Desenvolvimento de soluções otimizadas de iluminação para fornos industriais

Abstract

O presente relatório encontra-se associado ao estágio curricular realizado na empresa Ramalhos S.A. e tem por finalidade descrever todo o processo de desenvolvimento de soluções de iluminação em câmaras de fornos industriais. Como objetivo principal deste trabalho destaca-se a integração de uma solução de iluminação LED como substituto à iluminação atual, obtida por meio de lâmpadas de halogéneo. Esta substituição é necessária, devido à descontinuidade do uso de certas lâmpadas de halogéneo, prevista a curto prazo. O ambiente onde se situam as luminárias LED encontra-se sujeito a elevadas temperaturas, o que levanta dificuldades técnicas associadas à aplicação deste novo meio de iluminação. Desta forma, foi necessário o desenvolvimento de um sistema de arrefecimento capaz de garantir temperaturas inferiores à temperatura limite da luminária LED dada pelo fabricante. Em estudo estiveram dois dos fornos industriais da empresa na qual se realizou este estágio, sendo estes o Turboram e o Modulram. Procurou-se obter mais conhecimentos sobre os dois fornos em questão, nomeadamente acerca da melhor localização possível para a aplicação da iluminação LED. Realizou-se uma pesquisa acerca dos sistemas de arrefecimento de LEDs existentes atualmente e estudados pela comunidade científica e elaborou-se uma análise da concorrência, procurando obter conhecimento sobre a utilização desta tecnologia nos fornos industriais de outras marcas. Procedeu-se à inventariação de possíveis alternativas de soluções de arrefecimento com base em conhecimentos teóricos e de seguida conduziram-se vários ensaios experimentais para a obtenção de resultados que permitissem confirmar as hipóteses sugeridas anteriormente. Por fim, obtiveram-se desenhos para produção de protótipos dos fornos num estado final após o estudo experimental. Utilizando técnicas de arrefecimento de baixo custo de aplicação, o estudo apresentado neste relatório levou à obtenção de valores de temperaturas abaixo do limite crítico de 100°C. No caso do Turboram foram criados vários furos nas regiões superior e inferior da porta do forno, de modo a criar um canal ascendente de ar no interior desta, o que levou a uma redução da temperatura registada na luminária LED dos 104°C para os 52°C, comparando ao caso atual sem qualquer furação. Já no Modulram, após os vários ensaios experimentais com arrefecimento devido à convecção natural, conseguiu-se uma diminuição na temperatura dos 113°C para os 94°C. Como maior conclusão deste projeto, demonstra-se que efetivamente é possível e viável a substituição das lâmpadas de halogéneo por iluminação LED nas condições exigentes dos fornos industriais.

This report is associated with the curricular internship at Ramalhos S.A. and aims to describe the entire process of developing lighting solutions for chambers of industrial ovens. The main objective of this work is the integration of a LED lighting solution as a substitute for current lighting, obtained through halogen lamps. This replacement is necessary due to the short-term discontinuation of certain halogen lamps. The environment where the LED luminaires are located is subject to high temperatures, which raises technical di culties associated with the application of this new lighting medium. Thus, it was necessary to develop a cooling system capable of guaranteeing temperatures below the limit temperature of the LED luminaire given by the manufacturer. Two of the industrial ovens of the company in which this internship took place were studied. These were Turboram and Modulram. More knowledge was sought about the two ovens in question, namely about the best possible location for the application of LED lighting. Research has been carried out on the existing LED cooling systems currently studied by the scientific community and a competitive analysis has been carried out, seeking to gain insight into the use of this technology in third-party industrial ovens. Possible cooling solutions were inventoried based on theoretical knowledge and then several experimental tests were conducted to obtain results to confirm the hypotheses suggested above. Finally, designs for production of prototype ovens in a final state were obtained after the experimental study. Using low-cost cooling application techniques, the study presented in this report led to temperatures below the critical limit of 100°C. In the case of the Turboram, several holes were drilled in the upper and lower regions of the oven door to create an upward air channel inside it, leading to a reduction in the temperature of the LED luminaire from 104°C to 52°C, compared to the current case without any drilling. In Modulram's case, after several experimental tests with cooling due to free convection, a decrease in the temperature from 113°C to 94°C was achieved. As a major conclusion of this project, it is demonstrated that it is effectively possible and feasible to replace halogen lamps with LED lighting in the demanding conditions of industrial ovens.