são apresentados resultados para o regime permanente e para transitórios de carga e da tensão de alimentação. Além disso, o controle do conversor através da linguagem VHDL, usando o modelo comportamental num estilo de projeto topdown, é apresentado e também validado através de simulação. Ademais, um sucinto estudo dos reatores eletrônicos convencionais é apresentado, com o intuito de sevir como base para o desenvolvimento de um filtro capaz de barrar as componentes em ca da corrente que circula entre o capacitor de saída... (Resumo completo clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents the analysis, development and implementation of a single-phase power factor correction (PFC) pre-regulator rectifier, based on boost circuit, to act as a power supply for 1.200 watts multi-lamp fluorescent systems. The converter's digital control will be implemented using the average current mode control, based on VHDL language (VHSIC HDL - Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) and using a FPGA (Field Programmable Gate Array) device. In this work, the mathematical analyses of the converter's model are developed in order to obtain the proper transfer functions to design voltage and current digital compensators. The methodology applied at the digital design is capable to deal with the Bode diagrams and incorporate the analog to digital converter, the digital to analog converter and the digital signal processor, eliminating the uncertainties involving approximation methodologies and minimizing the necessity of high level of acquisition rates. This project is evaluated through MatLab/Simulink, showing results for steady-state operation and dynamics in order to analyze the converter's response. Moreover, the converter's digital control is based on VHDL language, using the behavioral modeling in a top-down project style, which is presented and validated through simulation results. In addition, the behavior of the conventional electronic ballasts are presented in order to help in the development of a filter, capable to impede the circulation of the AC components of the ballast current throught the feeding link, guaranteeing the continuous current conduction, among the boost capacitor and the electronic ballasts. Finally, this work presents the laboratorial development of this PFC with digital control, where the prototype was evaluated through experimental results. / Orientador: Carlos Alberto Canesin / Coorientador: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Banca: Claudio Kitano / Banca: Arnaldo José Perin / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-10-14Bitstream added on 2014-06-13T20:27:55Z : No. of bitstreams: 1 ferreira_cs_me_ilha.pdf: 2485161 bytes, checksum: 08f725b1be1ea7769c8c4f79b5fa8d98 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho trata do desenvolvimento e implementação de um sistema de iluminação fluorescente com gerenciamento automático baseado em reatores eletrônicos aplicados a múltiplas lâmpadas fluorescentes. O foco desta pesquisa é direcionado ao desenvolvimento de uma plataforma automática de gerenciamento e supervisão, propiciando o controle de luminosidade, acionamento remoto e também acionamentos programáveis de acordo com o expediente de trabalho do local e condições de iluminação natural do ambiente, além de prover aumento de vida útil das lâmpadas fluorescentes, em função de protocolo proposto para préaquecimento e ignição. Foram acoplados ao sistema sensores de luminosidade e de presença, permitindo a obtenção dos dados necessários para a atuação automática. O controle por calha das lâmpadas fluorescentes é feito por um microcontrolador AtMega8 da ATMEL, o qual é responsável pela automação do sistema. A plataforma de gerenciamento e monitoração utiliza um microcomputador para que seja executado o aplicativo desenvolvido, o qual provê uma interface amigável ao usuário. Assim, um protocolo de comunicação foi desenvolvido para que haja uma comunicação de dados confiável, oferecendo robustez e alta confiabilidade ao controle do sistema de iluminação. Para o processamento dos dados, foi utilizado o barramento serial de comunicação full duplex com padrão RS232 e RS485 com transmissão assíncrona. Adicionalmente, o sistema funciona no sistema mestre-escravo, sendo o microcomputador responsável por enviar endereçamentos e ordens de ação aos microcontroladores, os quais identificam os endereçamentos e dados, executam a ação programada e envia dado de monitoramento ao microcomputador, quando requisitado pelo usuário. / In this work, the development and implementation of an illumination fluorescent system with automatic management based on electronic ballast applied to multiple fluorescent lamps are presented. This research is directed in the development of the management and supervision of an automatic platform, allowing the control of luminosity, the remote actuation and also the programmable actuation according with the local business work and conditions of natural light of the environment. In addition, the ballast will provide the increase in the average lifetime for fluorescent lamps, considering a proposed protocol to pre-heating and ignition. The automatic actuation of the system is allowed by the coupling, of the luminosity and presence sensors. The control of fluorescent lamps by channel is executed by an ATMEL’s AtMega8 microcontroller, which is responsible for the system automation. The management and monitoring platform uses a microcomputer with purpose to execute the implemented application, which will provide a friendly interface to the user. Thus, a protocol of communication was developed to allow a reliable communication of data, providing robustness and high reliability to the control of lighting system. Considering the processing of data acquired, was used a Serial Bus of communication with full duplex standard RS232 and RS485, with asynchronous transmission. Additionally, the system works in the master-slave mode, and the microcomputer is responsible for sending addresses and orders of action to microcontrollers, which identify and address data, in order to perform the programmed action to it, and in order to send data to the microcomputer, when requested by the user.

[pt] Embora as lâmpadas fluorescentes (LF) estejam sendo substituídas por LED (diodo emissor de luz), a maioria das LF é descartada de forma inadequada e as taxas de reciclagem ainda são, em geral, baixas (4 por cento na China, 5 por cento no Brasil, 7 por cento no Canadá, menor que 10 por cento no Japão). Por causa da sua composição, as LF podem causar um impacto ambiental significativo. Assim, no presente estudo empregamos diferentes técnicas analíticas com o objetivo de caracterizar o material fosfórico bruto de LF, quantificar os elementos mobilizados por soluções de chorume e chuva ácida sintéticas, e avaliar os impactos ambientais relacionados ao descarte das lâmpadas através de análise de ciclo de vida (LCA) para o cenário da cidade do Rio de Janeiro. A análise do material bruto por fluorescência e difração de raios X (FRX e DRX) aponta uma composição de fases sólidas complexa, com predominância de Ca, P e Al, presença de elementos terras raras, As e outros. Através da extração ácida auxiliada por micro-ondas, concentrações em massa de 0,1 até 16,5 por cento foram encontradas para Al, Ba, Ce, Eu, La, Mn, P, Sr e Y no material bruto, e mais de 700 mg kg-1 de Hg. As lixiviações com as soluções sintéticas foram realizadas com e sem agitação, partindo de 0,6 g de amostra, 1 mL das soluções, e 3 h de exposição. O ensaio produziu a mobilização de diversos elementos com concentrações atingindo 23,5 mais ou menos 0,4 mg kg-1 (Hg) na chuva ácida, e 34,0 mais ou menos 1,0 mg kg-1 (Sr) no chorume. Devido à periculosidade de alguns elementos, as quantidades extraídas, apesar de baixas, são preocupantes, e lixiviações consecutivas, comuns num cenário real de descarte, podem agravar a situação. A análise de ciclo de vida apontou que as lâmpadas geram maiores impactos ambientais nas categorias de ecotoxicidade terrestre, toxicidade humana não-carcinogênica, potencial de aquecimento global e esgotamento de recursos fósseis. A análise indicou que o aumento das taxas de reciclagem pode reduzir em 70 a 90 por cento a maioria dos impactos ao meio ambiente. / [en] Although fluorescent lamps (FL) are being replaced by LED (light emitting diode), most FL are disposed of improperly and recycling rates are still generally low (4 percent in China, 5 percent in Brazil, 7 percent in Canada, less than 10 percent in Japan). Because of their composition, FL can have a significant environmental impact. Thus, in the present study, we used different analytical techniques with the objective of characterizing the raw phosphor material of FL, quantifying the elements mobilized by synthetic landfill leachate and acid rain solutions, and evaluating the environmental impacts related to the disposal of lamps through life cycle analysis (LCA) for the city of Rio de Janeiro scenario. The analysis of the raw material by fluorescence and X-ray diffraction (FRX and DRX) points to a complex composition of solid phases, with a predominance of Ca, P and Al, presence of rare earth elements, As and others. Through microwave-assisted near-total acid extraction, concentrations varying from 1 to 165 g kg-1 were found for Al, Ba, Ce, Eu, La, Mn, P, Sr, and Y in the raw material, and more than 700 mg kg-1 of Hg. Leaching with synthetic solutions was performed with and without agitation, with 0.6 g of sample, 1 mL of solutions, and 3 h of exposure. The test produced the mobilization of several elements with concentrations reaching 23.5 more or less 0.4 mg kg-1 (Hg) in acid rain, and 34.0 more or less 1.0 mg kg-1 (Sr) in landfill leachate. Due to the danger of some elements, the amounts extracted, although low, are worrying, and consecutive leaching, common in a real disposal scenario, can aggravate the situation. The life cycle analysis indicated that the lamps generate greater environmental impacts in the categories of terrestrial ecotoxicity, non-carcinogenic human toxicity, global warming potential and depletion of fossil resources. The analysis indicated that increasing recycling rates can reduce most impacts to the environment by 70 to 90 percent.