Setting the preheating and steady-state operation of electronic ballasts, considering electrodes of hot-cathode fluorescent lamps

This paper presents a new methodology for the adjustment of the preheating process and steady-state operation of electronic ballasts intended for hot-cathode fluorescent lamps. The classical series-resonant parallel-loaded half-bridge inverter is the power stage analyzed in this paper. In addition, the preheating process is based on the imposition of a constant rms current through the electrodes, in order to provide a proper value of the R-h/R-c ratio before the lamp start. According to the proposed methodology, it is possible to set suitable operating points for, the electronic ballast, considering optimal conditions for the lamps electrodes. Therefore, the proposed methodology for setting the preheating and steady-state operation is a complete platform to the design of electronic ballasts for hot-cathode fluorescent lamps.

An Improved Design Procedure for LCC Resonant Filter of Dimmable Electronic Ballasts for Fluorescent Lamps, Based on Lamp Model

This paper presents an improved design methodology for determining the parameters used in the classical Series-Parallel Loaded Resonant (SPLR) filter employed in the switching frequency controlled dimmable electronic ballasts. According to the analysis developed in this paper, it is possible to evaluate some characteristics of the resonant filter during the dimming process, such as: range of switching frequency, phase shift and rms value of the current drained by the resonant filter + fluorescent lamp set.

An improved design procedure for LCC resonant filter of dimmable electronic ballasts for fluorescent lamps, based on lamp model

This paper presents an improved design methodology for the determination of the parameters used in the classical series-resonant parallel-loaded (SRPL) filter employed in the switching frequency controlled dimmable electronic ballasts. According to the analysis developed in this paper, it is possible to evaluate some important characteristics of the resonant filter during the dimming operation, such as: range of switching frequency, phase shift, and rms value of the current drained by the resonant filter + fluorescent lamp set. Experimental results are presented in order to validate the analyses developed in this paper. © 2005 IEEE.

Setting the preheating process of electronic ballasts for hot-cathode fluorescent lamps, considering the Rh/Rc ratio

This paper presents a new model for the representation of the electrodes filaments of fluorescent lamps, during their preheating, and an analysis capable to guide the design of the preheating process in electronic ballasts. The main improvement obtained with the lamp model is the accurate theoretical reproduction of the behavior of the Rh/Rc ratio during the preheating process. In addition, using the proposed methodology based on the lamp model, it is possible to set a proper preheating process to the electrodes filaments, without the necessity of exhaustive empirical adjustments in the prototype, reducing time and costs involved in the design of ballasts with preheating capabilities. © 2006 IEEE.

A high efficiency HPF-ZCS-PWM Sepic for electronic ballast with multiple tubular fluorescent lamps

This paper presents a high efficiency Sepic rectifier for an electronic ballast application with multiple fluorescent lamps. The proposed Sepic rectifier is based on a Zero-Current-Switching (ZCS) Pulse-Width-Modulated (PWM) soft-commutation cell. The high power-factor of this structure is obtained using the instantaneous average-current control technique, in order to attend properly IEC61000-3-2 standards. The inverting stage of this new electronic ballast is a classical Zero-Voltage-Switching (ZVS) Half-Bridge inverter. A proper design methodology is developed for this new electronic ballast, and a design example is presented for an application with five fluorescent lamps 40W-T12 (200W output power), 220Vrms input voltage, 130Vdc dc link voltage, with rectifier and inverter stages operating at 50kHz. Experimental results are also presented. The THD at input current is equal to 6.41%, for an input voltage THD equal to 2.14%, and the measured overall efficiency is about 92.8%, at rated load.

Dimmable electronic ballast with high power-factor SEPIC preregulator, for multiple tubular fluorescent lamps

An electronic ballast for multiple tubular fluorescent lamps is presented in this paper. The proposed structure features high power-factor, dimming capability, and soft-switching to the semiconductor devices operated in high frequencies. A Zero-Current-Switching - Pulse-Width-Modulated (ZCS-PWM) SEPIC converter composes the rectifying stage, controlled by the instantaneous average input current technique, performing soft-commutations and high input power factor. Regarding the inverting stage, it is composed by a classical resonant Half-Bridge converter, associated to Series Parallel-Loaded Resonant (SPLR) filters. The dimming control technique employed in this Half-Bridge inverter is based on the phase-shift in the current processed through the sets of filter + lamp. In addition, experimental results are shown in order to validate the developed analysis.

Impacto das novas tecnologias no aumento da eficiência da iluminação pública: caso de estudo do parque das nações

Portugal comprometeu-se em finais de 2009 com novos objetivos para a política energética e estabeleceu como prioridade a eficiência energética, designadamente através da aplicação de programas de redução do consumo de energia na Administração Pública e da promoção de comportamentos e escolhas que minimizem o consumo energético. Neste contexto, o principal objetivo a que se propõe este trabalho é: contribuir para a nova política energética do Governo, através do estudo do impacto das novas tecnologias e novos procedimentos, no aumento da eficiência da Iluminação Pública. Nesta dissertação é efetuada uma análise aos sistemas de Iluminação Pública existentes e, também o estudo das inovações tecnológicas disponíveis no mercado. Feita esta caracterização e com base em critérios económicos e técnicos suportados por normas nacionais e internacionais em vigor, as soluções que maximizem a eficiência energética na sua globalidade são identificadas e propostas para implementação no terreno. Será igualmente analisado o impacto no sistema elétrico existente das alterações propostas. A componente experimental desta dissertação foi realizada no Parque das Nações com a colaboração da Parque Expo – Gestão Urbana do Parque das Nações, S.A., entidade gestora do espaço público do Parque das Nações. O Parque das Nações apresenta-se como um local de inegável interesse para os objetivos desta dissertação porque: dispõe de uma grande diversidade de soluções na Iluminação Pública; encontra-se a curta distância do ISEL e funciona, não raras vezes, como “montra” tecnológica do País.

Diagnóstico energético e reengenharia do processo de secagem na fábrica de revestimentos

Este trabalho surgiu no âmbito da Tese de Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química, aliando a necessidade da Empresa Monteiro Ribas – Indústrias, S.A. em resolver alguns problemas relacionados com as estufas da unidade J da fábrica de revestimentos. Outro dos objectivos era propor melhorias de eficiência energética neste sector da empresa. Para tal, foi necessário fazer um levantamento energético de toda a unidade, o que permitiu verificar que as estufas de secagem (Recobrimento 1 e 2) seriam o principal objecto de estudo. O levantamento energético da empresa permitiu conhecer o seu consumo anual de energia de 697,9 tep, o que a classifica, segundo o Decreto-lei nº 71 de 15 de Abril de 2008, como Consumidora Intensiva de Energia (CIE). Além disso, as situações que devem ser alvo de melhoria são: a rede de termofluido, que apresenta válvulas sem isolamento, o sistema de iluminação, que não é o mais eficiente e a rede de distribuição de ar comprimido, que não tem a estrutura mais adequada. Desta forma sugere-se que a rede de distribuição de termofluido passe a ter válvulas isoladas com lã de rocha, o investimento total é de 2.481,56 €, mas a poupança pode ser de 21.145,14 €/ano, com o período de retorno de 0,12 anos. No sistema de iluminação propõe-se a substituição dos balastros normais por electrónicos, o investimento total é de 13.873,74 €, mas a poupança é de 2.620,26 €/ano, com período de retorno de 5 anos. No processo de secagem das linhas de recobrimento mediram-se temperaturas de todos os seus componentes, velocidades de ar o que permitiu conhecer a distribuição do calor fornecido pelo termofluido. No Recobrimento 1, o ar recebe entre 39 a 51% do calor total, a tela recebe cerca de 25% e na terceira estufa este é apenas de 6%. Nesta linha as perdas de calor por radiação oscilam entre 6 e 11% enquanto as perdas por convecção representam cerca de 17 a 44%. Como o calor que a tela recebe é muito inferior ao calor recebido pelo ar no Recobrimento 1, propõe-se uma redução do caudal de ar que entra na estufa, o que conduzirá certamente à poupança de energia térmica. No Recobrimento 2 o calor fornecido ao ar representa cerca de 51 a 77% do calor total e o cedido à tela oscila entre 2 e 3%. As perdas de calor por convecção oscilam entre 12 e 26%, enquanto que as perdas por radiação têm valores entre 4 e 8%. No que diz respeito ao calor necessário para evaporar os solventes este oscila entre os 4 e 13%. Os balanços de massa e energia realizados ao processo de secagem permitiram ainda determinar o rendimento das 3 estufas do Recobrimento 1, com 36, 47 e 24% paras as estufa 1, 2 e 3, respectivamente. No Recobrimento 2 os valores de rendimento foram superiores, tendo-se obtido valores próximos dos 41, 81 e 88%, para as estufas 1, 2 e 3, respectivamente. Face aos resultados obtidos propõem-se a reengenharia do processo introduzindo permutadores compactos para aquecer o ar antes de este entrar nas estufas. O estudo desta alteração foi apenas realizado para a estufa 1 do Recobrimento 1, tendo-se obtido uma área de transferência de calor de 6,80 m2, um investimento associado de 8.867,81 €. e uma poupança de 708,88 €/ano, com um período de retorno do investimento de 13 anos. Outra sugestão consiste na recirculação de parte do ar de saída (5%), que conduz à poupança de 158,02 €/ano. Estes valores, pouco significativos, não estimulam a adopção das referidas sugestões.

Diagnóstico energético da indústria de placas de borracha e optimização do sector de pintura

Cada vez mais a indústria tem vindo a sofrer algumas mudanças no seu processo produtivo. Hoje, mais que nunca, é preciso garantir que as instalações produtivas sejam o mais eficiente possível, procurando a racionalização de energia com um decrescimento dos custos. Deste modo o objectivo desta dissertação é o diagnóstico energético da fábrica de placas de borracha e a optimização do sector da pintura na empresa Monteiro Ribas. A realização de um diagnóstico energético, para a detecção de desperdícios de energia tem sido amplamente utilizada. A optimização irá prospectar potenciais de mudanças e aplicação de tecnologias de eficiência energética. Pretende-se deste modo travar o consumo energético sem que seja afectada a produção, já que a empresa é considerada consumidora intensiva de energia. Na empresa Monteiro Ribas há consumo de gás natural, de vapor e de energia eléctrica, sendo o vapor a forma de energia mais consumida, seguida da energia eléctrica e por fim, do gás natural nas proporções de 55%, 41% e 4%, respectivamente. A optimização feita permitiu estudar a influência de algumas variáveis, nos consumos anuais da energia, e assim apresentar propostas de melhoria. Uma das propostas analisadas foi a possibilidade de efectuar um isolamento térmico a algumas válvulas. Este isolamento conduziria a uma poupança de 79.263,4 kWh/ano. Propôs-se também a implementação de balastros electrónicos, que conduziria a uma diminuição em energia eléctrica de 29.509,92 kWh/ano. Relativamente às máquinas utilizadas no sector da pintura, verificou-se ser a estufa IRK 6, um dos equipamentos de grande consumo energético. Então analisou-se a influência da velocidade de circulação das placas de borracha através desta máquina, bem como a alteração da respectiva potência, pela diminuição do número de cassetes incorporados nesta estufa.

Otimização de consumo energético de equipamento de grande potência

Um dos princípios da Gestão é: “If you cannot measure it, you cannot improve it.” In The Economist – 26.Dez.2008, idea of 19th century English physicist Lord Kelvin. Embora seja uma afirmação aplicável à gestão económica, também pode ser utilizada no domínio da gestão da energia. Este trabalho surge da necessidade sentida pela empresa Continental - Industria Têxtil do Ave, S.A. em efetuar uma atualização dos seus standards de produção, minimizando os seus consumos de eletricidade e gás natural. Foi necessário efetuar o levantamento dos consumos em diversas máquinas e equipamentos industriais, caracterizando e analisando os consumos ao longo de todo o processo produtivo. Para o tratamento de dados recolhidos foi desenvolvida uma folha de cálculo em MS Office ExcelTM com metodologia adequada ao equipamento em análise, que dará apoio ao decisor para a identificação dos aspetos que melhorem o processo produtivo e garantam uma elevada eficiência energética. Porém, não se enquadra no âmbito do Plano Nacional de Racionalização de Energia, sendo uma “auditoria energética” ao processo produtivo. Recentemente, a empresa, tem vindo a utilizar equipamentos eletrónicos que permitem otimizar o funcionamento mecânico dos equipamentos e das potências instaladas dos transformadores, na tentativa de racionalizar o consumo da energia elétrica. Outros equipamentos como, conversores de frequência para controlo de motores, balastros eletrónicos que substituem os convencionais balastros ferromagnéticos das lâmpadas de descarga fluorescente, têm sido incluídos ao nível das instalações elétricas, sendo gradualmente substituída a eletromecânica pela eletrónica. Este tipo de soluções vem deteriorar as formas de onda da corrente e da tensão do sistema pela introdução de distorções harmónicas. Faz ainda parte deste trabalho, um estudo de uma solução que melhore, simultaneamente o fator de potência e reduza as harmónicas presentes num posto de transformação localizado no seio da fábrica. Esta solução, permite melhorar a qualidade da energia elétrica e as condições de continuidade de serviço, garantindo melhores condições de exploração e incrementando a produtividade da empresa.

Eficiência energética na iluminação pública

O presente trabalho aborda a temática da eficiência energética em sistemas de iluminação pública. A principal motivação prende-se com o peso significativo que a parcela energética destes sistemas ocupa na economia mundial. O uso eficiente de energia é uma crescente preocupação devido à diminuição de recursos, às consequências climáticas cada vez mais marcadas e ao elevado custo da energia, representando ainda um papel fundamental ao nível económico e de competitividade. A Iluminação Pública (IP) representa um peso importante nas despesas correntes dos municípios. É assim importante encontrar uma solução que permita manter níveis de segurança e conforto necessários às populações e que proporcione uma redução substancial do peso da IP nas despesas municipais. Neste sentido, este trabalho propõe-se estudar esta problemática, apresentando uma sistematização de soluções eficientes, quer a nível de lâmpadas e luminárias como também ao nível de tecnologias que auxiliem e complementem a eficiência de uma instalação de iluminação pública. A dissertação está dividida em duas partes. A primeira parte sistematiza os consumos verificados em Portugal, a vários níveis (consumo de energia elétrica, evolução do consumo energético de iluminação pública, etc.) abordando as políticas de eficiência energética, e são descritos alguns procedimentos que possibilitam a poupança energética na iluminação pública, aliada a instalações eficientes. A segunda parte da dissertação contempla o estudo de um caso prático cujo objetivo é propor soluções técnicas que permitam melhorar a eficiência energética na iluminação pública de Esposende, face à situação atual do concelho. Serão propostas várias soluções, tais como luminárias LED, balastros electrónicos reguláveis, lâmpadas de menor consumo e até mesmo o uso da telegestão.

Diagnóstico energético da indústria de pneus e sugestões de melhoria

Cada vez mais a indústria tem vindo a sofrer algumas mudanças no seu processo produtivo. Hoje, mais que nunca, é preciso garantir que as instalações produtivas sejam as mais eficientes possíveis, procurando a racionalização da energia com um decrescimento dos custos. Deste modo o objectivo desta dissertação é o diagnóstico energético na fábrica de pneus e sugestões de melhoria na empresa CNB/CAMAC. A realização de um diagnóstico energético, para a detecção de desperdícios de energia tem sido amplamente utilizada. A optimização irá prospectar potenciais de mudanças e aplicação de tecnologias de eficiência energética. Pretende-se deste modo travar o consumo energético sem que seja afectada a produção, já que a empresa é considerada consumidora intensiva de energia. Na empresa CNB/CAMAC há consumo de fuelóleo, gasóleo, vapor e energia eléctrica, sendo o vapor a forma de energia mais consumida (36,1%) seguido da energia eléctrica (33,8%), fuelóleo (29,9) e gasóleo (0,3%). O levantamento energético permitiu estudar a influência de algumas variáveis, nos consumos anuais da energia, e assim apresentar propostas de melhoria. Uma das propostas analisadas foi a possibilidade de efectuar um isolamento térmico a algumas válvulas no equipamento de produção e distribuição de vapor. Este isolamento conduziria a uma poupança de 33.540 kWh/ano. Também se propôs o isolamento dos tubos de transporte de vapor no sector da vulcanização o que geraria uma poupança de 549.826 kWh/ano. Sugere-se a implementação de um economizador na caldeira nº1 uma vez que a temperatura média dos gases de chaminé se situa á volta dos 311ºC. Uma vez que existe a pré instalação de um sistema de cogeração, sugere-se que este seja finalizado. Propôs-se a implementação de balastros electrónicos, que conduziria a uma diminuição em energia eléctrica de 33.5877 kWh/ano. Também se propõe a eliminação das fugas de ar na rede de distribuição do ar comprimido poupando assim 12,96kW/h.

Diagnóstico Energético e proposta de melhorias numa unidade de Produção de Peças de Borracha

O consumo de energia de forma irracional acarreta desvantagens a nível económico para o consumidor e problemas ambientais para toda a sociedade, como a escassez de recursos naturais e o aumento da poluição. Neste contexto, a otimização energética na indústria, e em particular no setor das borrachas, é indispensável de forma a utilizar racionalmente a energia e assim contribuir para a viabilidade das empresas. Este trabalho, efetuado na Flexocol - Fábrica de Artefactos de Borracha, Lda., teve como principal objetivo efetuar um levantamento energético à unidade fabril e propor alternativas que permitissem a redução do consumo de energia elétrica. Foi ainda realizado um estudo sobre a possibilidade de substituir o n-hexano, solvente utilizado na limpeza dos moldes, por um solvente mais adequado. O levantamento energético efetuado permitiu identificar o consumo das utilidades existentes na Flexocol. Esta empresa consome gasóleo e energia elétrica, sendo esta última, a forma de energia mais consumida correspondendo a 96%. O consumo global de energia é cerca 151 tep anuais, inferior a 500 tep/ano, ou seja é considerada uma empresa não consumidora intensiva de energia. Com base neste levantamento determinou-se os indicadores de consumo específico de energia e da intensidade carbónica, 2,73 tep/ ton e 1684,5 kg CO2/tep. A análise do consumo de energia elétrica dos diferentes equipamentos permitiu verificar que o setor que mais consome energia elétrica é a Vulcanização com 45,8%, seguido do setor da Mistura e Serralharia com 27,5% e 26,7%, respetivamente. O sistema de iluminação nos vários setores foi também alvo de estudo e permitiu identificar a Vulcanização como o setor com mais consumo e o da Mistura como o que menos consome. O estudo das variáveis anteriormente referidas permitiu apresentar algumas propostas de melhoria. Uma das propostas analisada foi implementação de condensadores no quadro parcial de forma a diminuir a energia reativa. Com esta medida prevê-se uma poupança de 5631 €/ano e um retorno de investimento de 0,045 anos. Foi também analisada relativamente à iluminação a possibilidade de instalação de balastros eletrónicos que conduziria a uma poupança na energia elétrica de cerca 7072 kWh/ano, mas com um retorno de investimento desfavorável. Por último estudou-se o solvente alternativo ao n-hexano. A acetona foi o solvente proposto uma vez que tem as propriedades indicadas para o fim a que se destina.

Automatic dimming multi-lamp fluorescent management system with active input power factor corrector stage

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Sistema automático para o controle eficiente de iluminação para multiplas lâmpadas fluorescentes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)